氨吸收填料塔的设计 化工原理课程设计.doc

本科课程设计一课程名称氨吸收填料塔的设计二、课题条件1混合气体处理量:44602.原料气组成： 45%，空气：55%3原料气温度：354吸收率：不低于95%5吸收剂：X2 Umin 合格对于鲍尔环来说=112.3 Umin=0.08U Umin 合格2.6.4塔径和填料公称直径的比值的核算（对于鲍尔环填料）（对于阶梯环填料）所以所选填料规格适宜。2.7 填料层高度2.7.1传质系数的计算2.7.1.1有效面积（润湿面积） （2-13）式中：单位体积填料的总表面积，/m3 t单位体积填料的总表面积，/m3 液体的表面张力，N/m c填料材质临界表面张力，N/m ，陶瓷c=6110-3N/m GL液体通过塔截面的质量流率，Kg/.s 液相粘度，Pa.s 液气相密度，Kg/ g 重力加速度, m/s2演算过程如下：根据化工工艺设计手册第三版上册第2-715页查得表2-5水的表面张力1温度 水的表面张力200.072667300.071196400.069627 根据化工工艺设计手册第三版上册第2-769页查得表2-6 20一定质量分数的氨水溶液的表面张力1质量分数 W%氨水的表面张力 0.4572.557.7265.74利用外推法可得20时质量分数为3.678%的氨水溶液的表面张力为 解得在此吸收过程中，氨溶于水中的量较少，氨水溶液的物性参数均与水相似，所以有39.6402 解得 解得公式 （2-13）中 对于拉西环 鲍尔环 解得同理可得鲍尔环填料 2.7.1.2 气相传质系数的计算 由于氨水是易容气体，属于气膜控制，无需计算液相传质系数。气相传质系数的计算式：= （2-14）式中：R气体常数，8.314KJ/Kmol.K T气体温度，K DV溶质在气相中的扩散系数，/s UV气体通过空塔截面的质量流率， 气体粘度，Pa.s 气体密度，Kg/m3演算过程如下： 1拉西环填料化工工艺设计手册第三版上册第2-703查得 T=39.6402+273.15=312.7902K化工流体流动与传热第二版第11页 （2-15）化工工艺设计手册第三版上册敌2-688页氨气的坐标为X=8.4，Y=16化工流体流动与传热第二版第346页图知 根据公式（2-15）可以计算出气体的粘度为mPas2.744根据公式（2-14）可知气相传质系数为 2 鲍尔环填料 同理可知气相传质系数为 2.7.2 填料层高度填料层高度计算涉及物料衡算、传质速率和相平衡关系。对于整个吸收塔，气、液的浓度分布都沿塔高变化，吸收速率也在变化。所以要在全塔范围应用吸收速率关系式，就要采用微分方法，然后积分得到填料层的总高度。 选取传质单元数法求解填料层高度。原料气组成中氨气含45%，属于高浓度气体的吸收。气液流率沿塔高变化明显，溶液热效应大，气液温度升高，平衡线斜率也将沿塔高改变。气液相吸收分系数并非常数，总吸收系数变化更为显著，因此，高浓度气体的吸收可用如下公式计算= （2-16）式中：V气相总摩尔流量，Kmol/s 气膜体积吸收系数 成平衡的气相度 （2-17） 传质单元数NOG需用图解积分法求出。以为纵坐标，以为横坐标作图，所得曲线与 ，围成的面积即为定积分= 演算过程如下：2.7.2.1 传质单元高度（）的计算1拉西环填料的气相传质单元高度 =2鲍尔环填料的气相传质单元高度 =2.7.2.2 传质单元数的计算（） 以为横坐标作图，以为纵坐标,求所围成的面积。其中和的值从前面已解出。表2-7结果汇总 y0.03960.08570.12790.16670.2027ye0.00492060.011670.02010.03050.04291/(1-y)(y-ye)30.0214.774210.63698.81097.8488y0.23590.26690.29560.32250.3477ye0.05770.0750.09530.11880.14591/(1-y)(y-ye)7.34427.10827.08767.2467.5968Y0.37100.39350.41430.43400.4527ye0.17700.21240.25270.29820.34961/(1-y)(y-ye)8.19509.104310.565313.010217.7221y0.47030.4869ye0.40740.47211/(1-y)(y-ye)30.0137131.6850 根据图就可得到对于拉西环填料对于鲍尔环填料 因为采用上述方法求出的填料层高度还应留出一定的安全裕度。