1、化工原理課程設計課程名稱：化工原理設計題目：水吸收空氣中氨填料塔的工藝設計院系：一一化學與牛物工程學院學生姓名：干永奇學號：_200907117專業班級：一化學工程與工藝093_指導教師：_張玉潔蘭州交通大學-化工原理課程設計化工原理課程設計任務書一、設計題目：水吸收空氣中的氨填料塔的工藝設計二、設計條件1 .生產能力：每小時處理混合氣體4500Nm/h;2 .設備型式：填料塔3 .操作壓力：101.3KPa4 .操作溫度：298K5 .進塔混合氣中含氨8%(體積比)6 .氨的回收率為99%7 .每年按330天計，每天24小時連續生產8 .建廠地址：蘭州地區9 .要求每米填料的壓降都不大于10

2、3Pa三、設計步驟及要求1 .確定設計方案(1)流程的選擇(2)初選填料類型(3)吸收劑的選擇2 .查閱物料的物性數據(1)溶液的密度、粘度、表面張力、氨在水中的擴散系數(2)氣相密度、粘度、表面張力、氨在空氣中的擴散系數(3)氨在水中溶解的相平衡數據3 .物料衡算(1)確定塔頂、塔底的氣液流量和組成(2)確定泛點氣速和塔徑(3)校核D/d>810(4)液體噴淋密度校核：實際的噴淋密度要大于最小的噴淋密度。4 .填料層高度計算5 .填料層壓降校核如果不符合上述要求重新進行以上計算6 .填料塔附件的選擇(1)液體分布裝置(2)液體在分布裝置(3)填料支撐裝置(4)氣體的入塔分布7 .計算結

3、果列表(見下表)四、設計成果1 .設計說明書(A4)(1)內容包括封面、任務書、目錄、正文、參考文獻、附錄(2)格式必須嚴格按照蘭州交通大學畢業設計的格式打印。2 .精儲塔工藝條件圖(2號圖紙)(手繪)五、時間安排(1)第十九周-第二十二周(2)第二十二周的星期五(7月20日)下午兩點本人親自到指定地點交設計成果，最遲不得晚于星期五的十八點鐘。六、設計考核(1)設計是否獨立完成；(2)設計說明書的編寫是否規范(3)工藝計算與圖紙正確與否以及是否符合規范(4)答辯七、參考資料1 .化工原理課程設計賈紹義柴成敬天津科學技術出版社2 .現代填料塔技術王樹盈中國石化出版社3 .化工原理夏清天津科學技術

4、出版社填料吸收塔設計一覽表參數符號單位計算結果平均壓力操平均溫度作平均氣相條流率r液相件氨的濃度塔頂塔底物平均氣相性密度液相參平均粘度數平均表面張力填料白狀型填料的規格空塔氣速主泛點氣速要塔徑工填料層高度藝氣膜傳質系數結液膜傳質系數構總傳質系數尺壓降寸操作液氣比最小噴淋密度實際噴淋密度1 .設計方案簡介用水吸收氨氣為提高傳質效率，選用逆流吸收流程。對于水吸收氨氣的過程,操作溫度及操作壓力較低，工業上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中,塑料階梯環填料的綜合性能較好，故此選用Dn 50聚丙烯階梯環填料。122 .工藝計算2.1 基礎物性數據13由手冊2.1.1 液相物性數據對低濃度吸收過程，溶

5、液的物性數據可近似取純水的物性數據。查得，25c時水的有關物性數據如下:密度為:L=997.05kg/m3粘度為L=0.894910，PaS=3.2kg/(mh)表面張力為；入=71.9dyn/cm=931824kg/h2氨氣在水中的擴散系數為Dl=8.53210m2/h2.1.2 氣相物性數據混合氣體的平均摩爾質量為MMm八yiMi=0.08170.9229=28.04混合氣體的平均密度為一PMVm101.328.04Vm1.14625 c空氣的粘度為RT8.314298混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得%=0.066kg/(mh)查手冊得氨氣在空氣中的擴散系數為2DV=0.069

