HCl水吸收填料塔設計說明書

/設計任務書1.水吸收HCl填料塔的設計〔一設計題目試設計一座填料吸收塔.用于回收空氣中的HCl氣體。混合氣體處理量為_3500__m3/h。進口混合氣中含HCl___6%__〔體積百分數(shù)；混合氣進料溫度為30℃。采用20℃清水進行吸收。要求：HCl的回收率達到__99.85%__。塔頂排放氣體中HCl含量低于__0.15%__〔二操作條件〔1操作壓力202.6kPa〔2操作溫度20℃〔3吸收劑用量為最小用量的倍數(shù)自己確定〔4塔型與填料自選.物性查閱相關手冊?！踩O計內(nèi)容〔1設計方案的確定和說明〔2吸收塔的物料衡算；〔3吸收塔的工藝尺寸計算；〔4填料層壓降的計算；〔5液體分布器簡要設計；〔6繪制液體分布器施工圖；〔7其他填料塔附件的選擇；〔8塔的總高度計算；〔9泵和風機的計算和選型；〔10吸收塔接管尺寸計算；〔11設計參數(shù)一覽表；〔12繪制生產(chǎn)工藝流程圖〔A3號圖紙；〔13繪制吸收塔設計條件圖〔A3號圖紙；〔14對設計過程的評述和有關問題的討論。目錄TOC\o"1-2"\u前言11、填料塔主體設計方案的確定11.1裝置流程的確定11.2吸收劑的選擇11.3填料的選擇12、基礎物性數(shù)據(jù)及物料衡算22.1基礎物性數(shù)據(jù)22.1.2氣相物性數(shù)據(jù)22.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)22.1.4物料橫算32．2填料塔工藝尺寸的計算42.2.1塔徑的計算42.2.3填料層壓降計算：82.2.4液體分布裝置83、附屬設備的選擇與計算93.1填料支撐裝置93.2填料壓緊裝置93.3吸收塔主要接管的尺寸計算93.4填料塔附屬高度的計算113.5離心泵和風機的選擇11設計一覽表131基礎物性數(shù)據(jù)和物料衡算結果匯總：132填料塔工藝尺寸計算結果表：143吸收塔設計一覽表15對本設計的評述15前言填料塔不但結構簡單.且流體通過填料層的壓降較小.易于用耐腐蝕材料制造.所以她特別適用于處理量肖.有腐蝕性的物料及要求壓降小的場合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部.并在填料的表面呈膜狀流下.氣體從塔底的氣體口送入.流過填料的空隙.在填料層中與液體逆流接觸進行傳質。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化.所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質設備。1、填料塔主體設計方案的確定1.1裝置流程的確定本次設計采用逆流操作：氣相自塔低進入由塔頂排出.液相自塔頂進入由塔底排出.即逆流操作。逆流操作的特點是：傳質平均推動力大.傳質速率快.分離效率高.吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。1.2吸收劑的選擇因為用水做吸收劑.故采用純?nèi)軇?.3填料的選擇塔填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材料。填料的種類主要從傳質效率、通量、填料層的壓降來考慮.填料規(guī)格的選擇常要符合填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d。綜合考慮填料規(guī)格.種類和材質后.選用聚丙烯鮑爾環(huán)填料2、基礎物性數(shù)據(jù)及物料衡算2.1基礎物性數(shù)據(jù)2.1.1液相物性數(shù)據(jù)對低濃度吸收過程.溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得20℃水的有關物性數(shù)據(jù)如下：1.2.黏度：3.表面張力為:4.20℃HCl：H＝0.1995.20℃HCl：＝2.8×10^-96.20℃HCl：＝1.56×10^-52.1.2氣相物性數(shù)據(jù)1.混合氣體的平均摩爾質量為2.混合氣體的平均密度R=8.314混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊得20時.空氣的黏度注：1Pa.s=1kg/<m.s>2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得.202.6kPa.20時.HCl在水中的亨利系數(shù)為E=275kpa20時.HCl在水中的溶解度:H=0.199kmol/<m3.kPa>相平衡常數(shù)：溶解度系數(shù):2.1.4物料衡算1.進塔氣相摩爾比為2.出塔氣相摩爾比為對于純?nèi)軇┪者^程.進塔液相組成為：<清水>混合氣體流量：惰性氣體流量：最小液氣比：取實際液氣比為最小液氣比的2.5倍.