根据设计经验，填料层的实际高度一般为： ( 取) （拉西环填料） （鲍尔环填料） 2.7.3 塔高的计算 塔高分别为： （拉西环填料） （鲍尔环填料）第三章 附属装置和辅助设备我们已经在前面已经确定了完成此次吸收任务的主体设备填料塔，并且计算出了塔径和填料层的高度，粗略的计算出了填料塔高度，现在需选择合适的附属装置（塔内件）。填料吸收塔附属装置的选型及辅助设备的选型，均在本章中予以介绍。3.1附属装置的选型3.1.1 液体分布器液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料塔达到预期分离效果的保证。选型与设计要求：1. 液体分布要均匀 2自由截面率要大 3. 操作弹性大 4不易堵塞、引起雾沫夹带及起泡等 5.可用多种材料制作，且制造安装方便，容易调整水平管式分布器具有结构简单、供气体流过的自由截面大、阻力小等优点，并且在吸收过程中液体负荷小，不会发生堵塞。3.1.2 填料支承装置其作用是用于支承塔填料及所持有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及气体均布作用：大体可分为两类：（1）平板型支承板（2）气体喷射型。3.1.3 填料压紧装置 其作用是防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或上下跳动。3.1.4 气体的进口装置与排液装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌又要有利于气体的均匀分布。对0.5m以下的塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上；对1.5m直径以下的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其他均布气流的装置。气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去呗夹带的液体。最简单的方法是在气体出口处装一除沫挡板（折板）、除沫器、旋流板除雾器等。液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可以采用液封装置。根据计算出的气液流量、塔径、及气液流速的综合考虑，我们选用以下附属装置。表3-1 填料塔的附属装置装置类型塔内件名称液体分布器单排管式多孔分布器填料支承装置栅板式的支承板填料压紧装置压紧栅板气体进口管的末端可制成下弯的锥形扩大器气体出口装置除沫挡板（折板）、除沫器、旋流板除雾器液体出口装置液封装置具体尺寸参见设备总装图。由于填料高度不是很高，所以不需液体再分布器，因此，也未对其进行选择。3.2 辅助设备的选型3.2.1管径的计算管路的内径可用圆形管路的流量公式，即： （3-1）清水由泵运送到塔顶的进液口，所以计算管径是用进口处为准；对于气相，则属于常压操作。表3-2 某些流体在管路中的常用流速范围流体的类别及情况流速范围, m/s水及低粘度流体（1105Pa1106Pa）1.53.0常压气体1020由此计算的管径不一定是整数值，需要参照标准，选用标准管径，才能作为操作中的实际管径。计算气相管径： 气体进料温度为35 先取流速为15m/s，前面计算出 = 所以根据化工流体流动与传热第354页，选外径为402mm，壁厚为10mm的管，所以内径就是由于管路采用标准管路，因此实际操作情况下的流速不是选取的流速，需要用标准管径反算操作流速，进行校核。 校核成功。计算液相管径：因为是水及低粘度流体，所以取 所以根据化工流体流动与传热第354页选外径60mm,又因为是常压下，选3mm厚即可。所以选管外径60mm，壁厚3mm的无缝钢管。反算流速校核，校核成功。