化工原理课程设计--年处理量为870吨丙酮气体吸收的设计

I 化 工 原 理 课 程 设 计 题目 年处理量为 870 吨丙酮气体吸收的设计 目录 任务书 . 1 摘要 . 2 第一章 绪论 . 3 1.1 吸收技术概况 . 3 1.2 吸收设备的发展 . 3 1.3 吸收过程在工业生产中的应用 . 4 第二章 方案设定 . 6 2.1 吸收方法及吸收剂的选择 . 6 2.2 吸收工艺的流程 . 6 2.2.1吸收工艺的流程的确定 . 6 2.2.2 吸收工艺流程图及工艺过程说明 . 6 2.3 吸收塔设备及填料的选择 . 8 2.3.1 塔填料的分类及结构 . 8 2.3.2 填料塔的性能 . 错误 !未定义书签。 2.3.3填料的选用 . 9 2.4 操作参数的选择 . 9 2.4.1操作温度的选择 . 10 2.4.2操作压力的选择 . 10 2.4.3其它 . 10 第三章 吸收塔工艺计算 . 11 3.1 基础物性数据 . 11 3.1.1液相物性数据 . 11 3.1.2气相物性数据 . 11 3.1.3气液相平衡数据 . 13 3.2 物料衡算 . 14 3.3 填料塔的工艺尺寸计算 . 15 3.3.1塔径的计算 . 15 3.3.2泛点率校核 . 15 3.3.3填料规格校核： . 16 3.3.4液体喷淋密度校核： . 16 3.4 填料层高度 H的计算 . 16 3.4.1 传质单元高度oGH的计算 . 16 3.4.2 传质单元数的计算 . 18 3.5 填料塔附属高度的计算 . 19 II 3.6 液体分布器计算 . 19 3.6.1液体分布器 . 19 3.6.2布液孔数 . 20 3.6.3布液计算 . 20 3.6.4塔底液体保持管高度 . 20 3.7 其他附属塔内件的选择 . 21 3.7.1气体的进出 口装置和排液装置 . 21 3.7.2气体除沫装置 . 21 3.7.3填料支撑及压紧装置 . 20 3.7.4填料压紧装置 . 21 3.7.5手孔 . 23 3.7.6封头和裙座 . 23 3.8 流体力学性质计算 . 23 3.8.1吸收塔的压力降计算 . 23 3.8.2吸收塔的泛点率 . 24 3.8.3气体动能因子 . 24 3.9 附属设备的计算与选择 . 24 3.9.1 离心泵的选择与计算 . 24 3.9.2 进出管工艺尺寸的计算举例 . 25 工艺设计计算结果 . 26 本设计主要符号说明 . 27 对设计过程的评述和有关问题的讨论 . 29 结束语 . 30 参考文献 . 31 湖北科技学院化工原理课程设计 - 3 - 课程设计任务书 1、设计题目： 年处理量为 870 吨丙酮气体吸收的设计 试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的丙酮气体。混合气体的处理量为 2500（ m3/h），其中含丙酮气为 4（ mol 分数），要求丙酮回收率为 99（ mol 分数），采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的 2 倍。（ 25C下该系统的平衡关系为 y 1.75x。） 2、工艺操作条件 ： （ 1）操作平均压力 常压 （ 2）操作温度 t=25 （ 3）年生产时间 7200h。 （ 4）选用填料吸收塔 3、设计任务： 完成吸收工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和吸收塔的工艺条件图，编写设计说明书。 摘要 湖北科技学院化工原理课程设计 - 4 - 填料塔气液两相密切接触进行传质和传热，在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。它具有较高的分离效率，因此根据丙酮和空气的物理性质和化学性质分析，采用填料塔。 本次设计针对二元物系的吸收问题进行分析 、 计算 、 核算 、 绘图，是较完整的吸收设计过程，并通过对填料塔的计算，可以得出填料塔的各种设计参数，此设计方法被工程技术人员广泛的采用。 关键词：填料塔 ，水，丙酮，吸收 第一章 绪论 湖北科技学院化工原理课程设计 - 5 - 1.1 吸收技术的概况 吸收是典型的传质单元操作。当气体混合物与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分溶于液体中，而不能溶解的组分仍留在气体中，使气体混合物得到了分离，这种气体混合物得到了分离，这种利用气体混合物中各组分在液体中的溶解度不同来分离气体混合物的。 吸收操作所用的液体成为吸收剂或溶剂；混合气中，被溶解的组分成为溶质或吸收质；不被溶解的组分称为惰性气体或载体；所得到的溶液成为吸收液，骑乘分是溶剂与溶质；排出的气体称为尾气。 按吸收性质分为物理吸收与化学吸收两大类，在物理吸收中的溶质与溶剂的结合力较弱，解吸比较方便。