化工原理课程设计报告书

1、化工原理课程设计-填料吸收塔设计（水吸收氨气）一、精馏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。2-1 工业常用吸收剂溶质 溶剂溶质溶剂氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氢水二氧化碳水、碱液二氧化硫水硫化氢碱液、有机溶剂苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳铜氨液1.3填料的类型与选择填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。1.3.1 填料种类的选择本次采

2、用散装填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料与球形填料等。鲍尔环是目前应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。1.3.2 填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有Dn16Dn25Dn38 Dn76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良与严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于。表3-1填料种类D/d的推荐值拉西环D/d2030鞍环D/d15鲍尔环D/d1015阶梯环D/d>8环矩

3、鞍D/d>81.3.3 填料材质的选择工业上，填料的材质分为瓷、金属和塑料三大类聚丙烯填料在低温（低于0度）时具有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重，可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。综合以上：选择塑料鲍尔环散装填料 Dn501.4 基础物性数据1.4.1 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 水的有关物性数据如下：1. 2. 3. 表面力为:4. 5. 6. 1.4.2 气相物性数据1. 混合气体的平均摩尔质量为 (2-1)2. 混合气体的平均密度由 (2-2)R=8.3143. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20时，空气的黏

4、度注： 1 1Pa.s=1kg/m.s2.4.3 气液相平衡数据由手册查得，常压下，20时，NH在水中的亨利系数为 E=76.3kpa在水中的溶解度: H=0.725kmol/m相平衡常数： (2-3) 溶解度系数: (2-4) 1.4.4 物料横算1. 进塔气相摩尔比为 (2-5) 2. 出他气相摩尔比为 (2-6) 3. 进塔惰性气体流量: (2-7) 因为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。即： (2-8)因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成所以 选择操作液气比为 （2-9）L=1.2676356×234.599=297.3860441kmol/h因为V

5、(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1第二节 填料塔工艺尺寸的计算填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算与分段2.1 塔径的计算1. 空塔气速的确定泛点气速法对于散装填料，其泛点率的经验值u/u=0.50.85贝恩（Bain）霍根（Hougen）关联式 ，即：=A-K （3-1）即：所以：/9.81（100/0.917）（1.1836/998.2）=0.246053756UF=3.974574742m/s其中：泛点气速，m/s;g 重力加速度，9.81m/sWL=5358.89572/h WV=7056.6kg/hA=0.0942； K=1.75；取u=0.7 =2.78220m

6、/s （3-2） 圆整塔径后 D=0.8m1. 泛点速率校核： m/s则在允许围2. 根据填料规格校核：D/d=800/50=16根据表3-1符合3. 液体喷淋密度的校核：(1) 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。(2) 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率。 （3-3） （3-4）经过以上校验，填料塔直径设计为D=800mm 合理。2.2 填料层高度的计算与分段 （3-5） （3-6） 2.2.1 传质单元数的计算用对数平均推动力法求传质单元数 （3-7） （3-8） = =0.006

7、8952.2.2 质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： （3-9）即：w/t =0.37404748液体质量通量为： =WL/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(h)气体质量通量为： =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(h)气膜吸收系数由下式计算： （3-10） =0.237(14045.78025÷100.6228×10-5)0.7(0.06228÷0.081÷1.1761)0.3(100×0.081÷8.314÷29

8、3)=0.152159029kmol/(h kpa)液膜吸收数据由下式计算： (3-11）=0.566130072m/h因为0.15215×0.3740×1.451.1×100 （3-12）=8.565021kmol/(m3 h kpa) =0.56613×100×0.37404×1.450.4 （3-13）=24.56912/h因为： =0.8346所以需要用以下式进行校正： （3-14） =19.5(0.699990.5)1.4 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa) （3-15）=1 2.6 (0.6

9、9990.5)2.2 24.569123=26.42106/h （3-16） =1÷(1÷17.1358+1÷0.725÷26.4210) =9.038478 kmol/(m3 h kpa) （3-17） =234.599÷9.03847÷101.3÷0.785÷0.64=0.491182m （3-18）=0.491182×9.160434=4.501360m,得=1.4×4.501=6.30m2.2.3 填料层的分段对于鲍尔环散装填料的分段高度推荐值为h/D=510。h=5×8001

10、0×800=48 m计算得填料层高度为7000mm，故不需分段2.3 填料层压降的计算取 Eckert (通用压降关联图)；将操作气速(2.8886m/s) 代替纵坐标中的查表，DG50mm塑料鲍尔环的压降填料因子125代替纵坐标中的则纵标值为：=0.1652 (3-19) 横坐标为：=0.02606 (3-20)查图得 981Pa/m (3-21)全塔填料层压降 =981×7=6867 Pa至此，吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度与填料层压降均已算出。第三节 填料塔件的类型与设计3.1 塔件类型填料塔的件主要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等

11、。合理的选择和设计塔件，对保证填料塔的正常操作与优良的传质性能十分重要。3.2 塔件的设计4.2.1 液体分布器设计的基本要求： （1）液体分布均匀 （2）操作弹性大 （3）自由截面积大（4）其他3.2.2 液体分布器布液能力的计算（1）重力型液体分布器布液能力计算 （2）压力型液体分布器布液能力计算注：(1)本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器；且填料层不高，可不设液体再分布器。 (2)塔径与液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板与压板。其它塔附件与气液出口装置计算与选择此处从略。注：1填料塔设计结果一览表塔径0.8m填料层高度7m 填料规格50mm鲍尔环操作液气比1.26763

12、56 1.7倍最小液气比校正液体流速2.78220/s压降6867 Pa惰性气体流量234.599kmol/h2 填料塔设计数据一览E亨利系数， 气体的粘度，1.73=6228 平衡常数 0.7532 水的密度和液体的密度之比 1 重力加速度， 9.81 =1.27分别为气体和液体的密度，1.1836；998.2； =5358.89572/h =7056.6kg/h分别为气体和液体的质量流量气相总体积传质系数， 填料层高度，塔截面积，气相总传质单元高度，气相总传质单元数以分压差表示推动力的总传质系数，单位体积填料的润湿面积 100 91.7%以分压差表示推动力的气膜传质系数，溶解度系数，0.725以摩尔浓度差表示推动力的液摩尔传质系数，气体常数，氨气在空气中中的扩散系数与氨气在水中的扩散系数; 液体质量通量为： =WL/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(h)气体质量通量为： =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(h)3 参考文献1夏清.化工原理（下）M. :大学, 2005.2 贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计M. :大学, 2002.3 华南理工大学化工原理教研室著化工过程与设备设计M: 华南理工大学,1986.4 周军.秋利 化工AutoCAD制图应用基础