6、8m2/h2.1.3 相平衡數據由手冊查得，常壓下25c時氨氣在水中的亨利系數為1E=99.78kPa相平衡常數為=0.985E99.78m=二P101.3溶解度系數為：L997.053H=0.555kmol/(kPam)EMS99.7818.022.2 物料衡算進塔氣相摩爾比為yi1-y20.081-0.08=0.0870出塔氣相摩爾比為丫2="1-)=0.0870(1-0.99)-0.000870進塔惰性氣相流量為4500V=(1-0.08)=184.82kmol/h22.4該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算，即(L)V /min丫 -丫2丫 /m -

7、X2對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成為X2 =0)min丫 -丫2 0.0870-0.000870Y/Y2-X2 0.0870/0.985-0= 0.975取操作液氣比為(L) =1.5(L)min =1.5 0.975 =1.4625 V VL =184.82 1.4625 =270.30Vg -Y2) = L(X1 -X2)X1184.82 (0.0870 -0.000870)270.30-0.05892.3 填料塔的工藝尺寸的計算2.3.1 采用Eckert通用關聯圖計算泛點氣速氣相質量流量為273八，“wv=45001.146=4724kg/h273298液相質量流量可近似按純水的流量

8、計算，即wL=270.3018.02=4870.81kg/hEckert通用關聯圖的橫坐標為WlWvz V x 0.5IE)4870.811.146 05().4724997.05= 0.035查圖5-21得uF'f'-；"vg0.2= 0.205查表5-11得=143m-1Uf0.205g I 一：620.205 9.81 997.05,143 1 1.146 0.89490.2= 3.537取u=0.7uf=0.73.537=2.476m/s44500：273/3600=0.767 m4Vs二.27325.二u3.142.476圓整塔徑，取D-0.8m泛點率校核：

9、2734500273/3600=2.279m/s273253.142.476立=2279M100%=0.6444=64.44%(在允許的范圍之內)uF3.537-填料規格校核:D800=168d50液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為(LwLn=0.08m3/mh查附錄五得at=114.2m2/m3Umin=(LW)minat=0.08114.2=9.136m3/m2h,4870.81/997.05U=n_o_o2=9.724Umin0.7850.8經以上校核可知，填料塔直徑選用D=800mm理。2.3.2填料層高度計算*Y=mX=0.985父0.0589=0.0580*Y2=mX2=0脫吸因數

10、為cmVS=-L0.985184.82八八=0.6735270.30氣相總傳質單元數為NOG=1-S*Y-Y,In(1-S)d-TSY2"Y210.0870-0In1-0.67350.67351-0.67350.000870-0=10.7389氣相總傳質單元數采用修正的恩田關聯式計算:Ulatl=1-exp-1.45()0.75(OtCJtL、0.1,孰2_0.05Ul20.2)(:25)(1-.-.)Lg'L"L't查表5-13得2-C=33dyn/cm=427680kg/h液體質量通量為UL=4870.812=9695.08kg/m2h0.7850.82

11、-，wd，皿427680、075/9695.08、01/9695.08114.29695.082、02=1-exp-1.45()()(28)()931824114.2x3.2997.052父1.27M108997.05父940896M114.2=0.355氣漠吸收系數由下式計算:UV07,V1/3、工tDvkG-0.237()0.7()1/3(-V)：tJv:vD'RT)氣體質量通量為27345001.146Uv27325,=9403.59kg/m2/h0.7850.82kG= 0.2379 9403.59 。0.066>131114.2m0.066J 0.146x0.698 J

12、114.2x0.698、I 8.314x298 1=0.10518kmol/m2hkpa液漠吸收系數由下式計算:0095(女)2/3(當廣T)1/3= 0.00959695.08'23 3.2<114.2 M0.355 M3.2 1997.05 父8.532父 10-63.2 1.27 108997.05=O6443m/h由kGa=kGaW1.1,查表得：寸=1.45則卜62=%藐二1.1=0.105180.355114.21.451.1=6.4170koml/(m3hkpa)ha=LaW_04=0.64430.355114.21.45.-30.306/huUf=64.44.50

13、由k,Ga=1+9.5(-u-0.5尸kGakLa=12.6(u-0.52.”,得UfUfkGa=19.5(0.6443-0.5)1.416.4170=10.472koml/(m3hkpa)kLa=1+2.6(0.6443-0.52.230.306=31.398/h貝kGa =k,Ga11 +Hk,La111+10.472 0.555 31.398=6.541koml/ m3 h kpaH OGV _ VKYa11 . KGaP11=0.555m184.82_26.541101.30.7850.82由Z=HogNog=0.55510.7389=5.960mZ,=1.254.953-6.19mz