利用化学反映而实现吸收的操作称为化学吸收。作为化学吸收可被利用的化学反应一般应满足可逆性和较高的反应速率。一般来说吸收过程应包括吸收和解吸两个部分，而设备包含吸收塔和解吸塔。 1.2吸收设备的发展 在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门， 塔设备是一种重要的单元操作设备。其作用实现气 液相或液 液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的过程。它广泛用于蒸馏、吸收、萃取、等单元操作，随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型设计将越来越受到关注和重视。 吸收塔设备是气液接触的传质设备，一般可分为级式接触和微分接触两类。一般级式接触采用气相分散，设计采用理论板数及板效率；而微分接触设备常采用液相分散，设计采用传质单元高度及传质单元数。吸收是气液传质的过程，应用填料塔较多，而塔填料是填料塔的核心构件，它提供了塔内气 液两相接触而进行传质和传热 的表面，与塔的结构一起决定了填料塔的性能 ,塔填料的研究与应用已获得长足的发展，鲍尔环、阶梯环、莱佛厄派克环、金属环矩鞍等的出现标志着散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的突破。规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下，倍受重视，已成为塔填料的重要品种。塔填料仍处于发展之中，今后的研究方向主要是提高传质效率，同时考虑填料的强度、操作性能及使用上的通用因素，并综合环型、鞍型及规整填料的优点，进而开发构型优越、堆积接触方式合理、流体在整个床层能均匀分布的新型填料。就目前看，填料的材质仍以陶瓷、金属 和塑料为主，特别为满足化工生产中温度和耐腐蚀的要求，以开发并采用了氟塑料制成的填料。 有板式塔和填料塔两种形式，下面我们就填料塔展开叙述。 填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推荐用于 0.6 0.7m以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。 气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原 理是利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。板式塔和填料塔都可用于吸收过程，此次设计用填料塔作为吸收的主设备。 湖北科技学院化工原理课程设计 - 6 - 1.3 吸收在工业生产中的应用 吸收操作在工业生产中得到广泛应用，其目的有下列几项。 A制取化工产品 （ 1）应用 98%硫酸吸收 SO3制取 98%硫酸，应用 20%发烟硫酸吸收 SO3制取 20%的发烟硫酸。 （ 2）应用 93%硫酸脱除气体中的水蒸气以干燥气体。 （ 3）用水吸收氯化氢制取 31%的工业盐酸。 （ 4）用水吸收 NO2 生产 50%-60%的硝酸。 （ 5）用水或 37%甲醛水溶液吸收甲醛制取福尔马林溶液。 （ 6）氨水吸收 CO2 生产碳酸氢铵。 （ 7）纯碱生产中用氨盐水吸收 CO2 生成 NaHCO3。 （ 8）用水吸收异丙醇催化脱氢生产的丙酮。 B 分离气体混合物 （ 1）油吸收法分离裂解气。 （ 2）用水吸收乙醇氧化脱氢法制取的乙醛。 （ 3）用水吸收丙烯氨氧化法生产的丙烯腈。 （ 4）用醋酸亚铜氨液从 C4 馏分中提取丁二烯。 （ 5）用水吸收乙烯氧化制取的环氧乙烷。 C 从气体中回收有用组分 （ 1）用硫酸从煤气中回收氨生成硫铵。 （ 2）用洗油从煤气中回收粗笨（ B.T.X）。 湖北科技学院化工原理课程设计 - 7 - （ 3）从烟道气或合成氨原料气中回收高纯度 CO2 。 D 气体净化 （ 1）原料气的净化。其主要目的是清除后续加工时所不允许存在的杂质，它们或会使催化剂中毒，或会产生副反应而生成杂质。例如，合成氨原料 气的脱 CO2 和脱 H2 S，天然气、石油气和焦炉气的脱 H2 S 以及硫酸原料气的干燥脱水等。 （ 2）尾气、废气的净化以保护环境。燃煤锅炉烟气、冶炼废气等脱 SO2 ，硝酸尾气脱除 NOX ，磷酸生产中除去气态氟化物（ HF）以及液氯生产时弛放气中脱除氯气等。 E 生化工程 生化技术过程中采用好气性菌，发酵中需要大量的空气 以维持微生物的正常吸收和代谢，要应用空气中的氧在水中的溶解（吸收）这一基本过程 。 湖北科技学院化工原理课程设计 - 8 - 第二章设计方案 2.1 吸收剂的选择 对于吸收操作，选择适宜的吸收剂，具有十分重要的意义。