則可得吸收劑用量為：V——單位時間內(nèi)通過吸收塔的惰性氣體量.kmol/s;L——單位時間內(nèi)通過吸收塔的溶解劑.kmol/s;Y1、Y2——分別為進塔及出塔氣體中溶質組分的摩爾比.koml/koml;X1、X2——分別為進塔及出塔液體中溶質組分的摩爾比.koml/koml;2．2填料塔工藝尺寸的計算2.2.1塔徑的計算混合氣體的密度填料總比表面積：水的黏度采用貝恩-霍根泛點關聯(lián)式計算泛點速度：μF——泛點氣速.m/s；g——重力加速度.9．81m/s2at——填料總比表面積.ε——填料層空隙率.ρV,ρL——氣相、液相密度.k/m3；μL——液體粘度.mPa·s;取泛點率為0.6.即圓整后取D——塔徑.m；V——操作條件下混合氣體的體積流量.m3/s;——空塔氣速.即按空塔截面積計算的混合氣體線速度.m/s.圓整后取D=0.8m〔常用的標準塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200泛點率校核：〔對于散裝填料.其泛點率的經(jīng)驗值為填料規(guī)格校核：液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為所以經(jīng)以上校核可知.填料塔直徑選用合理。2.2.2填料層高度的計算及分段查表知.0.101.3下.HCl在空氣中的擴散系數(shù)由.則293.202.6下.在空氣中的擴散系數(shù)為液相擴散系數(shù)液體質量通量為氣體質量通量為脫吸因數(shù)為氣相總傳質單元數(shù)為：氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算：查表知.所以.氣膜吸收系數(shù)由下式計算：液膜吸收系數(shù)由下式計算：查表得：則由得.則由由設計取填料層高度取3m查表：對于鮑爾環(huán)填料..所以填料層不用分段。2.2.3填料層壓降計算：采用Eckert通用關聯(lián)圖計算填料層壓降橫坐標為：查表得：縱坐標為：查圖得.填料層壓降為：2.2.4液體分布裝置液體的分布裝置性能對填料塔效率影響很大.特別是大直徑、低填料層的填料塔.尤其需要性能良好的液體分布裝置。本設計選用槽式液體分布器。開孔數(shù)目的計算:取n=注：因為填料層高度為3m.少于6m.所以可以不用設計再分液器。3、附屬設備的選擇與計算3.1填料支撐裝置填料支承結構用于支承塔內(nèi)填料及其所持有的氣體和液體的重量之裝置。對填料的基本要求是：有足夠的強度以支承填料的重量;提供足夠的自由截面以使氣液兩相流體順利通過.防止在此產(chǎn)生液泛；有利于液體的再分布；耐腐蝕.易制造.易裝卸等。對于散裝填料.通常選用孔管型、駝峰型支撐裝置。本設計選用孔管型支撐裝置。本設計塔徑D=1000mm.采用結構簡單、自由截面較大、金屬耗用量較小.由豎扁鋼制成的柵板作為支承板.將其分成三塊.柵板條之間的距離約為26.6mm。且需要將其擱置在焊接于塔壁的支持圈或支持塊上.分塊式柵板.每塊寬度為316mm.以便從人孔進行裝卸。3.2填料壓緊裝置填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發(fā)生松動和跳動。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類.每類又有不同的型式.填料壓板自由放置于填料層上端.靠自身重量將填料壓緊。它適用于陶瓷、石墨等制成的易發(fā)生破碎的散裝填料。床層限制板用于金屬、塑料等制成的不易發(fā)生破碎的散裝填料及所有規(guī)整填料。床層限制板要固定在塔壁上.為不影響液體分布器的安裝和使用.不能采用連續(xù)的塔圈固定.對于小塔可用螺釘固定于塔壁.而大塔則用支耳固定。本設計中填料塔在填料裝填后于其上方安裝了填料壓緊柵板。3.3吸收塔主要接管的尺寸計算氣體出口裝置既要保證氣流暢通.又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板.或填料式、絲網(wǎng)式除霧器.對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。由于本設計對排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴.可不設除液沫裝置。常壓塔氣體進出口管氣速可取10～30m/s〔高壓塔氣速低于此值；液體進出口管氣速可取0.8～1.5m/s〔必要時可加大些。管徑依所選氣速決定后.應按標準管規(guī)格進行圓整.并規(guī)定其厚度。3.3.1液體進料接管進料管的結構類型很多.有直管進料管、彎管進料管、T型進料管。本設計采用直管進料管.管徑計算如下液體流速取設計液體進出口管內(nèi)徑：管選用的無縫鋼管.內(nèi)徑為50mm管內(nèi)實際流速：.在符合范圍內(nèi)。3.3.2氣體進料接管氣體流速取管選用的無縫鋼管.