3.2.3 泵的选型液体输送设备的种类很多，按照工作原理的不同，分为离心泵、往复泵、旋转泵与旋涡泵等几种。其中，以离心泵在生产上应用最为广泛。本次课程设计要求输送清水，所以选择离心泵。根据化工流体流动与传热第335页,20时水的密度，黏度为。30时水的密度为，黏度为。25时 所以是湍流。根据化工流体流动与传热第52页表1-2知，则，根据Re和e/d查化工流体流动与传热上册课本图1-25得。管路能量损失： (3-2) 查管件与阀门的当量长度共线图，3个弯头（标准90弯头）每个为1.5m2个三通（直入旁出），每个4m，3个截止阀，每个18.5m，。选管长为7m。管进口阻力系数为=0.5m，管出口阻力系数为=1.0m=0.5+1.0=1.5m选出口外侧和贮槽液面之间列柏努力方程根据流量和He选泵根据化工流体流动与传热第359页附录二十三单级单吸悬臂式离心水泵IS选出IS80-65-125 表3-3IS80-65-125泵的性能参数转速流量扬程H m效率%轴功率必需汽蚀余量222.5核算泵的轴功率：因为是水泵，所以泵的轴功率不用校核，所以所选泵合适。实际气蚀余量允许安装高度： 根据化工流体流动与传热第336页知15时 （选贮槽液面和泵入口内侧）实际安装高度= 3.2.4 风机的选型工业生产上一般采用离心式通风机，其中较常用的是8-13、8-23、9-27系列。选择风机时，首先根据所输送气体的性质（如清洁气、含尘气体等）与风压范围，确定风机的材质和类型，然后，根据技术的风量和系统所要求的风压，参照风机样本选用合适的型号。这里需强调的是，风量是指风机入口处的温度和压强下的体积流量。而风压则需要把操作条件下的数值换算成为风机实验条件下（20、101.3Kpa、）的风压.即： 式中：操作条件下系统要求的风压， 实验条件下的风压， 操作温度压强下介质的密度，设风机进口处为截面，塔底处为截面 ，则由单位面积液体为基准的伯努利方程式可以得到离心通风机的风压为： 由于及值很小，故一项可以忽略：风机进、出口管段很短，项也可以忽略。所以上式可写成 时 拉西环 所以由化工流体流动与传热第330页知实验条件下：根据流量和风压选N08C离心风机，其 转速第四章 结果评价保证工艺计算流程及数据误差在合理范围内的前提下，引起误差的原因与所选填料种类、在计算过程中选择的参数有关。根据工艺条件设计出的填料塔的主要参数如表4-1所示：表4-1 设计的填料塔数据题 目氨吸收填料塔吸收的设计流程布置逆流操作气液平衡关系非等温吸收塔高3.9886m塔径1.50m填料金属鲍尔环填料液体分布器单排管式多孔分布器泵IS80-50-250流量25,扬程H=20 m填料压紧装置压紧栅板通风机N08C（全压为98）响很大。(2)准确、快速的计算对于设计很重要。(3)用到电脑的地方很多，能否熟练的操作至关重要。(4)在学校课程的时候没有深入，只是被动的接受、记忆，学到的东西不能灵活的用来解决实际问题，这也提醒了我在以后学习的过程中应该多注意这方面的不足。(5)态度很重要，在设计过程中应该严肃、认真。 学习心得通过这次课程设计，我学到了很多在上课时没有深入学习的知识，同时也认识到了自己的不足，在以后我会不断的改进自己的学习方法，力求掌握更多的知识。小结； 本次化工原理课程设计历时两周，是学习化工原理以来第一次独立的工业设计。化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形；理解计算机辅助设计过程，利用编程使计算效率提高。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。 在短短的两周里，从开始的一头雾水，到同学讨论，再进行整个流程的计算，再到对工业材料上的选取论证和后期的程序的编写以及流程图的绘制等过程的培养，我真切感受到了理论与实践相结合中的种种困难，也体会到了利用所学的有限的理论知识去解决实际中各种问题的不易。 我们从中也明白了学无止境的道理，在我们所查找到的很多参考书中，很多的知识是我们从来没有接触到的，我们对事物的了解还仅限于皮毛，所学的知识结构还很不完善，我们对设计对象的理解还仅限于书本上，对实际当中事物的方方面