其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响。一般情况下，选择吸收剂，要着重考虑如下问题： 1.对溶质的溶解度大 。 所选的吸收剂多溶质的溶解度大 ,则单位量的吸收剂能够溶解较多的溶质 ,在一定的处理量和分离要求下 ,吸收剂的用量小 ,可以有效地减少吸收剂循环量 ,这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面 ,在同样的吸收剂用量下 ,液相的传质推动力大 ,则可以提高吸收效率 ,减小塔设备的尺寸。 2.对溶质有较高的选择性 。 对溶质有较高的选择性 ,即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度 ,而对其他组分则溶解度要小或基本不溶 ,这样 ,不但可以减小惰性气体组分的损失 ,而且可以提高解吸后溶质气体的纯度。 3.挥发度要低 。 吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压 ,以避免吸收过程中吸收剂的损失 ,提高吸收过程的经济性。 4.再生性能好 。 由于在吸收剂再生过程中 ,一般要对其进行升温或气提等处理 ,能量消耗较大 ,因而 ,吸收剂再生性能 的好坏 ,对吸收过程能耗的影响极大 ,选用具有良好再生性能的吸收剂 ,往往能有效地降低过程的能量消耗。 5 吸收剂的黏度小，有利于气液两相接触良好，提高传质速率。 6 吸收剂应具有良好化学稳定性好，不易燃，无腐蚀性，无毒，易得，廉价等特点。 综上所述，考虑吸收剂的选用标准，在丙酮的吸收过程中，采用清水为吸收剂 。 2.2吸收流程的选择 2.2.1 吸收工艺的流程的确定 吸收装置的流程布置，指气体和液体进出吸收塔的流向安排。主要有以下几种： 1逆流操作 气相自塔底进入塔顶排出，液体反向流动，即为逆流操作。逆流操 作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离程度高，吸收剂利用率高。工业上多采用逆流操作。 2并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。其特点是系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。其通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对吸收推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的去气体不需要吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。 3 收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于已下 情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于平衡常数 m很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。其平均推动力要低，接需设置循环泵，操作费用增加。 湖北科技学院化工原理课程设计 - 9 - 4 塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大空间，输液，喷淋，支撑板等辅助装置增加，使设备投资加大。 5 串 并联混 合操作 若吸收处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小（否则易引起液泛），塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联，液相作并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相作串联，气相作并联的混合流程。 在实际应用中，应跟据生产任务工艺特点，结合各种流程的优缺点选择适宜的流布置。 本吸收过程中丙酮的浓度较低，同时过程分离要求不高，是一种吸收剂即可完成吸收任务的情况，故选用一步吸收流程，并且采用逆流吸收，因为其具有传质推动力大，分离效率高的优点。 2.2.2 吸收工艺流程图及工艺过程说明 吸收工艺流程 采用常规逆流操作流程流程如下： 流程说明 :混合气体进入吸收塔，与水逆流接触后，得到净化气排放；吸收丙酮后的水，经取样计算其组分的量，若其值符合国家废水排放标准，则直接排入地沟，若不符合，待处理之后再排入地沟。 湖北科技学院化工原理课程设计 - 10 - 2.3吸收塔设备及填料的选择 2.3.1吸收塔设备 对于吸收过程，塔设备有多种，如何选择合适的类型是进行工业设计的首要工作。而进行这一项工作则主要对吸收过程进行充分的研究后，并经过多方案对比方能得到较满意的结果。