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文档简介
化工原理课程设计设计题目: 水吸收氨填料塔设计 专业班级: 学生姓名: 学 号: 指导教 起止日期: 前 言在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门,塔设备属于使用量大应用面广的重要单元设备。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。在化学工业中,经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离,其主要目的是回收气体混合物中的有用物质,以制取产品,或除去工艺气体中的有害成分,使气体净化,以便进一步加工处理,或除去工业放空尾气中的有害成分,以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一,它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。 氨是化工生产中极为重要的生产原料,但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染。因此,为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染,需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收,本次课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气,使其达到排放标准。设计采填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况,从而使吸收过程易于进行而且,填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点,从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。 利用混合气体中各组分在同一种液体(溶剂)中溶解度差异而实现组分分离的过程称为气体吸收气体吸收是一种重要的分离操作,它在化工生产中主要用来达到以下几种目的:分离混合气体以获得一定的组分;除去有害组分以净化气体;制备某种气体的溶液。一个完整的吸收分离过程,包括吸收和解吸两个部分。典型过程有单塔和多塔、逆流和并流、加压和减压等。第1章 概 述1.1任务及操作条件混合气(空气、NH3 )处理量:;进料组成:进塔混合气含NH3 7% (体积分数);操作温度:20;NH3回收率:95%;分离要求:塔顶NH3含量0.02%;操作压力:100kPa;年开工时间:300天24h1.2设计方案的确定设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况,从而使吸收过程易于进行。而且,填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点,从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。由于水廉价经济,本设计采用清水吸收氨气。为了提高传质效率,选用逆流吸收流程。1.3填料的选择塔填料(简称为填料)是填料塔的核心构件,它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面,其性能优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面积越大,气液分布也就越均匀,传质效率也越高,它与塔内件一起决定了填料塔的性质。因此,填料的选择是填料塔设计的重要环节。塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。填料的种类主要从传质效率、通量、填料层的压降来考虑,填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值D/d。散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同,可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍形填料 矩鞍形填料 对于水吸收氨气的过程,操作温度及操作压力较低,工业上通常选用塑料散装填料。塑料填料的耐腐蚀性能较好,可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好,可长期在100以下使用。在塑料散装填料中,塑料阶梯环填料的综合性能较好,故此选用聚丙烯阶梯环填料。12表1-1国内阶梯环特性数据材质外径d,mm外径高厚dH比表面积at,m2/m3空隙率,m3/m3个数n,个/m3堆积密度,kg/m3干填料因子at/3,m-1填料因子,m-1塑料253850762517.51.43819150301.576373228132.5114.289.950.900.910.9270.92981500272009980342097.857.576.868.4313175.6143.11122401208072四、基础物性数据(一)液相物性数据对低浓度吸收过程,溶液的物性数据可以近似地取纯水的物性数据,由手册查得20时的水的有关物性如下密度:黏度:表面张力:氨气在水中的扩散系数为:(2) 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为混合气体的平均密度为混合空气的黏度可近似取为空气的的黏度,查手册得20空气的黏度为:查手册得氨气在空气中的扩散系数为(3) 气液相平衡数据查手册得氨气的溶解度系数为计算得亨利系数为相平衡常数为五、物料衡算进塔气体摩尔比为出塔气体的摩尔比进塔惰性气体流量为该吸收过程属于低浓度,平衡关系为直线,醉最小气液比按下式计算,即对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为去实际液气比为最小液气比的1.8倍,则可以得到吸收剂用量为由公式得6、 填料塔的工艺尺寸的计算(1) 塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速。气相质量流量为液相质量可近似按水的流量计算,即Eckert通用关联图的横坐标为查Eckert图得查表得,则操作气速:塔径:圆整塔径,取泛点率校核(允许的范围为0.50.85内)填料规格校核经以上校核可知,填料塔直径选用合理。(2) 填料层高度计算脱吸因子为气相传质单元数为气相总传质单元数高度采用修正的恩田关联式计算查表得液体质量通量为37.6气膜吸收系数计算气相质量流率为查表得,则液膜吸收计算则 得 因为 由 , ,则 计算得气相总传质单元高度为计算填料层的高度为设计填料层的高度为圆整后,取查表得散装填料层分段高度推荐值, , 取则计算得填料层高度为,小于,故不需要分段。7、 塔附属空间高度塔上部空间高度。可取,塔底液相停留时间按考虑,则塔釜液所占空间高度为考虑到气相接管所占空间高度,底部空间高度可取,所以塔的附属空间高度可以为。8、 液体初始分布器和再分布器(1) 液体初始分布器 布液孔数根据该物系性质可选用盘式液体分布器,按Eckert建议值 ,应取喷淋点密度为42点,因该塔液相负荷较大,设计时取100点,则总布液孔数为(个) 液体保持管高度取布液孔直径为,则液位保持管中的液位高度可由式得出则液位保持管高度为(2) 液体再分布器由于填料层高度不高,可不设液体再分布器。本装置由于直径较小,可采用简单的进气分布装置,同时,对排放的净化气体中的液相夹带要求不严,故可不设除液沫装置。9、 填料塔接管尺寸计算 为防止流速过大管道冲蚀、磨损、振动和噪声,液体流速一般不超过,气体流速一般不超过。取气体流速为,气体进出口管管径为:故管子的公称直径为。 取液体流速为,液体进出口管管径为:故管子的公称直径为80。10、 填料层压降的计算填料塔的压力降为(1) 气体出口压力降取气体进出口接管的内径为,则气体的进出口流速为,则进口压力降为出口压力降为(2) 填料层压力降采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为:查表得:,则纵坐标为:查图得,则填料层压降为:(3) 其它塔内件的压力降其它它内件的压力降较小,在此可以忽略。于是得吸收塔的压力降为十一、设计一览表吸收塔类型:聚丙烯散装阶梯环吸收填料塔混合气体处理量:10000kg/h工艺参数名称清水氨气操作压力/kPa100100操作温度/2020流速/ms-10.520液体密度/kgh-1998.21.17质量流量/kgh-19017.5711700进料管管径DN80DN400出口管径DN80DN400扩散系数/m2 h6.3410-60.0612黏度/kgm-1h-13.60.065表面张力/kgh-2940896塔径/mm1200填料层高度/mm3000分布点数154塔的附属空间高度/m2.0填料层压降/Pa6259十二、参考文献1)常用化工单元设备的设计.陈英南主编.华东理工大学出版社,20052) 塔的工艺计算. 石油化学工业规划设计院. 北京:石油化学工业出版社,19973)化工设备全书-塔设备设计. 化工设备技术全书编辑委员会. 上海:上海科学技术出版社,19884)化学工程手册汽液传质设备分册. 时钧,汪家鼎等. 北京:化学工业出版社,19865) 化工工艺设计手册(上、下). 上海医药设计院. 北京:化学工业出版社,19866) 化工原理(上、下册)
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