化工原理课程设计-吸收塔-郑顺金

1、西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计水吸收氯化氢 填料吸收塔设计设计者：20095332郑顺金班级：09生物工程4班指导老师：王枢老师设计日期：2011-7-18西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计目录目录-2 填料吸收塔设计任务书-3 设计方案的选择及流程说明-4 工艺计算-5需用的气象数据-5 在25，99.89kPa下的部分物性常数-5 相平衡处理-5 流量的计算-7 填料的假设-8 范点的计算-8 主要设备工艺尺寸的计算-9塔径的计算-9 传质单元的计算-9 填料层的计算-11 填料层压降校核-11 喷淋量的校核-12 进出口管的设计-12 排气孔-12 塔顶空间和

2、塔底空间-13 附属设备的计算-14填料支承装置-14 液体分布装置-14 风机、泵的选择-14 人孔和手孔-14 设计综述与思考-16 附录一 符号表-17 附录二 埃克特图-18 附录三 参考资料-19 图一 相平衡图与传质单元数的求解-20 图二 流程图-21 图三 装配图-22第 2 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 2西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计填料吸收塔设计任务书一、 设计题目：水吸收氯化氢填料吸收塔设计二、设计任务及操作条件1、 设计任务：混合气（氯化氢、氢气）处理量： 6000Nm3/h 进塔混合气中含氯化氢： 85%（V%）;相对湿度：

3、 69%； 温度： 25氯化氢吸收率： 99.0%2、 操作条件操作压强： 常压操作3、 设备型式： 填料吸收塔4、 厂 址： 山东菏泽三、设计内容：1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计（1）塔径的确定（2）填料层高度计算（3）总塔高、总压降及接管尺寸的确定4、辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、工艺流程图及工艺条件图7、设计评述第 3 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 3西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计设计方案的选择及流程说明由于HCl极易溶于水，从成本角度考虑，用水进行吸收为提高传递效率，全塔采取逆流操作由于氯化氢溶于水，相

4、当于不同浓度的盐酸，故选择瓷质填料从成本上考虑，选用乱堆瓷质拉西环采用的流程图及装配图附后第 4 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 4西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计工艺计算需用的气象数据空气的年平均相对湿度 =69%；年平均大气压=99.89kPa在25，99.89kPa下的部分物性常数水的摩尔质量 M水=18.015 kgkmol-1；HCl的摩尔质量 MHCl=36.461 kgkmol-1；氢气的摩尔质量 M氢=2.016 kgkmol-1；平均摩尔质量 MG=31.294 kgkmol-1；水的密度 水=997.04 kgm-3；水的粘度 水=0.

5、8937 mPas；水的表面张力 水=72.0 mNm-1；HCl的密度 HCl=1.293 kgm-3；HCl的粘度 HCl=0.0097 mPas；氢气的密度 氢=0.0893kgm-3；氢气的粘度 氢=0.0068 mPas；进气密度G=0.85HCl+0.15氢=1.100 kgm-3；进气粘度G=0.0096 mPasHCl和氢之间的扩散系数DHCl-氢=0.55cm2/s相平衡处理由于氯化氢溶于水不符合亨利定律，本实验需根据部分数第 5 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 5西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计据做平衡曲线经估算可知，塔进出口的平均温度

6、约为30摄氏度，为便于计算，在不会引起较大误差的前提下，视为30时的等温吸收根据手册已知的溶液的溶质质量比和平衡分压的关系，依照关于浓度表示的公式pHClxyX=，y=，Y=可得以下表1-xP1-ykgHCl/100kg水 66.7 56.3 47 38.9 31.6 25 19.05 13.64 8.7 4.17 2.04p/kPa 83.6 25 5.94 1.32 0.29 0.64 0.0141 3.1210-03 6.8710-04 1.0210-04 2.0210-05x2.4810-01 2.1810-01 1.8910-01 1.6110-01 1.3510-01 1.1010

7、-01 8.6010-02 6.3210-02 4.1210-02 2.0210-02 9.9810-03y0.825 0.247 0.058 0.0132.8610-03 6.3210-03 1.3910-04 3.0810-05 6.7810-06 1.0110-06 1.9910-07102X Y 33.0 27.8 23.2 19.2 15.6 12.4 9.42 6.74 4.30 2.06 1.014.72 0.328 0.0623 0.0132 2.8710-03 6.3610-03 1.3910-04 3.0810-05 6.7810-06 1.0110-06 1.9910-0

