水吸收氨气填料塔设计

化工原理课程设计 课程名称课程名称 化工原理化工原理 设计题目设计题目 水吸收空气中氨填料塔的工艺设计水吸收空气中氨填料塔的工艺设计 院院 系系 化学与生物工程学院化学与生物工程学院 学生姓名学生姓名 王永奇王永奇 学学 号号 200907117 专业班级专业班级 化学工程与工艺化学工程与工艺 093 指导教师指导教师 张玉洁张玉洁 兰州交通大学 化工原理课程设计 化工原理课程设计任务书 1 设计题目 水吸收空气中的氨填料塔的工艺设计 2 设计条件 1 生产能力 每小时处理混合气体 4500Nm h 2 设备型式 填料塔 3 操作压力 101 3KPa 4 操作温度 298K 5 进塔混合气中含氨 8 体积比 6 氨的回收率为 99 7 每年按 330 天计 每天 24 小时连续生产 8 建厂地址 兰州地区 9 要求每米填料的压降都不大于 103Pa 3 设计步骤及要求 1 确定设计方案 1 流程的选择 2 初选填料类型 3 吸收剂的选择 2 查阅物料的物性数据 1 溶液的密度 粘度 表面张力 氨在水中的扩散系数 2 气相密度 粘度 表面张力 氨在空气中的扩散系数 3 氨在水中溶解的相平衡数据 3 物料衡算 1 确定塔顶 塔底的气液流量和组成 2 确定泛点气速和塔径 3 校核 D d 8 10 4 液体喷淋密度校核 实际的喷淋密度要大于最小的喷淋密度 4 填料层高度计算 5 填料层压降校核 兰州交通大学 化工原理课程设计 如果不符合上述要求重新进行以上计算如果不符合上述要求重新进行以上计算 6 填料塔附件的选择 1 液体分布装置 2 液体在分布装置 3 填料支撑装置 4 气体的入塔分布 7 计算结果列表 见下表 4 设计成果 1 设计说明书 A4 1 内容包括封面 任务书 目录 正文 参考文献 附录 2 格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印 2 精馏塔工艺条件图 2 号图纸 手绘 5 时间安排 1 第十九周 第二十二周 2 第二十二周的星期五 7 月 20 日 下午两点本人亲自到指定地点交设计成果 最 迟不得晚于星期五的十八点钟 6 设计考核 1 设计是否独立完成 2 设计说明书的编写是否规范 3 工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范 4 答辩 7 参考资料 1 化工原理课程设计 贾绍义 柴成敬 天津科学技术出版社 2 现代填料塔技术 王树盈 中国石化出版社 3 化工原理 夏清 天津科学技术出版社 兰州交通大学 化工原理课程设计 填料吸收塔设计一览表 参数参数 符号符号单位单位计算结果计算结果 平均压力平均压力 平均温度平均温度 气相气相平均平均 流率流率 液相液相 操操 作作 条条 件件 氨的浓度氨的浓度塔顶塔顶塔底塔底 气相气相平均平均 密度密度液相液相 平均粘度平均粘度 物物 性性 参参 数数 平均表面张力平均表面张力 填料的类型填料的类型填料的规格填料的规格 空塔气速空塔气速 泛点气速泛点气速 塔径塔径 填料层高度填料层高度 气膜传质系数气膜传质系数 液膜传质系数液膜传质系数 总传质系数总传质系数 压降压降 操作液气比操作液气比 最小喷淋密度最小喷淋密度 主主 要要 工工 艺艺 结结 构构 尺尺 寸寸 实际喷淋密度实际喷淋密度 兰州交通大学 化工原理课程设计 1 1 设计方案简介设计方案简介 用水吸收氨气为提高传质效率 选用逆流吸收流程 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 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 1 2 50 N D 2 2 工艺计算 工艺计算 2 12 1 基础物性数据基础物性数据 2 1 12 1 1 液相物性数据液相物性数据 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 1 3 由手册查得 25 时水的有关物性数据如下 密度为 3 997 05 L kg m 粘度为 3 0 8949 103 2 L Pa Skgm h 表面张力为 2 71 9 931824 L dyn cmkg h 氨气在水中的扩散系数为 62 8 532 10 L Dmh 2 1 22 1 2 气相物性数据气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 04 282992 0 1708 0 iiMm MyM 混合气体的平均密度为 146 1 298314 8 04 283 101 m RT PMVm V 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度 查手册得 25 空气的粘度为 0 066 V kgm h 查手册得氨气在空气中的扩散系数为 2 0 0698 V Dmh 2 1 32 1 3 相平衡数据相平衡数据 由手册查得 常压下 25 时氨气在水中的亨利系数为 1 99 78EkPa 兰州交通大学 