(完整word版)HCl水吸收填料塔设计

1、设计任务书1.水吸收 HCI 填料塔的设计(一)设计题目试设计一座填料吸收塔，用于回收空气中的HCI气体。混合气体处理量为_3500_mVh。进口混合气中含HCI_6%_(体积百分数)；混合气进料温度为30C。采用20E清水进行吸收。要求：1HCI的回收率达到_99.85%丄2塔顶排放气体中HCI含量低于_0.15%_(二)操作条件(1) 操作压力202.6 kPa(2) 操作温度20C(3) 吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定(4) 塔型与填料自选，物性查阅相关手册。(三)设计内容(1)设计方案的确定和说明(2)吸收塔的物料衡算；(3)吸收塔的工艺尺寸计算；(4)填料层压降的计算；(5)液体

2、分布器简要设计；(6)绘制液体分布器施工图；(7)其他填料塔附件的选择；(8)塔的总高度计算；(9)泵和风机的计算和选型；(10)吸收塔接管尺寸计算；(11)设计参数一览表；(12)绘制生产工艺流程图(A3号图纸)；(13)绘制吸收塔设计条件图(A3号图纸)；(14)对设计过程的评述和有关问题的讨论。目录刖 言.11、 填料塔主体设计方案的确定.21.1装置流程的确定.21.2吸收剂的选择.21.3填料的选择.22、 基础物性数据及物料衡算.32.1基础物性数据.32.1.2气相物性数据.32.1.3气液相平衡数据 .32.1.4物料横算.42.2填料塔工艺尺寸的计算 .52.2.1塔径的计算

3、.52.2.3填料层压降计算：.92.2.4液体分布装置.93、 附属设备的选择与计算.103.1填料支撑装置 .103.2填料压紧装置 .103.3吸收塔主要接管的尺寸计算.103.4填料塔附属高度的计算.123.5离心泵和风机的选择.12设计一览表.141基础物性数据和物料衡算结果汇总：.142填料塔工艺尺寸计算结果表： .153吸收塔设计一览表.16对本设计的评述.16填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制 造，所以她特别适用于处理量肖，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。 液体自 塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部， 并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的 气体口

4、送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。 因气液两 相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。1、填料塔主体设计方案的确定1.1装置流程的确定本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔 底排出，即逆流操作。逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂 利用率高。工业生产中多采用逆流操作。1.2吸收剂的选择因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。1.3填料的选择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 1

5、1综合考虑填料规格，种类和材质后，选用聚丙烯鲍尔环填料2、基础物性数据及物料衡算2.1 基础物性数据2.1.1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。由手册查 得20 C水的有关物性数据如下：1R =998.2kg/m32.黏度：1.5 WyPa s23.表面张力为：二=726dyn/cm=94896kg/h4. 2CHCI:H= 0.199kmol. (m3kPa)5. 20CHCl:DL=2.8X1A-9m2s6. 20CHCI:D=1.56X1A-5m2s2.1.2气相物性数据1.混合气体的平均摩尔质量为M =0.06 36.5 (1 -0.06) 29 =

6、29.45(kg / kmol)2.混合气体的平均密度c PM 202.6 1029.4103:v2.449kg /mRT8.315 2931.3427 2.5V单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s;L-单位时间内通过吸收塔的溶解剂，kmol/s;丫1、丫2分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;X1、X2分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;200C 时，HCl在水中的溶解度:H=0.199 kmol/(m3.kPa)相平衡常数：EPL998.21 375m1.3/5P HMSP 0.199 18.00 202.6溶解度系数：H = 0.1

7、99kmol/(m3kpa)2.1.4物料衡算1.进塔气相摩尔比为Y,0060.063831-0.062.出塔气相摩尔比为% =0.0015对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：X2=0（清水）混合气体流量：27313500145.59(kmol/h)293 22.4惰性气体流量：V =145.59 (1 -0.06) =136.85(kmol/h)Yx1-x2取实际液气比为最小液气比的2.5倍，则可得吸收剂用量为:L =1.3427 136.85 2.5 = 459.37(kmol / h)0.06383 -0.0015最小液气比:Y丫20.06383-0.00150-01.375二1.342

