我的化工原理課程設(shè)計(jì)

1、.化工原理化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)說明書課程題目: 清水吸收變換氣的填料塔裝置設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者班級(jí)： 設(shè)計(jì)者姓名： 設(shè)計(jì)者學(xué)號(hào)： 設(shè)計(jì)日期： 設(shè)計(jì)老師： 設(shè)計(jì)成績(jī)： 評(píng)定日期： 【二】設(shè)計(jì)任務(wù)書一、 設(shè)計(jì)題目 清水吸收變換氣的填料塔裝置設(shè)計(jì)二、基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1、混合氣體的處理量為：4000/h。每年300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。 2、原料氣組成：氨4.5 ；空氣95.5 3、產(chǎn)品質(zhì)量：塔頂?shù)陌焙坎淮笥?.02，用清水吸收；（以上均為體積分?jǐn)?shù)） 4、設(shè)計(jì)條件： 操作壓力：101.3KPa； 操作溫度：20 ； 吸收劑用量：最小用量的1.1-2.0倍，我取最小用量的1.5倍 填料類型、尺寸：自選。 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2、：20下氨在水中的溶解度系數(shù)為H0.725kmol/(m3·kPa)三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、吸收塔的物料衡算； 2、吸收塔的工藝尺寸計(jì)算； 3、填料層壓降的計(jì)算； 4、填料塔塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)與選型。四、設(shè)計(jì)結(jié)果 設(shè)計(jì)說明書和圖紙【三】設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要3.1設(shè)計(jì)原理氣體混合物的分離，總是根據(jù)混合物中各組分間某種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的差異而進(jìn)行的。吸收作為其中一種，它根據(jù)混合物各組分在某種溶劑中溶解度的不同而達(dá)到分離的目的。在物理吸附中，溶質(zhì)和溶劑的結(jié)合力較弱，解析比較方便。填料塔是一種應(yīng)用很廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)，操作時(shí)液體與氣體經(jīng)過填料時(shí)被填料打散，增大

3、氣液接觸面積，從而有利于氣體與液體之間的傳熱與傳質(zhì)，使得吸收效率增加。3.2填料吸收塔的設(shè)計(jì)原則填料塔設(shè)計(jì)一般遵循以下原則:（1）塔徑與填料直徑之比一般應(yīng)大于15：1，至少大于8：1；（2）填料層的分段高度為：金屬:6.0-7.5m，塑料：3.0-4.5；（3）5-10倍塔徑的填料高度需要設(shè)置液體在分布裝置，但不能高于6m；（4）液體分布裝置的布點(diǎn)密度，Walas推薦95-130點(diǎn)/m2,Glitsh公司建議65-150點(diǎn)/m2（5）填料塔操作氣速在70%的液泛速度附近；（6）由于風(fēng)載荷和設(shè)備基礎(chǔ)的原因，填料塔的極限高度約為50米3.3設(shè)計(jì)過程與步驟 吸收劑的選擇 決定操作溫度和壓力 確定氣液

4、平衡關(guān)系； 選擇液氣比和確定流程； 選擇填料 計(jì)算塔徑和填料層高度； 壓力損失計(jì)算；塔內(nèi)輔助裝置的選擇和計(jì)算；【四】設(shè)計(jì)方案4.1吸收劑的選擇吸收過程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解來實(shí)現(xiàn)的，因此，吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇吸收劑時(shí)應(yīng)著重考慮以下幾方面。1、溶解度：吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的需用量。 2、選擇性：吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分要有良好地吸收能力，而對(duì)混合氣體中的其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實(shí)現(xiàn)有效的分離。 3、揮發(fā)度要低：操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)損失。 4、粘度：吸收劑在操作溫度下的粘度

5、越低，其在塔內(nèi)的流動(dòng)性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高 5、其他所選用的吸收劑宜盡可能滿足無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。吸收劑對(duì)溶質(zhì)的組分要有良好地吸收能力，而對(duì)混合氣體中的其他組分不吸收，且揮發(fā)度要低。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，選擇用清水作吸收劑，且氨氣不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?.2吸收的工藝流程用水吸收NH3屬高溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率和分離效率，所以，本實(shí)驗(yàn)選用逆流吸收流程。4.3吸收的填料的選擇（1）概述填料是填料塔內(nèi)氣-液兩相接觸的核心元件。填料類型和填料層的高度直接影響傳質(zhì)效果，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素。填料的種