化工原理课程设计 相平衡常数为 99 78 0 985 101 3 E m P 溶解度系数为 3 997 05 0 555 99 78 18 02 L S HkmolkPa m EM 2 22 2 物料衡算物料衡算 进塔气相摩尔比为 0870 0 08 0 1 08 0 y1 Y 2 1 1 y 出塔气相摩尔比为 000870 0 99 0 1 0870 0 1 12 YY 进塔惰性气相流量为 82kmol h 184 08 0 1 4 22 4500 V 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 12 min 12 YYL VYmX 对于纯溶剂吸收过程 进塔液相组成为 2 0X 975 0 0 985 0 0870 0 000870 0 0870 0 221 21 min XYY YY V L 取操作液气比为 4625 1975 0 5 1 L 5 1 min VV L 30 2704625 1 82 184 L 1212 V YYL XX 0589 0 30 270 000870 0 0870 0 82 184 1 X 兰州交通大学 化工原理课程设计 2 32 3 填料塔的工艺尺寸的计算填料塔的工艺尺寸的计算 2 3 12 3 1 采用采用 EckertEckert 通用关联图计算泛点气速通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 hkgwv 4724 298273 273 146 14500 液相质量流量可近似按纯水的流量计算 即 hkgwL 81 487002 1830 270 Eckert 通用关联图的横坐标为 035 0 05 997 146 1 4724 81 4870 5 05 0 L V V L w w 查图 5 21 得 205 0 2 0 2 L L VFF g u 查表 5 11 得 1 143m F 537 3 8949 0 146 1 1143 05 99781 9205 0205 0 2 02 0 LVF L F g u 取 smuu F 476 2 537 3 7 07 0 由 m u V D S 767 0 476 214 3 3600 25273 273 45004 4 圆整塔径 取 mD8 0 泛点率校核 smu 279 2 476 2 14 3 3600 25273 273 4500 在允许的范围之内 44 646444 0 100 537 3 279 2 F u u 填料规格校核 兰州交通大学 化工原理课程设计 816 50 800 d D 液体喷淋密度校核 取最小润湿速率为 3 min 0 08 W Lmm h 查附录五得 23 114 2 t amm 32 minmin 0 08 114 29 136 Wt ULammh min 2 724 9 0 80 785 81 997 05 4870 UU 经以上校核可知 填料塔直径选用 D 800mm 合理 2 3 22 3 2 填料层高度计算填料层高度计算 0580 0 0589 0985 0 m 1 1 XY 22 0YmX 脱吸因数为 6735 0 30 270 82 184985 0 m L V S 气相总传质单元数为 12 22 1 1 1 OG YY NInSS SYY 6735 0 0 000870 0 0 0870 0 6735 0 1n 6735 01 1 I 7389 10 气相总传质单元数采用修正的恩田关联式计算 22 0 750 10 050 2 2 1 exp 1 45 WCLtLL tLtLLLLt UUU ag 查表 5 13 得 2 33 427680 C dyn cmkg h 液体质量通量为 兰州交通大学 化工原理课程设计 hUL 2 2 m08kg 9695 8 0785 0 81 4870 0 2 2 0 05 82 0 10 75 114 2940896997 05 9695 08 1027 1997 05 114 29695 08 3 2114 2 9695 08 931824 427680 45 1 exp 1 t w 355 0 气漠吸收系数由下式计算 0 71 3 0 237 VVtV G tVVV UD k DRT 气体质量通量为 hmUV kg 59 9403 8 0785 0 146 1 25273 273 4500 2 2 298314 8 698 0 2 114 698 0 146 1 066 0 066 0 2 114 59 9403 237 0 k 3 1 7 0 G kpahm 2 10518kmol 0 液漠吸收系数由下式计算 2 31 21 3 0 0095 LLL L WLLLL Ug k D 3 1 2 1 6 3 2 05 997 1027 12 3 10532 8 05 997 2 3 3 20 355 2 114 08 9695 0095 0 8 6443m h 0 由 查表得 1 1 GGW k ak a 1 45 则 1 1 GGW k ak a m4170koml 6 45 1 2 114355 0 