8、7X1V(Y -丫2)L=0.0182. 2 填料塔工艺尺寸的计算2.2.1塔径的计算混合气体的密度33c PM 202.6 00 汇 29.45 汉 10c 一 r ,3:G2.449kg /mRT8.315 293填料总比表面积：at= 115m2/ m3水的黏度 叽=1-005 103Pa s采用贝恩-霍根泛点关联式 31 计算泛点速度:459.37 18、4,2.4491二 0.0942 -1.75()()35007.449998.2二-0.7241018880.1888 9.81 0.893998.2115 2.449 1.0050.2卩F- 泛点气速，m/s；g重力加速度，9.81

9、m/s2a t-填料总比表面积，m2m3-填料层空隙率，m2m3PV,pL气相、液相密度，k/m3;卩L-液体粘度，mPas;取泛点率为0.6，即u = 0.85UF二0.85 2.1405二1.8194m/s4 汉 35003.14 1.8194 3600=0.8250m/ s1/8UF=2.1405m/ s圆整后取D=1.0mD塔径，mV操作条件下混合气体的体积流量，m/s；u 空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s.圆整后取D=0.8m（常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）泛点率校核：3500u

10、3602=1.2385m/s0.785 1.02u 1.2385 c LC0.58UF2.1405（对于散装填料，其泛点率的经验值为U/UF=0.50.85）填料规格校核：D =1000= 26.3 1015 d38液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为（Lw）min= 0.08m3/（m h）at= 115m2/ m3所以 Umin=(LJmina .08 115 = 9.20m3/(m2h)Lh20.785 D459.37 18998.20.785 1.02经以上校核可知，填料塔直径选用D=1.0m合理。2.2.2填料层高度的计算及分段查表知，0C ，101.3 kpa下，HCI在空气中的扩散

11、系数 D = 0.156cm2/sPT-由 DG二 Do（疳）（）2，则293k ，202.6kpa 下，HCl 在空气中的扩散系数为-10.55m3/(m2h) UminDG= 0.156 (3101.3293202.6)(273)2=0.0867cm / s液相扩散系数 DL=1.50 10-m2/s=mX1=1.375 0.01857 =0.02553Y 二 mX2 =0气相总传质单元数为:1Ln(1 -0.40969)0.06383-0 0.4096 =5.4881 -0.40960.0015 0气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:气膜吸收系数由下式计算:109 1 9.110

12、70.065舟115汉1.56汉36000=0 237疋()07x(- -)3x(_)液体质量通量为UL气体质量通量为UV459.37 180.785 1.02=10533.32 kg/(m2h)3500 2.4490.785 1.02=10919.11kg/(m2h)脱吸因数为s呼1.375 136.85459.37= 0.4096NOG11 -S电=1 -exp-1.45(二)0.75at2UL、0.1ULat0.05(.)()查表 4 知，二c二 33dyn / cm=427680kg/h2所以,滋=1-exp-1.45 (427680)0.75(10533.32)0.1(10533.3

13、2冬)05940896115 汉 3.6998.22汉 1.27I08at10533.322(998.2 940896 115)八0.3582二0.237(牛0.7at vD Dv vpvpvRT115沃0.0652.449汇1.56汇10 x36008.314江293= 0.0803kmol/(m2h kpa)液膜吸收系数由下式计算:2 1 1UL3kLpLg L=0.0095 (L)3(L)2(L)3awLDLL2 1 8 110533.32 .z3.6-23.6 1.27 10= 0.0095 ()3(0.3582x115x3.6998.2 x2.80 灯 0 x 3600998.2=0

14、.664查表得：=1.453.6GaGaw 1 1 1 1= 0.0803 0.3582 115 1.45，屮0 4i= 0.664 0.3582 115 1.450.43二4.9779kmol /(m h kpa)二31.73501h=0.58 0.5UFGau二1 9.5(一UF-0.5)14 ya得,二1 2.6 (UF-0.5)2-2bLa=6.3798kmol/(m3h kpa)Ga=1 9.5 (0.58-0.5)1.4 4.9779La珂1 2.6 (0.58-0.5)2.2 31.7350=32.0536、则Ga=111一 - -GaH La6.3798 0.199 31.73

15、50=3.1746kmol/(m3h kpa)由 HOG二136.85= 0.2710mKYa Ga P 八 3.1746 202.6 0.785 1.02由 z=HGNOG=0.2710 5.488 =1.4872mZ=(1.21.5)Z设计取填料层高度取3m查表：对于鲍尔环填料，?=510,hmax乞 6m，所以填料层不用分段。223填料层压降计算:采用Eckert通用关联图 5 计算填料层压降L/ 匚0.5459.37 182.4490.5横坐标为：(V)()0.04778叽PL3500X2.449998.2查表得： =114m 二纵坐标为： 丄丄.丄.叮2=1385114 1.45空徑