14、,-1.255.960=7.45m設計取填料層高度為Z,=8m查表，對于階梯環填料，h=8-15，hmax<6mD取=8,則Dh=8800=6400mm計算得填料層高度為8000mm，故需分段，分為兩段，每段4000mmi2.3.3填料層壓降計算采用Eckert通用關聯圖計算填料層壓降。橫坐標為=0.035查表得，1P=89m縱坐標為_22.2792 89 1 1.1469.81997.05_。20.89490 =0.053。查圖得PZ=350Pa/m填料層壓降為P-3508=2800pa2.4液體分布器簡要設計2.4.1 液體分布器的選型該吸收塔塔徑較小D=500mm而多孔直管式噴淋器

15、適用于600mm以下的塔，因此在本次設計中我采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋裝置。2.4.2 分布點密度計算按Eckert建議值，D=500mm寸，噴淋點密度為285點/m2,因此設計取噴淋點為285點/m2。布液點數為2n=0.7850.5285=56點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為：分布為11道環圓孔，每道孔分布5個孔，實際設計布點數為n=55點，如圖1-1所示圖1-1直管式液體分布器的分液點示意圖2.4.3 布液計算由Ls=-do2n,2g-H取=0.60,H=160mmdo =(4Ls二 n 2g H)1/2,42060.59/997.053600、i/2

16、=()=0.0043.14550.6.29.810.16設計取d0=4mm。3 .輔助設備的計算及選型3.1 填料支承裝置支承板是用以支承填料和塔內持液的部件。常用的填料支承板有柵板型、孔管型、駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型支承板。設計中，為防止在填料支承裝置處壓降過大甚至發生液泛，要求填料支承裝置的自由截面積應大于75%。在本次設計中，我選用的是孔管型支承裝置。3.2 填料壓緊裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發生松動或跳動，需在填料層上方設置填料壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網板、金屬壓緊器等不同類型。對于散裝填料，可選用壓緊網板，也可選用壓緊柵板。設計中，為防止

17、在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應大于70%=在本次設計中，我選用的是壓緊柵板。4 .結論這次我的課程設計題目是水吸收氨過程填料塔的設計，這是關于吸收中填料塔的設計。填料塔是以塔內裝有大量的填料為相接觸構件的氣液傳質設備。填料塔的結構較簡單，壓降低等特點。在本次設計過程中，我通過各種書籍獨立查找出各個物性數據，然后根據設計書上的步驟按要求算出各個物理量。但是在整個計算過程中，由于有些物理量沒有完全掌握，所以計算過程中出現了不少問題。而在運用Eckert通用關聯圖計算泛點氣速中，我覺得通過查表得出的數據有一定的差距，不能得到較為精確的數值。在整個設計過程中，由于

18、數據繁多，所以整個計算過程都必須特別的小心，盡管如此，我認識還是有一些失誤存在。通過這次設計，讓我學習到了很多以前沒有接觸過的知識。能夠學習到不同方面的知識。通過這次設計，不僅能提高自己的動手能力和思維能力，同時也能夠提高相關知識的運用能力。5 .參考文獻1 賈紹義，柴成敬.化工原理課程設計.天津：天津科學技術出版社，2004.2 王樹盈.現代填料塔技術.北京：中國石化出版社，2010.3 夏清.化工原理.天津：天津科學技術出版社.6 .附錄6.1 主要符號說明符號意義及單位符號意義及單位a填料的有效比表面積，m3/(m2h)at填料的總比表卸積，U液體噴淋密度，m3/(m2h)Ul液體質量逋量，m3/(m2h)填料的潤濕比表面積,UV氣體質量通量，m3/(m2.h)Umin最小液體噴淋密度，d填料直徑，m3/hD塔徑,mDL液體擴散系數，m2/sDV氣體擴散系數，m2/ssE亨利系數，kPah填料層分段高度，mH溶解度系數，kmol/(m3kPa)Hog氣相總傳質單元高度，mNog氣相總傳質單元數Kg氣膜吸收系數2_kmol/(mhkPa)KL液膜吸收系數，m/hK穩定系數