一般而言，吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求，即用较小直径的塔设备完成规定的处理量，塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，具有合适的操作弹性，结构简单，造价低，易于制造、安装、操作和维修等。 但作为吸收过程，一般具有操作液气比大的特点，因而更适用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能，所以对于吸收过程来说，以采用 填料塔居多。但在液体流率很低难以充分润湿填料，或塔径过大，使用填料不很经济的情况下，以采用板式塔为宜。 2.3.2 填料的分类及结构 各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。 在选择塔填料时，应该考虑如下几个问题： 1 比表 面积 a 比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积，其单位为 m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。 2布性能要好 主要有 以 下三个方面：填料在塔内装填之后，整体结构均匀 ； 填料在塔内堆放形状应有利于液体向四周均匀分布 ； 减轻液体想避面偏流 。 3填料材质的选择 该流程处理量不大，所以所用的塔径不会太大，以采用填料塔比较适宜，碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用。同时金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。 塔填料是填料塔中的气液相间传质单元，是填料塔的核心部件。其种类繁多，性能各有差异。按填料结构及其使用方式可以分为散堆填料和规整填料两大类。每一类 又有不同的结构系列，同一系列中又有不同尺寸和不同的材料，可供设计时选用。 1散堆填料 目前散堆填料主要有环型填料，鞍型填料及球型填料等。所用的材料有陶瓷，塑料，石墨，玻璃以及金属等。 2 规整填料 规整填料是由许多相同尺寸和形状的材料组成的填料单元，以整砌的方式装填塔体中。规整填料主要包括板波纹填料，丝网波纹填料，脉冲填料等。其中尤以板波式填料和丝波纹填料应用居多。板波纹填料所用材料主要有金属和瓷质，丝波纹填料所用材料主要有金属丝网和塑料丝网。 湖北科技学院化工原理课程设计 - 11 - 2.3.3 填料的选择 塔填料是填料塔中气液接触的 基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。 各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时，应该考虑如下几个问题： 选择填料材质 选择填料材质应根据吸收系统的介质，工艺物料的腐蚀性 及操作温度而定，一般情况下，可以选用塑料，金属，陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不锈钢等，对于温度较高的情况，应考虑材料的耐温性能。 填料类型的选择 填料类型的选择是一个比较复杂的问题。一般来说，同一类填料塔中，比表面积大的填料虽然具有较高的分离效率，但是由于在同样的处理量下，所需要的塔径较大，塔体造价升高。 填料尺寸的选择 填料的外径要与塔径相配合，以使空隙均匀，以保证气液两相流体能均匀分布，良好密切接触。这是填料塔实现大通量，低阻力而效率高的必要条件之一。实践表明，填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。一般来说，填料尺 寸大，成本低，处理量大，但是效率低，使用大于 50mm的填料，其成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔经常使用50mm的填料。反之，用较小的尺寸填料时，则效率的提高弥补不了通量低和造价低的缺点，因此 25mm以下的填料很少使用。 综上所述，由于该过程处理量不大，所以所用的塔直径不会太大，以采用填料塔较为适宜，并选用 38mm级塑料阶梯环填料。 表 2-3 聚丙烯塑料阶梯环填料特性数据 公称直径 DN mm 外径高厚 d h ,mm 比表面积 m2/m3 空隙率 % 个数n m-3 干填料因子 m-1 38 38 19 1.0 132.5 91 27200 170 2.4 吸收剂再生选择的方法 吸收剂使用到一定程度，需要处理后再使用，处理的方式一是通过再生回收副产品后重新利用，如亚硫酸钠法吸收 SO2 气体，吸收液中的亚硫酸氢钠经加热再生，回收 SO2 后变为亚硫酸钠重新使用。