10518 0 31 1 kpah 1 1 LLW k ak a h306 3045 1 2 114355 0 6443 0 0 4 兰州交通大学 化工原理课程设计 5044 64 F u u 由 得 1 4 2 2 1 9 5 0 5 12 6 0 5 GGLL FF uu k ak a k ak a uu koml m472 104170 60 5 0 64435 91k 31 4 G kpaha ha L 398 31306 305 0 6443 06 21k 2 2 则 1 11 G GL k a k aHk a kpahm 3 541koml 6 398 31555 0 1 472 10 1 1 由 OG YG VV H K aK aP 555m 0 8 0785 0 3 101541 6 82 184 2 由 5 960m7389 10555 0 OGOGN HZ 1 25 4 9536 19Zm 45m 7 960 525 1z 设计取填料层高度为 mZ8 查表 对于阶梯环填料 mh D 6 158 h max 取则8 h D mm64008008h 计算得填料层高度为 8000 mm 故需分段 分为两段 每段 4000mm 2 3 32 3 3 填料层压降计算填料层压降计算 采用 Eckert 通用关联图计算填料层压降 横坐标为 兰州交通大学 化工原理课程设计 035 0 5 0 V L w w 查表得 1 89 P m 纵坐标为 0530 08949 0 05 997 146 1 81 9 189279 2 2 0 2 2 0 2 L V p g u 查图得 350Pa m Z P 填料层压降为 2800pa8350 P 2 42 4 液体分布器简要设计液体分布器简要设计 2 4 12 4 1 液体分布器的选型液体分布器的选型 该吸收塔塔径较小 D 500mm 而多孔直管式喷淋器适用于 600mm 以下的塔 因此在 本次设计中我采用多孔直管式喷淋器作为液体的喷淋装置 2 4 22 4 2 分布点密度计算分布点密度计算 按 Eckert 建议值 D 500mm 时 喷淋点密度为 285 点 因此设计取喷淋点为 2 m 285 点 2 m 布液点数为 2 0 785 0 528556n 点 按分布点几何均匀与流量均匀的原则 进行布点设计 设计结果为 分布为 11 道 环圆孔 每道孔分布 5 个孔 实际设计布点数为 n 55 点 如图 1 1 所示 兰州交通大学 化工原理课程设计 图 1 1 直管式液体分布器的分液点示意图 2 4 32 4 3 布液计算布液计算 由 2 0 2 4 S Ld ng H 取 0 60 160Hmm 1 2 0 4 2 S L d ng H 1 2 4 2060 59 997 05 3600 0 004 3 14 55 0 6 2 9 81 0 16 设计取 0 4dmm 3 3 辅助设备的计算及选型辅助设备的计算及选型 3 13 1 填料支承装置填料支承装置 支承板是用以支承填料和塔内持液的部件 常用的填料支承板有栅板型 孔管型 驼峰型等 对于散装填料 通常选用孔管型 驼峰型支承板 设计中 为防止在填料 支承装置处压降过大甚至发生液泛 要求填料支承装置的自由截面积应大于 75 在本次设计中 我选用的是孔管型支承装置 3 23 2 填料压紧装置填料压紧装置 为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动 需在填料层上方设置填料压 紧装置 填料压紧装置有压紧栅板 压紧网板 金属压紧器等不同类型 对于散装填 料 可选用压紧网板 也可选用压紧栅板 设计中 为防止在填料压紧装置处压降过 大甚至发生液泛 要求填料压紧装置的自由截面积应大于 70 在本次设计中 我选用的是压紧栅板 兰州交通大学 化工原理课程设计 4 4 结论结论 这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计 这是关于吸收中填料塔的设 计 填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备 填料塔的结构较 简单 压降低等特点 在本次设计过程中 我通过各种书籍独立查找出各个物性数据 然后根据设计书上 的步骤按要求算出各个物理量 但是在整个计算过程中 由于有些物理量没有完全掌 握 所以计算过程中出现了不少问题 而在运用 Eckert 通用关联图计算泛点气速中 我觉得通过查表得出的数据有一定的差距 不能得到较为精确的数值 在整个设计过 程中 由于数据繁多 所以整个计算过程都必须特别的小心 尽管如此 我认识还是 有一些失误存在 通过这次设计 让我学习到了很多以前没有接触过的知识 能够学习到不同方面的 知识 通过这次设计 不仅能提高自己的动手能力和思维能力 同时也能够提高相关 知识的运用能力 5 5 参考文献 参考文献 1 贾绍义 柴成敬 化工原理课程设计 天津 天津科学技术出版社 2004 2 王树盈 现代填料塔技术 北京 中国石化出版社 2010 3 夏清 化工原理 天津 天津科学技术出版社 6 6 附录附录 6 16 1 主