內(nèi)徑為251mm則實際通過氣體接管的氣速為：.在符合范圍內(nèi)。按標準管規(guī)格進行圓整后得.氣體進口出管直徑D1=273mm.厚度為11mm液體進出管直徑D2=60mm.厚度為5mm。設計位于塔底的進氣管時.主要考慮兩個要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。由于填料層壓力降較大.減弱了壓力波動的影響.從而建立了較好的氣體分布；同時.本裝置由于直徑較大.可采用簡單的進氣分布裝置。由于對排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴.可不設除液沫裝置。3.4填料塔附屬高度的計算塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度.安裝液體分布器所需的空間高度.塔的底部空間高度等。塔的上部空間高度是為使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來而留取的高度.可取1.2m。設塔定液相停留時間為1min.則塔釜液所占空間高度為考慮到氣相接管的空間高度.底部空間高度取為1.505米.那么塔的附屬空間高度可以取為2.705m。吸收塔的總高度為3.5離心泵和風機的選擇吸收塔的壓力降氣體進口壓強為〔突然擴大ξ=1：氣體出口壓強為〔突然縮小ξ=0.5填料層壓力降：吸收塔的壓力降無縫鋼管的絕對粗糙度.相對粗糙度查表得摩擦系數(shù)泵入口管長：0.2m噴頭前管長0.5m全程有1個標準截止閥〔全開：ξ＝6.4三個90度彎頭：ξ＝0.75帶濾水器的底閥〔全開：ξ＝2吸入管伸進水里出口突然擴大進口突然縮小管路總壓頭損失揚程：流量經(jīng)查化工原理教材附表十二得.選用離心泵型號IS65-50-125的泵適合流量m3/h揚程H/m效率η/%功率/kw必需汽蝕余量<NPSH>r/m轉速〔r/min軸功率電功率12.55640.270552.01450選用風機型號為：C4-72機號3.6C轉速〔r/min流量<m3/h>全壓/Pa功率/kW28002990~5450931~15683設計一覽表1基礎物性數(shù)據(jù)和物料衡算結果匯總：項目符號數(shù)值與計量單位吸收劑〔水的密度ρL998.2<kg/m3>溶劑的粘度μL<Pa.S>溶劑表面張力δL940896<kg/h2>鹽酸在水中擴散系數(shù)DL混合氣體的平均摩爾質量29.45混合氣體的平均密度2.449鹽酸在空氣中擴散系數(shù)Dv亨利系數(shù)E275KPa;氣液相平衡常數(shù)1.375溶解度系數(shù)H0.199kmol/<m3.KPa>;鹽酸進塔摩爾比Y10.06383鹽酸出塔摩爾比Y20.0015惰性氣體摩爾流量G136.85kmol/h;吸收劑摩爾流量L459.37kmol/h液相進口摩爾比X20液相出口摩爾比X10.018572填料塔工藝尺寸計算結果表：項目符號數(shù)值與計量單位氣相質量流量8386.66kg/h液相質量流量8571.5kg/h塔徑1000mm空塔氣速1.2385泛點率58%解吸因數(shù)S0.4096氣相總傳質單元數(shù)5.448液體質量通量UL氣體質量通量Uv氣膜吸收系數(shù)0.0803kmol/<m2.h.kpa>液膜吸收系數(shù)0.664<m/h>氣相總吸收系數(shù)<校正后>6.3798kmol/<m3.h.kpa>液相總吸收系數(shù)〔校正后32.0536<l/h>氣相總傳質系數(shù)4.9779kmol/<m3.h.kpa>液相總傳質系數(shù)31.7350kmol/<m3.h.kpa>氣相傳質單元高度0.271填料層高度Z′1.4872填料塔上部空間高度1.2填料塔下部空間高度1.505m塔附屬高度2.705m塔高5.705m布液孔數(shù)51點孔徑d00.008m開孔上方高度0.14m3吸收塔設計一覽表項目選型數(shù)值與計量單位吸收塔類型聚丙烯鮑爾環(huán)吸收填料塔混合氣處理量：3500m3/h液體進出口接管無縫鋼管液體實際流氣體進出口接管無縫鋼管氣體實際流離心泵的選型IS65-50-125單級單吸離心泵揚程H=4.28m對本設計的評述歷時兩個星期的化工原理課程設計結束了.在這個課程設計過程當中.我們綜合地運用了我們所學習過的流體力學.吸收等方面的化工基礎知識.設計了一款可應用于吸收氯化氫的填料塔。在為期兩周的課程設計當中我感觸最深的便是實踐聯(lián)系理論的重要性.當遇到實際問題時.只要認真思考.用所學的知識.再一步步探索.是完全可以解決遇到的一般問題的。這次的課程設計內(nèi)容包括工藝流程的設計.塔板結構的設計.數(shù)據(jù)的校驗。目的主要是使我們對化學工藝原理有一定的感性和理性認識；對水吸收氯化氫等方面的相關知識做進一步的理解；培養(yǎng)和鍛煉我們的思維實踐能力.使我們的理論知識與實踐充分地結合.做