二是直接把吸收液加工成副产品，如用氨水吸收 SO2 得到的亚硫酸铵经氧化变为硫酸铵化肥。 来源 :考试大 -环保工程师考试 湖北科技学院化工原理课程设计 - 12 - 2.5 吸收参数的选择 吸收过程的操作参数主要包括吸收（或再生）压力、吸收（或再生）温度以及吸收因子（或解吸因子）。这些条件的选择应充分考虑前后工序的工艺参数，从整个过程的安全性、可靠性、经济性出发，利用过程的模拟计算，经过多方案对比优化得出过程参数。 （ 1） 操作压力选择 本任务中已经给出是常压操作，所以不需要再对其进行考虑。 （ 2） 操作温度选择 本任务中已经给出操作温度是 25 （ 3） 吸收因子和解吸因子选择 湖北科技学院化工原理课程设计 - 13 - 第三章 吸收塔工艺计算 3.1 基础物性数据 3.1.1 液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。 25时水的物性数据如下： 密度为 : =996.95 /m3 黏度为 L=0.8937mPa s =3.217 kg/（ h） 表面张力为 :=7 1.97dyN/cm=932731.2 /h2 丙酮在水中的扩散系数为 : smD /102 7 6.1 290 =4.608*10-6m2/s 3.1.2 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 MMV=iiMy=0.04 58.08+0.96 29=30.16（ g/mol） =30.16（ kg/kmol） 混合气体的平均密度为 MV=RTPMMV = 15.298314.8 15.303.101 =1.233（ kg/m3） 混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查手册得 25空气的黏度为 V=1.835 105 Pa s=0.066kg/（ h） 丙酮在空气中的扩散系数为： hmscmDV /0 3 9 2 4.0/109.0 22 3.1.3 气液相平衡数据 25下该系统的平衡关系为： y=1.75x 即相平衡常数为： m=1.75 湖北科技学院化工原理课程设计 - 14 - 亨利系数为： E=mP=1.75 101.3=177.275（ kPa） 溶解度系数为： H=SLEM = 02.18275.177 2.998 =0.3121（ kmol/（ kPa m3） 3.2 物料衡算 进塔气相摩尔比为： Y1=111 yy = 04.01 04.0 =0.0417 出塔气相摩尔比为： Y2=Y1（ 1- A ） =0.0417 （ 1-0.99） =0.000417 进塔惰性气相流量为： V=2500/22.42515.273 15.273 （ 1-0.04） =98.16（ kmol/h） 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即： （GL） min =2121/ XmY YY 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为： X2=0 （GL） min =075.1/0 4 16 7.0 0 0 04 1 7.0-0 4 16 7.0 =1.7325 取操作液气比为： （GL） =2（GL） min =2 1.733 =3.466 L=3.466 98.16=340.22（ kmol/h） G（ Y1-Y2） =L（ X1-X2） X1=98.16*(0.0417-0.000417)/340.22 =0.0113 湖北科技学院化工原理课程设计 - 15 - 3.3 填料塔的工艺尺寸计算 3.3.1 塔径的计算 采用 EcKert 通过关联图计算泛点气速 气相质量流量为 WV=1.233 2500= 3082.5kg/h 液相质量流量可以近似按纯水的流量计算，即 WL=340.22 18.02= 6130.76kg/h EcKert 通用关系图的横坐标为 WvWL( v/ L)0.5 = 5.3082 76.6130 5.095.996233.1 = 0.0699 查 1 21-5表 得 18.02.02 LLVFF gU 查 1 11-5表 得 1170 mF smgULVFLF /93.28 9 3 7.0233.11170 95.99681.9018.0018.02.02.0 取 =0.7UF=0.7 2.93=2.051m/s D=uVS4 =051.214.336 00/25 004 = 0.657m 圆整塔经，取 D=0.7m 3.3.2 泛点率校核 =27.0785.03600/2500 =1.817m/s / F=1.733/2.93 100%=62.01% 由于泛点附近流体力学性能的不稳定性，一般较难稳定操作，故一般要求泛点率在 50%-80%之间，而对于易起泡的物系可低于 40%. 