16、1.005.2= 0.06405 gPL9.81998.2AP查图得，490.5 pa/mZ填料层压降为：P =490.5 2pa =0.981kpa2.2.4液体分布装置液体的分布装置性能对填料塔效率影响很大，特别是大直径、低填料层的填料塔，尤其需要性能良好的液体分布装置。本设计选用槽式液体分布器。开孔数目的计算：取LH = 140mm=0.55d0=8mm_ LVM水 /Pl459.37 心 8/(3600998.2)cn o_n5U.2：5 10.785d(2： ：2gH0.785 0.00820.552 9.810.14注：因为填料层高度为3m少于6m所以可以不用设计再分液器。3、附属

17、设备的选择与计算3.1填料支撑装置填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量；提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易 制造，易装卸等。对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型支撑装置。本设计选 用孔管型支撑装置。本设计塔径D=1000m，采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小， 由竖扁钢制成的栅板作为支承板，将其分成三块，栅板条之间的距离约为26.6mm且需要将其搁置在焊接于塔壁的支持圈或支持块上，分块式栅板，每块宽度为316mm以便从人孔进行装卸。3.2填料压紧装置填料

18、上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类，每类又有不同的型式，填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重量将填料压紧。它适用于陶瓷、石墨等制成 的易发生破碎的散装填料。床层限制板用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的 散装填料及所有规整填料。床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布器的 安装和使用，不能采用连续的塔圈固定，对于小塔可用螺钉固定于塔壁，而大塔 则用支耳固定。本设计中填料塔在填料装填后于其上方安装了填料压紧栅板。3.3 吸收塔主要接管的尺寸计算气体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

19、处装一除沫挡板， 或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可 采用旋流板除雾器。由于本设计对排放的净化气体中的液相夹带要求不严， 可不 设除液沫装置。常压塔气体进出口管气速可取1030m/s（高压塔气速低于此值）；液体进 出口管气速可取0.81.5m/s（必要时可加大些）。管径依所选气速决定后，应 按标准管规格进行圆整，并规定其厚度。331液体进料接管进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下液体流速取u =1.2m/s管选用 =60mm 5mm 的无缝钢管，内径为50mm8.284管内实际流速：u26001.17m/s，在符合范围内=d20.

20、785汉0.05243.3.2气体进料接管气体流速取 口气=20m/s管选用 =273mm 11mm 的无缝钢管，内径为251mm按标准管规格进行圆整后得，气体进口出管直径D1=273mm厚度为11mm液体进出管直径D2=60mm厚度为5mm设计位于塔底的进气管时，主要考虑两个要求：压力降要小和气体分布要均 匀。由于填料层压力降较大，减弱了压力波动的影响，从而建立了较好的气体分 布；同时，本装置由于直径较大，可采用简单的进气分布装置。由于对排放的净 化气体中的液相夹带要求不WL459.37 18998.2=8.284m3/h设计液体进出口管内径:diqL3600 沁巴沐u0.0494m3 14

21、3600 1.2设计取气体进出管内径qG4u气3500/36002488m0.785 20.0则实际通过气体接管的气速为:范围内。qG二d24d23500/36000.785 0.2512= 19.66 m/s，在符合严，可不设除液沫装置。3.4 填料塔附属高度的计算塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高度，塔的底部空间高度等。塔的上部空间高度是为使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来而留取 的高度，可取1.2m。设塔定液相停留时间为1mi n，贝U塔釜液所占空间高度为=0.18m间高度可以取为2.705m。吸收塔的总高度为H =2.7055.705m3.5 离心泵和

22、风机的选择吸收塔的压力降 人 P=R +也 F2+也 F311气体进口压强为（突然扩大E=1）:也P=丄工Pu2=丄工2.4499.662=473.29Pa 2 2气体出口压强为（突然缩小E=0.5） .：P P2=0.50.5 - -】u u2= =0.50.5 - - 2.4492.449 19.6619.662=236.65Pa236.65Pa 2 2 2 2填料层压力降：AP3=981pa吸收塔的压力降=AR +绘 +圮=473.29 +236.65 + 981=1690.94Pa无缝钢管的绝对粗糙；=0.2/mm度，相对粗糙度；d=0.250=0.004查表得摩擦系数=0.03泵入口

