水吸收氨气填料塔设计

化工原理课程设计 课程名称 化工原理 设计题目 水吸收空气中氨填料塔的工艺设计 院 系 化学与生物工程学院 学生姓名 王永奇 学 号 200907117 专业班级 化学工程与工艺 093 指导教师 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 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 符号 单位 计算结果 平均压力 平均温度 气相平均 流率 液相 操 作 条 件 氨的浓度 塔顶 塔底 气相平均 密度 液相 平均粘度 物 性 参 数 平均表面张力 填料的类型 填料的规格 空塔气速 泛点气速 塔径 填料层高度 气膜传质系数 液膜传质系数 总传质系数 压降 操作液气比 最小喷淋密度 主 要 工 艺 结 构 尺 寸 实际喷淋密度 兰州交通大学 化工原理课程设计 1 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 50ND 2 工艺计算 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 1 3 由手册查得 25 时水的有关物性数据如下 密度为 397 05 Lkgm 粘度为 841 2 PaSkgh 表面张力为 2 93184Ldync 氨气在水中的扩散系数为 6 50 LDm 2 1 2 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 04 289 0178 iMmy 混合气体的平均密度为 6 298314 RTPV 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 6 Vkgmh 查手册得氨气在空气中的扩散系数为 2 98 VD 2 1 3 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 9 78EkPa 兰州交通大学 化工原理课程设计 相平衡常数为 9 780 513EmP 溶解度系数为 3 97802LSHkmolPaM 2 2 物料衡算 进塔气相摩尔比为 087 1yY21 出塔气相摩尔比为 087 9 12 进塔惰性气相流量为 2kmol h 184 0 4 5 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 12min YLX 对于纯溶剂吸收过程 进塔液相组成为 20X 975 0 8 07 21min XYVL 取操作液气比为 4625 19 5 min L 3027461812 VYX 589 30 7 兰州交通大学 化工原理课程设计 2 3 填料塔的工艺尺寸的计算 2 3 1 采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 hkgwv 4729823146 50 液相质量流量可近似按纯水的流量计算 即 L 1 0 27 Eckert 通用关联图的横坐标为 35 0 9746 28 4 5 5 0 LVw 查图 5 21 得 5 2 02 LVFgu 查表 5 11 得 1 43mF 537 894 016 437250205 2 LVFgu 取 sm 7 7 由 uDS 76 046 213 3 504 圆整塔径 取 8 泛点率校核 smu 279 46 2130 570 在允许的范围之内 4 9F 填料规格校核 兰州交通大学 化工原理课程设计81650d D 液体喷淋密度校核 取最小润湿速率为 3min 0 8 WLh 查附录五得 2314 ta32minin 0 814 296 WtULamh in27 75 98U 经以上校核可知 填料塔直径选用 D 800mm 合理 2 3 2 填料层高度计算 058 9 85 0m1 XY22 脱吸因数为 6735 0 78214950 LVS 气相总传质单元数为 12 1OGYNInS 6735 0 8 06735 6735 0I 891 气相总传质单元数采用修正的恩田关联式计算 220 750 10 50 exp 4 WCLtLt Lt tUag 查表 5 13 得 23 7680 Cdyncmkgh 液体质量通量为 兰州交通大学 化工原理课程设计 hUL 22m08kg 965 785 014 0 220 5 820 1 7 1490867 17 9546 34 3 exp1tw 5 0 气漠吸收系数由下式计算 0 71 3 23 VVtVGtUDkRT 气体质量通量为 hmV kg59 4038 075 162342 98314 6068 1 6 1490k7 G kpahm 258ol 液漠吸收系数由下式计算 2 31 21 30 9 LLLLWUgkD 3121 632 05 973053 897 0 5214865 8 643m h 0 由 查表得 1 GWka 5 则 1 GWk m4170kol 65 243 08 3kpah 1 LWka 3 6 04 兰州交通大学 化工原理课程设计 504 6Fu 由 得 1 4 2 19 1 6 05 GGLLF Fukakaka oml 47 0 5 6334 ph aL 98 316 21k2 则 GLkHa kpahm 3541ol 6398 5 01472 1 由 OGYGVHKaP 5m 08 7 03154 622 由 963 15 OGNHZ 1 2496 45 70 25z 设计取填料层高度为 mZ8 查表 对于阶梯环填料 mhD6 158ax 取 则 hD 6408 计算得填料层高度为 8000 mm 故需分段 分为两段 每段 4000mm 2 3 3 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 5 VLw 查表得 189Pm 纵坐标为 053 894 05716 8 9272 02 LVpgu 查图得 350Pa m Z 填料层压降为 28p 2 4 液体分布器简要设计 2 4 1 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 2 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 20 785 56n 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 3 布液计算 由 204SLdngH 取 6 1m 20 Sdng 1 246 59 7 036 0 43 18 设计取 0dm 3 辅助设备的计算及选型 3 1 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 2 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 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 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 附录 6 1 主要符号说明 符号 意义及单位 符号 意义及单位 填料的有效比表面积 a 32 mh 填料的总比表面积 t23 液体喷淋密度 U32 mh 液体质量通量 L 32 mh 气体质量通量 VU32 mh 兰州交通大学 化工原理课程设计 填料的润湿比表面积 wa 32 m 填料直径 d3 mh 塔径 D 液体扩散系数 L 2 s 气体扩散系数 sV 亨利系数 EkPa 填料层分段高度 hm 溶解度系数 H3 olk 气相总传质单元高度 OG 气相总传质单元数N 气膜吸收系数GK2 kmolhkPa 液膜吸收系数 L mh 稳定系数 无因次K 混合气体的平均摩尔质量VM 液体体积流量 L3 h 相平衡常数 无因次m 筛孔数目 分布点数目 n 操作压力 PPa 压力降 空塔气速 u mh 泛点气速 F32 最小液体喷淋密度 minU32 h 液体质量流量 LW kgh 气体质量流量 V 液相摩尔分数 x 液相摩尔比X 气相摩尔分数y 气体摩尔比Y 填料层高度 Zm 惰性气相流量 V kolh 脱吸因数S 温度 TK 塔的截面积 2m 泛点填料因子 1 液体的粘度 L kgh 混合气体的粘度 V kgmh 混合气体的平均密度 V 3 k 液体的密度 L 3 kgm 液体的表面张力 N 填料材质的临界表面张力 C Nm 空隙率 无因次 兰州交通大学 化工原理课程设计