湖北科技学院化工原理课程设计 - 16 - 3.3.3 填料规格校核： dD=38700=18.4281 (满足阶梯环的径比要求 ) 查资料得 1：阶梯环的径比要求：dD8 3.3.4 液体喷淋密度校核： 对于直径不超过 75mm 的散装填料，可取最小湿润速率 minWL=0.08（ m3/m h） 4 t=132.5（ m2/m3） 4 minU = minWL t=0.08 132.5=10.6（ m3/m h） U =27.0785.095.996/76.6130 =11.3810.6 经以上校核可知，填料塔直径选用 D=700mm 合理 3.4 填料层高度 H 的计算 3.4.1 传质单元高度oGH的计算 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： 2.0205.0221.075.045.1ex p1tLLLLtLLtLLCtwaUgaUaUaa 查 1 13-5表 得， 聚丙烯材质的临界表面张力C为： 2/4 2 7 6 8 0/33 hkgcmd ynC 2/2.9 3 2 7 3 1/97.71 hkgcmd y nL ； t =132.5m2/m3； 湖北科技学院化工原理课程设计 - 17 - UL=24 DWL =27.0785.076.6130 = 15938.54kg/(m2h) L=0.8937mPa s =3.217 kg/（ h） vW = vq =1.233 2500=3082.5kg/h WL=340.22 18.02=6130.76kg/h tw1-exp-1.45(2.932731427680)75.0 (217.35.132 54.15938)1.0 (8221095.99627.1 54.159385.132 ) 05.0 (5.1 3 22.9 3 2 7 3 195.9 9 6 54.1 5 9 3 82)2.0 =1-exp(-1.45 0.557 1.44 1.51 0.2903) =0.3935 则 w=52.14m2/m3 气膜吸收系数由下式计算 VU=27.0785.0233.12500 =8013.79/（ m2 h） V=1.835 105 Pa s=0.066 kg/（ h） Gk= RTDDU VtVy vvt V 3/17.0237.0 =0.237 (066.05.132 79.8013)7.0 (03771.0233.1 066.0) 3/1 (15.298314.8 03771.05.132 ) =0.237 118.43 1.124 1.124 0.0020157 =0.0636（ kmol/（ m2 hkpa） 液膜吸收系数由下式计算： 3121320095.0 LLLLLLwLLgDaUk湖北科技学院化工原理课程设计 - 18 - =0.0095 (217.314.52 54.15938) 3/2 (6106 0 8.495.9 9 62 1 7.3) 5.0 (95.996 1027.1217.38 ) 3/1 =0.5583m/h 由 1.1wGG aKK 查表 5 141得 45.1 Gk = 1.1wGk =0.0636 52.14 1.451. =4.99kmol/(m3 hkpa) Lk = 4.0wLk =0.5583 52.14 1.454.0 =33.77/h 因为Fuu=62.01%50 % 所以必须对 akG和 akl进行校正，矫正计算如下： 由 akuuakGFG 4.1 5.05.91 akuuakLFL 2.2 5.06.21 得 Gk =1+9.5(0.6201-0.5)4.1 4.99=7.429（ kmol/(m3 hkpa)） Lk =1+2.6(0.6201-0.5)2.2 33.77=38.287/h )/(023.477.333 1 2 1.01429.711111 3k P ahmk m o laHkakaKLGG 由 HOG =YKV=PK VG=27.0785.03.101023.416.98 = 0.6262m 3.4.2 传质单元数的计算 *1Y = 1mX =1.75 0.0159=0.0278 *2Y = 2mX =0 脱吸因数为： S =LmG=22.340 16.9875.1 = 0.5049 气相总传质单元数为： 湖北科技学院化工原理课程设计 - 19 - OGN= SYY YYSS *22*211ln1 1 = 5 0 4 9.00 0 0 4 1 7.0 00 4 1 6 7.05 0 4 9.01ln5 0 4 9.01 17.89 采用传质推动力法计算传质单元数， 由 Z=HOG NOG =0.6262x7.89=4.941m 取 Z =1.2 4.941=5.928m 设计取填料高度 Z =6 查表 5-161对于阶梯环填料 mhDh 6,158 m a x 取Dh=8.57, h=8.57 700=6000m 计算得填料高度为 6000mm。 