8、7为了便于在X较大位置作图，现根据盐酸水溶液的氯化氢分压图线查得30时分压和质量分数的近似关系，并求出X，Y如下质量分数 32.0% 33.0% 34.0% 35.0% 36.0% 37.0% 38.0% 39.0% 39.5%Kg HCl/p/kPa x y 102X100kg水 47.1 0.055 23.3 49.3 0.083 24.3 51.5 0.118 25.5 53.8 0.168 26.6 56.3 0.237 27.8 58.7 0.355 29.0 61.3 0.464 30.3 63.9 0.651 31.6 65.3 0.750 32.3第 6 页 共 22 页200

9、95332 郑顺金 09生工4班Y 6西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计根据，物理化学手册可知，HCl在30时的溶解度为40.23%(质量分数)，即此时Xmax40.23%MHCl=0.330 (1-40.23%)MHO2故在本题中气相中HCl比例很大，会发生吸收直到达到饱和 流量的计算进塔气体 G6000Nm3/hb=22.4m3/kmol=267.9kmol/h进塔气相摩尔分数yb=0.85 则，进塔气相摩尔比Yybb=1-y=5.67b则，出塔摩尔比Ya=Yb(1-)=5.671%=0.057惰性成分GB=Gb(1-yb)=40.2kmol/h由于进液体为纯水，则xa=0，X

10、a=0则由平衡图线图查得此时已经超过溶解度，取X*b=Xmax=0.330根据如图所示的曲线，显然最小液气比(LSYb-YaG)X5.670-0.057min=*=17.01 Bb-Xa0.330-0取实际液气比，(LSG)=1.5(LSG)min=22.52BB即吸收液的用量第 7 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 7西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计LSLs=GB()=40.2kmol/h22.52=1026kmol/hGB则吸收液的体积流量VLS=LsM水/水=18.54m/h 3填料的假设先设用瓷质乱堆的80拉西环其特性数据如下表， 实际尺寸80*80

11、*9.5 堆积数量 1910/m3 714kg m-3 at76 m2m-3 C61 0.68 /3 243/m-1 填料 280范点的计算根据埃克特泛点图线(附后)，可以求出泛点（图上A点）18.54FP=0.093 VG6000.100GSVL水从图线上查得，纵坐标为0.14即，2uFG0.2水=0.14 g水解之得，泛点气速uF=2.13m/s第 8 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 8西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计主要设备工艺尺寸的计算塔径的计算取设计气速u=0.65uF=1.38m/sG46000/3600理论塔径 D=1.24m u3.1416

12、1.38根据压力容器的国标，将塔径圆整D经验证，D/d20，符合一般要求 =1400mm4VG46000/3600则，u=1.08m/s 22pD3.14161.4传质单元的计算由于氯化氢极易溶于水，故吸收过程为气膜控制h0=HOGNOG根据恩田公式，awsc0.750.1-0.050.2=1-exp-1.45()ReFrWe ats水LLL其中有液相、气象的质量流速LM水1026/360018.015L=3.34kg/(m2s)23.1416()D()1.4244GG267.9/360031.294G=1.51kg/(m2s)23.14162()D1.444第 9 页 共 22 页20095

13、332 郑顺金 09生工4班 9西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计 L3.34ReL=49.17 -3atm水760.893710L2at3.34276-5Fr=2=8.6910 2r水g997.049.81LL3.34WeL=2.0410-6atr水s水76997.0472.0查表得，陶瓷的表面张力sc代入得， 22=61mNm-1a=1-eat-1.45(610.75)49.170.1(8.6910-5)-0.05(2.0610-6)0.272 =1-e=0.19723则，a=0.197at=15.0m/m可求，气相给质系数 -0.220kG=atCDHCl-氢RT-5mGG0

