化工原理课程设计-NH3的吸收.doc

17广东工业大学本科课程设计目 录1 设计方案简介22 工艺流程图及说明43 工艺及填料塔计算53.1物料衡算63.2热量衡算63.3气液相平衡（曲线）63.4吸收剂用量103.5塔底吸收液浓度103.6操作线方程103.7塔径的确定123.8塔高的计算143.9压力降的计算. 4 吸收塔附属装置的选型145.1液体喷淋装置145.2填料支承装置145.3液体再分布装置145.4管口结构145 设计结果一览表156 对设计过程的评论和讨论157 主要符号说明16参 考 文 献171 设计方案简介课程设计的要求：此次方案是用水吸收NH3,方案属于中等溶解度的吸收过程。由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高（具有多个理论级的分理能力）的显著优点；为了提高传质效率，故选用逆流吸收流程。本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计一 填料的选择；由于水吸收S02的过程、操作、温度及操作压力较低，工业上通常选用所了散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38鲍尔环填料。二 吸收塔的物料衡算。三 吸收塔工艺尺寸的计算：塔径、塔高。包括填料的分段 ；（气体通过）填料层压降的计算；吸收塔接管尺寸计算；四 吸收塔附属装置的选型）五 绘制生产工艺流程图、填料塔装配图课程设计的目的：锻炼学生的综合能力：资料查阅、知识综合应用、理论计算、设备选型、图纸绘制、说明书编写。课程设计初始条件： 培养工程观念：理论小试放大.操作条件：混合气体处理量（标态m3/h） 1500+20（m-1）,m=12混合气体处理量 1720 （标准）m3/h混合气体组成：NH3 9% H2 60% N2 20% CH4+Ar 11% 常压吸收： P=101.3kPa混合气体进塔温度： 30吸收水进塔温度： 20 （氨气水）二成分气液平衡数据 ：序号 温度（）（液相） x（ NH3液摩分率） pNH3(mmHg)（NH3平衡分压）122.320.0052.93224.640.0106.97326.950.01512.09429.270.02018.39531.580.02526.00633.890.03035.10736.200.03545.86838.510.04058.50940.800.04573.211043.120.05090.29表1吸收操作流程：本设计采用单塔逆流吸收操作，可以让两相传质平均推动力达到最大，减少设备尺寸，提高吸收率和吸收剂使用效率。2 工艺流程图及说明说明：水吸收氨气混合气体采用气液逆流操作混合气体从气体入口进入填料塔,吸收剂纯水通过泵由塔顶进入填料塔,在填料层中充分接触,发生传质过程,吸收液从塔下部排出,吸收尾气从塔顶排放,从而实现吸收分离.3 工艺计算及主体设备设计3.1基础物性数据3.1物料衡算（1）进塔混合气体中各组分的量混合气处理量：1500+20（23-1）=1940m3/h混合气体进塔温度：30混合气量的转换：1940/22.4=86.6kmol/h混合气体中个组分气量：NH3=86.61x0.08=6.93kmol/h=117.81kg/hH2=86.61x0.6=51.97kmol/h=103.94kg/hN2=86.61x0.12=17.32kmol/h=484.96kg/hCH4=86.61x0.12=10.39kmol/h=166.24kg/h(2)混合气体进出塔组成y1=0.08 y2=0.0002进塔气相摩尔比为出塔气相摩尔比： (3) 塔惰性气量出塔惰性气相流量为V=51.97+17.32+10.39=79.68kmol/h出塔混合气量=79.68+0.0002x79.68=79.70kmol/hNH3出气量=0.0002x79.68=0.01593kmol/h=0.2709kg/h各组分气出塔时的含量：H2=0.652 CH4=0.1304 N2=0.217 NH3=0.0002出气的平均摩尔质量=0.652x2+16x0.1304+28x0.217+17x0.0002 =1.304+2.086+6.076+0.0034 =9.469出塔混合气量=9.469x79.70=754.68kg/h3.2热量衡算假设氨溶于水放出的热量全部被水吸收，且忽略气相温度的变化及塔的散热损失。 查手册，氨的微分溶解热（氨的冷凝潜热+在水中溶解热）Ha=18688.27+34748=53436.27KJ/mol水的平均比热容CL=75.366KJ/(kmol.0c)由tn=tn-1+Ha(xn-xn-1)/cL对于低浓度气体的吸收，吸收液浓度很低时，按惰性组分及摩尔比浓度计算较为方便，故上式可写为：tL,n=tL,n-1+(53436.27/75.366)X, 液体入塔温度tL,0=20OC由上式可以得出液相浓度X变化0.001时，温度升高0.71OC。