3.5 填料塔附属高度的计算 根据经验，塔的上部空间取 1.2m,气、液体进出口管路的接口皆为 150mm，两个封头的高度为 300mm,支座高度为 160mm，塔底液停留时间按 1.5 分钟计算。则塔釜所占空间高度为： h1=785.07.095.996 3600/76.6130605.1 2 =0.331m 考虑到气相接管所占的空间高度，底部空间高度可取 1.2m，所以塔的附属高度为： h3=1.2+0.15 2+0.16+1.2=3.16=3.2m 填料塔的高度主要取决于填料层的高度，为了保证工程上的可靠性，计算出的填料层高度还应加上 20%的余度，则填料层高度 Z=4.941+4.941 205=5.928m 所以，塔高 H=h3+Z=3.2+6=9.2m 3.6 液体分布器计 算 3.6.1 液体分布器 液体分布器可分为初始分布器和再分布器，初始分布器设置于填料塔内，用于将塔顶液体均匀的分布在填料表面上，初始分布器的好坏对填料塔效率影响很大，分布器的设计不当，液湖北科技学院化工原理课程设计 - 20 - 体预分布不均，填料层的有效湿面积减小而偏流现象和沟流现象增加，即使填料性能再好也很难得到满意的分离效果。因而液体分布器的设计十分重要。特别对于大直径低填料层的填料塔，特别需要性能良好的液体分布器。 液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布 器主要是决定这些参数的结构尺寸。对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。 液体分布器的种类较多，有多种不同的分类方法，一般多以液体流动的推动 力或按结构形式分。若按流动推动力可分为重力式和压力式，若按结构形式可分为多孔型和溢流型。其中，多孔型液体分布器又可分为：莲蓬式喷洒器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和双排管式多孔型分布器等。溢流型液体分布器又可分为：溢流盘式液体分布器和溢流槽式液体分布器。 3.6.2 布液孔数 根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器，布液孔数应应依所用填料所需的质量分布要求决定，喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大这一规律。综上所述，取布液孔数为 188个 2/m ，则总布液孔数为： n=0.7852 0.72 188 72（个）； 3.6.3 布液计算 由 20 24L d n g H 取 0.60 ， 160H mm 则 d0 =16.080.926.07295.996360014.376.61304=0.0053m 3.6.4 塔底液体保持管高度 液体保持管高度 :取布液孔直径为 4.5mm,则液体保持管高度可由式 )(386.081.92/62.0720053.0360014.3 76.613042/4 2222 mgnkd Vh S k为孔流系数 ,其值由小孔液体流动雷诺数决定 ;在雷诺数大于 1000的情况下 ,可取0.60-0.62,液位高度的确定应和布液孔径协调设计 ,使各项参数均在一定范围内 . )(4 4 4)(4 4 4.03 8 6.015.115.1 mmmhh 湖北科技学院化工原理课程设计 - 21 - 在 200mm-500mm之间 ,符合要求。 3.7 其他附属塔内件的选择 3.7.1 气体的进出口装置和排液装置 为使气相在塔内能够稳定均匀分布必须有合适的气体分布器。一般来说，实现气体均匀分布比液相容易一些，故气体入塔的分布装置也相对简单。但是对于大塔径低压力降的填料塔来说，装置性能良好的气相分布装置仍然是十分重要的。具有缓冲挡板的进气装置，由于挡板的作用使入塔气体分为两股，呈环流上升，使气体分布较为均匀。 填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对 500mm以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成 45度向下斜口或切成向下切口，使气体折转向上。对1.3m以下的直径的塔，管的末端制成下弯的锥形扩大器或采用其他分布气流的装置。气体的出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。最简单的装置是在气体出口处装一除沫挡板或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高是可采用旋流板除雾器。 