23、管长：0.2m喷头前管长0.5m全程有1个标准截止阀（全开）：6.4三个90度弯头：E=0.75带滤水器的底阀（全开）：2吸入管伸进水里=0.3m出口突然扩大1-1.0进口突然缩小=0.5W：-6.4 1 0.75 3 2 1.0 0.5 =12.15管路总压头损失考虑到气相接管的空间高度，底部空间高度取为1.505米，那么塔的附属空Re0.05 1.17 998.21005 10 上=58104.179160 8268.66603600 998.220.785 1选用风机型号为：C4-72机号3.6C转速（r/min）流量(m3/h)全压/ Pa功率/kW280029905450931156

24、83d= 1.11J Kg0.03 .3 257 12.15皿丿2疋9.810.05扬程：Hg*Z兰 Hf,1690.941.1 仁 4.28m:-g998.2 9.81流量 Q=WL/59*3718=8.28m3/hPL998.2经查化工原理教材附表十二得，选用离心泵型号IS65-50-125的泵适合功率/kw必需汽蚀余量转流量m/h扬程H/m效率n/%轴功电功率（NPSH）r /m(r/min)12.5640.270552.01450设计一览表1基础物性数据和物料衡算结果汇总：项目符号数值与计量单位吸收剂（水）的密度PL998.2(kg/m3)溶剂的粘度1 L1.005xlO(Pa.S)溶

25、剂表面张力SL940896(kg/h2)盐酸在水中扩散系数DL2.8 如 0 (m2/s)混合气体的平均摩尔质量MG29.45 kg/kmol混合气体的平均密度PG2.449kg/m3盐酸在空气中扩散系数DV1.56x10(m2/s)亨利系数E275 KPa;气液相平衡常数m1.375溶解度系数H0.199kmol /(m 3.KPa);盐酸进塔摩尔比Y0.06383盐酸出塔摩尔比Y20.0015惰性气体摩尔流量G136.85kmol/h ;吸收剂摩尔流量L459.37 kmol/h液相进口摩尔比夫0液相出口摩尔比X0.018572 填料塔工艺尺寸计算结果表:项目符号数值与计量单位气相质量流量

26、8386.66kg/h液相质量流量WL8571.5kg/h塔径D1000mm空塔气速u1.2385m s泛点率U./UF58%解吸因数S0.4096气相总传质单兀数NOG5.448液体质量通量UL10533.32kg /(m2h)气体质量诵量Ul卩9191kg /(m2h)气膜吸收系数kG0.0803kmol/(m 2.h.kpa)液膜吸收系数kL0.664 (m/h)气相总吸收系数（校正后）kGa36.3798kmol/(m .h.kpa)液相总吸收系数（校正后）Ka32.0536(l/h)气相总传质系数KGa34.9779kmol/(m .h.kpa)液相总传质系数3331.7350kmo

27、l/(m .h.kpa)气相传质单元高度HOG0.271m填料层咼度Z1.4872m填料塔上部空间高度hi1.2m填料塔下部空间高度h21.505m塔附属咼度ha2.705m塔高HA5.705m布液孔数n51点孔径do0.008m开孔上方高度AH0.14m3吸收塔设计一览表项目选型数值与计量单位吸收塔类型聚丙烯鲍尔环吸收填料塔混合气处理量：3500m3/h液体进出口接管无缝钢管60mm 汉 5mm液体实际流口液=1.17m/s气体进出口接管无缝钢管*273mm11mm.气体实际流u气=19.66 m/s离心泵的选型IS65-50-125单级单吸离心泵扬程H=4.28m对本设计的评述历时两个星期的化工原理课程设计结束了，在这个课程设计过程当中，我 们综合地运用了我们所学习过的流体力学， 吸收等方面的化工基础知识，设计了 一款可应用于吸收氯化氢的填料塔。在为期两周的课程设计当中我感触最深的便 是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要认真思考，用所学的知识， 再一步步探索，是完全可以解决遇到的一般问题的。这次的课程设计内容包括工 艺流程的设计，塔板结构的设计，数据的校验。目的主要是使我们对化学工艺原 理有一定的感性和