3.3气液相平衡根据y=PNH3/P总,Y=y/(1-y),X=x/(1-x),E=PNH3/x序号温度（）（液相）Xx（NH3液相摩尔分率）P(NH3)(kPa)E(kPa)myY*122.320.005 0.005 0.3905 78.1076 200.0 0.004 0.004 224.640.010 0.010 0.9290 92.9028 100.0 0.009 0.009 326.950.015 0.015 1.6115 107.4313 66.7 0.016 0.016 429.270.020 0.020 2.4512 122.5597 50.0 0.024 0.025 531.580.026 0.025 3.4655 138.6211 40.0 0.034 0.035 633.890.031 0.030 4.6785 155.9487 33.3 0.046 0.048 736.20.036 0.035 6.1127 174.6473 28.6 0.060 0.064 838.510.042 0.040 7.7974 194.9359 25.0 0.077 0.083 940.80.047 0.045 9.7581 216.8472 22.2 0.096 0.107 1043.120.053 0.050 12.0347 240.6941 20.0 0.119 0.135 表3根据xp,XE,Xt,XY*数据，绘制相应曲线，并得到平衡线，如图5所示。图2图3图4图5由手册查得，常压下20时S02在水中的亨利系数为E = 3.55103 kpa相平衡常数为溶解度系数为3.4吸收剂用量吸收剂用量L由X-Y图查的，当y1=0.087,x1=0.0448Lmin=86.61x(0.087-0.0002)/0.0448=167.8kmol/h取安全系数为1.5.则L=1.5x167.8=251.7kmol/h=4530.6kg/h3.5塔底吸收液浓度V(Y1-Y2)=L(X1-X2)x1=86.61(0.087-0.0002)/251.7=0.02993.6操作线方程计算将已知参数代入得Y=2.906X+0.00023.7塔径的计算塔底混合气温度为300C，由公式t= 436.77X+ 20.279，得出塔底吸收液温度为 33.34。设计压力取为塔的操作压力101.3kPa。塔径的计算公式为 （1）相关数据计算塔底混合气体质量流量WG=872.94kg/h吸收液的质量流量WL=4530.6+(117.81-0.2709)=4648.1kg/h进塔混合气体密度PN=774.771908.91=0.4054kg/m3由资料可查得31.86水的密度为PL=995.7kg/m3 ，粘度为L=0.7445mPa.s选DN38mm(38x38x1mm)塑料鲍尔环填料。查得，其泛点填料因子F=184m-1,比表面积at=155m2/m3。（2）关联图的横坐标值 （3）u的计算由关联图查得纵坐标为0.1075，即解得uF=4.249m/s操作气速u=0.5uf0.5x4.249=2.549m/s所以D=0.598mm塔径取600mm校核：D/d=600/38=15.810满足要求 （4）气速核算VS=872.94/0.4054=2153.3m3/hu=2153.3/(3600x0.785x0.62)=2.117m/su/uf=2.117/4.249=0.498 符合要求（5）d 75mm的填料最小润湿率为0.08m3/(m2.h)，最小喷淋密度：Umin=0.08155=12.4m3/(m2.h)由于 所以符合要求。3.8填料层高度的计算(1) HG的计算HG=V/（kYa） G=774.77(0.7850.62)kg/(m2.h)= 2742.00kg/(m2.h)L=3947.70334(0.7850.62) kg/(m2.h)=13969.29kg/(m2.h)c=0.0367,m=0.72,n=0.38，b=0.027,P=1KL=0.02713969.290.78(0.7850.62)=163.47KG=0.03672742.000.7213969.290.38(0.7850.62)=1459.04C 995.08718=55.283 KX=CKL=55.283163.47=9036.80 KY=KG=1459.04K=- KX/KX=-6.19364HG= V/（kYa）=79.68(478.03x0.2827)=0.5896（2）NG的计算作斜率为- KX/KX线段交操作线于（Xj ,Yj）,交平衡线于（Xi ,Yi）,取点计算1/(Yj-Yi)运用高等数学中的积分进行计算：YjY2,Y1,即Yj0.0002,0.087，将此区间44等分，则Yj=Y1-nb,其中n0,44.