6、類很多，根據(jù)填裝方式的不同，可分為散裝填料盒規(guī)整填料兩大類。規(guī)整填料是將金屬絲網(wǎng)或多孔板壓制成波紋狀并疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)。這種填料不但空隙率大，壓降低，而且液體按預(yù)分布器設(shè)定的途徑流下，只要液體的初始分布均勻，全塔填料層內(nèi)的液體分布良好，克服大塔的放大效應(yīng)，傳質(zhì)性能高。但其造價(jià)較高，易被雜物堵塞并且清洗困難。散裝填料常見的有：拉西環(huán)填料、鮑爾環(huán)填料、階梯環(huán)填料、弧鞍形填料、矩鞍形填料、環(huán)矩鞍填料等等。一些常見的填料（2）填料性能參數(shù)：比表面積a 單位m2/m3 填料應(yīng)具有盡可能多的表面積以提高液體鋪張，形成較多的氣液接觸界面。對(duì)同種填料，小尺寸填料具有較大的比表面積，但填料過小不但造價(jià)高而

7、且氣體流動(dòng)的阻力大。：孔隙率 流體通過顆粒層的阻力與孔隙率密切相關(guān)。為了減少氣體的流動(dòng)阻力，提高填料塔的允許氣速（處理能力），填料層應(yīng)有盡可能大的孔隙率。：填料因子f 其單位1/m 填料因子是比表面積與空隙率三次方之比。它表示填料的流體力學(xué)性能，f值越小，表明流動(dòng)阻力越小。填料性能通常根據(jù)效率、通量及壓三要素衡量。（3）填料的選擇工藝塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同種填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也增加很多。而尺寸大的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺

8、寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應(yīng)大于8。（各種填料的使用范圍參見附錄1,附錄2,附錄3）根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，選擇用金屬散裝填料。在金屬散裝填料中，金屬環(huán)矩鞍填料的綜合性能較好，故選用DN50金屬環(huán)矩鞍填料【五】基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)的查詢對(duì)于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查得，20時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：(1) 密度：(2) 粘度： (3)表面張力：(4)NH3在水中的擴(kuò)散系數(shù)為(5)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為=0.05×170.95×29=28.4(6)混合氣體的平均密度為= (7)查實(shí)用化學(xué)手冊(cè)在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為(8)由化工手冊(cè)查

9、得，常壓下20時(shí)NH3在水中的亨利系數(shù)為：E= 76.41KPa(9)相平衡常數(shù)為 m=(10)20下氨在水中的溶解度系數(shù)為H=（11）20下空氣的密度=1.205（12）20下氨氣的密度=0.7081【六】吸收塔的物料衡算 進(jìn)塔氣相摩分?jǐn)?shù) (體積分?jǐn)?shù)算摩爾分?jǐn)?shù))： 出塔氣相摩爾比 (體積分?jǐn)?shù)算摩爾分?jǐn)?shù))： 進(jìn)塔惰性氣相流量： 該過程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算,即: 對(duì)于純吸收過程，進(jìn)塔液相組成為: 取操作液氣比為【七】吸收塔的工藝尺寸計(jì)算1.塔徑計(jì)算填料塔的直徑D與操作空塔氣速u及氣體體積流量Vs之間存在以下關(guān)系：D 塔徑，m;Vs氣體體積流量，/s;u 操作空塔氣

10、速，m/s采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速氣相質(zhì)量流量為 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即 埃克特通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為 液相為水其液體密度校正系數(shù)，20時(shí)水的粘度為查化工原理課程設(shè)計(jì)根據(jù)貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式：查表得特性參數(shù)AK比表面積a空隙率干填料因子f金屬環(huán)矩鞍0.062251.7574.9 m2/m30.96 m3/m384/m A=0.06225,k=1.75, =0.96由上表知at=74.920時(shí)水的粘度L帶入數(shù)據(jù)可知：解得F=4.8264取 由 圓整塔徑取 泛點(diǎn)率校核： (在允許的范圍內(nèi))填料規(guī)格校核 8 液體噴淋密度校核取最小潤濕速率為，又 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。2.填料層高度的計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：查化工原理課程設(shè)計(jì) 液體質(zhì)量流量為： 氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算氣體質(zhì)量通量為： 液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算由 查化工原理課程設(shè)計(jì)則因?yàn)椋?則由由，考慮恩田公式最大誤差由填料塔安全出發(fā)取：即可設(shè)計(jì)取填料層高度為： 查化工原理課程設(shè)計(jì)對(duì)于金屬環(huán)矩鞍填料， 由于金屬環(huán)填料一般在取計(jì)算得填