液体出口装置即要是塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。常压塔气体进出口管气速可取 10-30 sm （高压塔气速低 于此值）；液体进出口管气速可取 0.5-3 sm （必要时可大些）。 3.7.2 气体除沫装置 由于气体在塔顶离开填料塔时，带有大量的液沫和雾滴，为回收这部分液相，经常需要在顶设置除沫器。常用的除沫器有以下几种：折流板式除沫器，它是一种利用惯性使液滴得以分离的装置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器，由几块固定的旋流板片组成，气体通过时，产生旋转运动，造成一个离心力场，液滴在离心力作用下，向塔壁运动实现了气液分离。适用于大塔径净化要求高的场合。丝网除沫器，它由金属丝卷成高度为 100-150 的盘状使用。安装方式多种多样，气体通过除雾沫器的压强降约为 120-250Kp，丝网除沫器的直径由气体通过丝网的最大气速决定。 根据本吸收特点及要求，本吸收操作选用旋流板式除沫器。 3.7.3 填料支撑及压紧装置 填料支承装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量，同时保证气液两 相顺利通过。支承若设计不当，填料塔的液泛可能首先发生在支承板上。为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的 50%以上，且应大于填料的空隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的 截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的湖北科技学院化工原理课程设计 - 22 - 自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承装置本身对塔内气液的流动状态也会产生影响，因此作为填料支承装置，除考虑其对流体流动的影响外，一般情况下填料支承装置应满足如下要求： 1.足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量（持液量），并考虑填料隙中的持液量，以及可能加于系统的压力波动，机械震动，温度波动等因素 。 2.足够的开孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撑处发生液泛；为使气体能顺利通过，对于普通填料塔 ，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的 50%以上，且应大于填料的空隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛。 3.结构上应有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于 20Pa）； 4.结构简单，便于加工制造安装和维修。 5.要有一定的耐腐蚀性。 常用的填料支承装置有栅板型和驼峰型及各种具有气升管结构的支承板。 如图： 填料支承装置的作用是支承塔内的填料，常用的填料支承装置有如图片 3-14 所示的栅板型、孔管型、驼峰型等。支承装置的选择，主要的依据是塔径、填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流率等。 3.7.4 填料压紧装置 为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。填料限定可分为类：一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板；一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限定板。填料压板 常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其初始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。一般要求压板和限制板自由截面分率大于 70%。 湖北科技学院化工原理课程设计 - 23 - 3.7.5 手孔 由于本塔直径较小，故设两个手孔即可，不用设计人孔。查资料 6得，在两个填料层的底部各设一个 400mm 的手孔。 3.7.6 封头和裙座 查资料得选 h=300mm 的封头 4即可。裙座选 1.25m。 3.8 流体力学性质计算 3.8.1 吸收塔的压力降计算 气体通过填料塔的压强降，对填料塔影响 较大。如果气体通过填料塔的压强降大，则操作过程的消耗动力大，特别是负压操作更是如此，这将增加塔