对于每一个Yj值，都对应一个操作线OE上的点（Xj，Yj）,一个平衡线上的点（Xi，Yi）操作线方程为：Y=2.906X+0.0002在图中分别对应读出数值得：YYi1/（Yj-Yi）0.00205000.0010.00031428.5710.0030.00088471.69810.0050.0016294.11760.0070.0024217.39130.0090.00319172.1170.0110.00409144.71780.0130.00501125.15640.0150.00545104.7120.0170.005990.090090.0190.006982.644630.0210.007875.757580.0230.009171.942450.0250.0166.666670.0270.010962.11180.0290.012159.17160.0310.013155.865920.0330.014554.054050.0350.015250.505050.0370.016949.751240.0390.018147.846890.0410.019746.948360.0430.021145.66210.0450.022744.843050.0470.024143.668120.0490.02541.666670.0510.026340.485830.0530.027839.682540.0550.02938.461540.0570.030938.314180.0590.032337.453180.0610.033736.630040.0630.035235.971220.0650.037235.971220.0670.038935.587190.0690.040635.211270.0710.042434.965030.0730.044134.602080.0750.045734.129690.0770.047333.670030.0790.049433.783780.0810.051233.557050.0830.053433.783780.0850.055133.444820.0870.056733.0033以Y为横坐标，以1/（Yj-Yi）为纵坐标作图图6由图得， 则8.4999填料层高度Z的计算取25%的富余量，则完成本设计需要DN38mm(38x38x1mm)塑料鲍尔环填料层高度为Z= HG NG1.2=0.58968.49991.2=5.01161.2=6m3.9压降的计算在埃克特关联图上，取横坐标值0.10289，当操作气速为u=2.549m/s, DN38mm(38x38x1mm)塑料鲍尔环的压降填料因子p=114m-1，=1，图上纵坐标值为：4 吸收塔附属装置的选型附属装置名称类型标准尺寸造型理由封头椭圆封头JB/T4729-94DN600x8塔径为500mm法兰板式平焊钢制HG20593-97PN2.5DN25液体出口管径为38mm板式平焊钢制HG20593-97PN2.5DN100液体进口外管径为76mm板式平焊钢制HG20593-97PN2.5DN200气体进口管径为219mmJB4702/92PN2.5DN600塔径为600mm支座耳式支座B型600塔径为600mm填料支承装置栅板式支承DN600塔径为600mm液体喷淋装置莲蓬头式喷淋器塔径为600mm液体再分布装置截锥式再分配器手孔JB589-97D250X4泵高压泵J-DM400/4.0流量为400/L.h-15设计结果一览表混合气体处理量（m3/h）1940进塔气相摩尔比Y10.087出塔气相摩尔比Y20.0002出塔液相摩尔比X10.0448进塔液相摩尔比X20混合气体平均摩尔质量Kg/kmol79.7混合气体的平均密度（kg/m3）0.4054吸收剂用量L（kg/h）4648.1气相质量流量（kg/m2.h）872.94气相传质单元高度（m）0.5896气相传质单元数8.4999空塔气速u（m/s）2.549泛点气速u（m/s）4.249塔径D（m）0.6填料层高度h（m）6.0塔的附属高度h（m）4.86 对设计过程的评论和讨论刚开始完全不知道这两周是干什么的，过了两天才发现课程设计的自由度是这么的大。自己安排时间，自己查找书籍，自己寻找工具等等。这是一次比较系统的将理论与实际相联系。我从刚开始的茫然，像无头苍蝇一样四处乱撞，做了不少无用功，到逐渐搞清情况，循序渐进，其中确实给我了不少经验于教训。“在大学里学的不是知识，而是一种叫做自学的能力”。这次课程设计后才能深刻体会这句话的含义。除了英语和计算机操作外，课本上学的理论知识用到的很少很少。面对问题时，首先是认真地思考，反复地推敲，尽量自己解决，当无法独立完成时，就和同学一起研究、讨论。这不单提高了我独立面对问题、解决问题的能力，同时拉近了和同学们在学习方面的关系，培养较好的团队合作能力。因此，通过这两个星期的课程设计，我一方面提高了自己计算绘图的水平，在自己