14、.7()()1/3(atdP)-2.0atmGrGDHCl-氢m水r水DHCl-水kL=0.051(=2.70910mols/(kgm)r水-1/3L2/3m水g)(awm水)()-1/2atdP由于为气膜控制，KGkG，不再具体计算kL HOGGbGbG=1.17mKyaD2KaPD2kaPGG44第 10 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 10西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计填料层的计算需要吸收的HCl浓度很高，不能用x，y来直接代替X，Y进行计算操作线方程为，LSLSY=X+(Ya-Xa) GBGB代入液气比等数据，即，Y=22.52X+(0.057-

15、0)=22.52X+0.057 查图，得NOG则填料高度h=4.0 =HOGNOG=4.01.17m=4.68m 可以圆整为4.8m填料层的分段 h计算3，则可不需分段 D填料层压降校核根据埃克特图确定压降（图附后）已求得FP=0.093， u2G纵坐标g水0.2水=0.034在图上以点B表示第 11 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 11西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计Dp35此时z，则Dp164Pa，较适宜 喷淋量的校核根据湿润率的公式，L=UVLS18.54W=S=76(3.14/4)1.42=0.16即，湿润率LW0.12，符合要求进出口管的设计进、

16、出气管管径dGG=pu=141615=0.37mG3.则使用400mm管进、出液管管径dLSL=pu=418.54/36003.14160.8=0.091mL则，选用100mm管排气孔根据排气孔和直径的关系，此处应开4个排气孔第 12 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 12西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计塔顶空间和塔底空间塔顶空间Ha=1.5m塔底空间Hb=3m第 13 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 13西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计附属设备的计算填料支承装置由于吸收塔自顶至下相当于浓度不同的盐酸，对有较强的腐蚀性，

17、故用陶瓷多孔板作为支承材料液体分布装置为了保证每一截面上都有气液的均匀分布，须选用液体分布装置，选用排管式布液器风机、泵的选择风机的功率VGDp6000164Pa=4.5kW3600102h360010260%输液泵的功率同样合理选取人孔和手孔依照规范，1400的设备应开一人孔第 14 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 14西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计设计结果汇总 设计名称 水吸收氯化氢填料吸收塔设计操作条件 25，99.89kPa(绝)单塔逆流操作 进气量 6000 Nm3/h 含85% HCl 液体用量 18.54 m3/h 纯水塔径 1400mm

18、采用耐盐酸材质 填料 80乱堆拉西环填料高度 4.80m 不分层传质单元数 4.0传质单元高度 1.17m进、出气管 400mm 耐酸腐蚀 进、出液管 100mm 耐酸腐蚀 全塔压降 164Pa布液装置 排管式填料支承装置 陶瓷多孔板第 15 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 15西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计设计综述与思考本填料塔设计用以工业上吸收氢气与氯气点燃产生的混有氢气的氯化氢气体，在常温常压下采用逆流方式操作，以常温清水进行吸收，吸收较为完全另一方面，塔填料采取不分段、以80瓷质拉西环填料，在保证传质的前提下，简化了填料的过程，更有利于控制成本在

19、设计过程中，考虑到自上至下盐酸浓度逐渐增大，要求材料有较高的耐受还原性无机酸的能力，所以填料、支承多采取陶瓷材质的材料通过本次化工原理课程设计，我巩固了化工原理理论课的理解，在读图画图的过程中，进一步熟悉了工程制图的知识，以及初步掌握了AutoCAD 2008的使用。当然，由于我平时努力不够，以及对CAD的学习不够深入，我的这份设计可能存在着许许多多这样或那样的问题，可能有些地方背离国家标准甚至在工业技术上无法实现。但是无论如何，我通过这次课程设计，掌握了许多，也收获了很多。我想，这也许是开设这个实习的目的之一吧。第 16 页 共 22 页20095332 郑顺金 09生工4班 16西南交通大学生命科学与工程学院化工原理课程设计附录一 符号表符 号 A D Ga Gb GB GG GL GG GL g HOG h0意 义 传质面积 扩散因数 出塔气相摩尔流量 进塔气相摩尔流量 惰性气相摩尔流量 气相质量流量 液相质量流量 气相质量流速 液相质量流速 重力加速度 传质单元高度 填料高度符 号 ky LS LW L M NOG p P p X Y x y C 第 17 页 共 22 页20