HCl水吸收填料塔設(shè)計(jì)

-.z.設(shè)計(jì)任務(wù)書1.水吸收HCl填料塔的設(shè)計(jì)（一）設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于回收空氣中的HCl氣體?；旌蠚怏w處理量為_3500__m3/h。進(jìn)口混合氣中含HCl___6%__（體積百分?jǐn)?shù)）；混合氣進(jìn)料溫度為30℃。采用20℃清水進(jìn)行吸收。要求：HCl的回收率達(dá)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(guān)手冊(cè)。（三）設(shè)計(jì)容（1）設(shè)計(jì)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(jì)算；（4）填料層壓降的計(jì)算；（5）液體分布器簡要設(shè)計(jì)；（6）繪制液體分布器施工圖；（7）其他填料塔的選擇；（8）塔的總高度計(jì)算；（9）泵和風(fēng)機(jī)的計(jì)算和選型；（10）吸收塔接管尺寸計(jì)算；（11）設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表；（12）繪制生產(chǎn)工藝流程圖（A3號(hào)圖紙）；（13）繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖（A3號(hào)圖紙）；（14）對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論。-.z.目錄TOC\o"1-2"\u前言11、填料塔主體設(shè)計(jì)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(chǔ)物性數(shù)據(jù)及物料衡算22.1基礎(chǔ)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(jì)算 42.2.1塔徑的計(jì)算 42.2.3填料層壓降計(jì)算： 82.2.4液體分布裝置 83、附屬設(shè)備的選擇與計(jì)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(jì)算 93.4填料塔附屬高度的計(jì)算 113.5離心泵和風(fēng)機(jī)的選擇 11設(shè)計(jì)一覽表131基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)和物料衡算結(jié)果匯總： 132填料塔工藝尺寸計(jì)算結(jié)果表： 143吸收塔設(shè)計(jì)一覽表 15對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述 15前言填料塔不但結(jié)構(gòu)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(jìn)行傳質(zhì)。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(zhì)設(shè)備。1、填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定1.1裝置流程的確定本次設(shè)計(jì)采用逆流操作：氣相自塔低進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是：傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)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?yàn)橛盟鑫談?，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(zhì)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(zhì)后，選用聚丙烯鮑爾環(huán)填料2、基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)及物料衡算2.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)2.1.1液相物性數(shù)據(jù)對(duì)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℃水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：1.2.黏度：3.表面力為: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(zhì)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(cè)得20時(shí)，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(cè)查得，202.6kPa，20時(shí)，HCl在水中的亨利系數(shù)為E=275kpa20時(shí)，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(jìn)塔氣相摩爾比為2.出塔氣相摩爾比為對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)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(shí)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(shí)間通過吸收塔的惰性氣體量，kmol/s;L——單位時(shí)間通過吸收塔的溶解劑，kmol/s;Y1、Y2——分別為進(jìn)塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;*1、*2——分別為進(jìn)塔及出塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;2．2填料塔工藝尺寸的計(jì)算2.2.1塔徑的計(jì)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(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度：μF——泛點(diǎn)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——?dú)庀?、液相密度，k/m3；μL——液體粘度，mPa·s;取泛點(diǎn)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(jì)算的混合氣體線速度，m/s.圓整后取D=0.8m（常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）泛點(diǎn)率校核：（對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)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(jì)算及分段查表知，0，101.3下，HCl在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)由，則293，202.6下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為液相擴(kuò)散系數(shù)液體質(zhì)量通量為氣體質(zhì)量通量為脫吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：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：查表知，所以，氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：查表得：則由得，則由由設(shè)計(jì)取填料層高度取3m查表：對(duì)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(jì)算：采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降橫坐標(biāo)為：查表得：縱坐標(biāo)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(duì)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(shè)計(jì)選用槽式液體分布器。開孔數(shù)目的計(jì)算:取n=注：因?yàn)樘盍蠈痈叨葹?m，少于6m，所以可以不用設(shè)計(jì)再分液器。3、附屬設(shè)備的選擇與計(jì)算3.1填料支撐裝置填料支承結(jié)構(gòu)用于支承塔填料及其所持有的氣體和液體的重量之裝置。對(duì)填料的基本要：有足夠的強(qiáng)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(duì)于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型支撐裝置。本設(shè)計(jì)選用孔管型支撐裝置。本設(shè)計(jì)塔徑D=1000mm，采用結(jié)構(gòu)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(jìn)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(dòng)和跳動(dòng)。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(duì)于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。本設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。由于本設(shè)計(jì)對(duì)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴(yán)，可不設(shè)除液沫裝置。常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取10～30m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口管氣速可取0.8～1.5m/s（必要時(shí)可加大些）。管徑依所選氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整，并規(guī)定其厚度。3.3.1液體進(jìn)料接管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下液體流速取設(shè)計(jì)液體進(jìn)出口管徑：管選用的無縫鋼管，徑為50mm管實(shí)際流速：，在符合圍。3.3.2氣體進(jìn)料接管氣體流速取管選用的無縫鋼管，徑為251mm則實(shí)際通過氣體接管的氣速為：，在符合圍。按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整后得，氣體進(jìn)口出管直徑D1=273mm，厚度為11mm液體進(jìn)出管直徑D2=60mm，厚度為5mm。設(shè)計(jì)位于塔底的進(jìn)氣管時(shí)，主要考慮兩個(gè)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(dòng)的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時(shí)，本裝置由于直徑較大，可采用簡單的進(jìn)氣分布裝置。由于對(duì)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴(yán)，可不設(shè)除液沫裝置。3.4填料塔附屬高度的計(jì)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(shè)塔定液相停留時(shí)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，則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(fēng)機(jī)的選擇吸收塔的壓力降氣體進(jìn)口壓強(qiáng)為（突然擴(kuò)大ξ=1）：氣體出口壓強(qiáng)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(duì)粗糙度，相對(duì)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開）：ξ＝6.4三個(gè)90度彎頭：ξ＝0.75帶濾水器的底閥（全開）：ξ＝2吸入管伸進(jìn)水里出口突然擴(kuò)大進(jìn)口突然縮小管路總壓頭損失揚(yáng)程：流量經(jīng)查化工原理教材附表十二得，選用離心泵型號(hào)IS65-50-125的泵適合流量m3/h揚(yáng)程H/m效率η/%功率/kw必需汽蝕余量(NPSH)r/m轉(zhuǎn)速（r/min）軸功率電功率12.55640.270552.01450選用風(fēng)機(jī)型號(hào)為：C4-72機(jī)號(hào)3.6C轉(zhuǎn)速（r/min）流量(m3/h)全壓/Pa功率/kW28002990~5450931~15683設(shè)計(jì)一覽表1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)和物料衡算結(jié)果匯總：項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位吸收劑（水）的密度ρL998.2(kg/m3)溶劑的粘度μL(Pa.S)溶劑表面力δL940896(kg/h2)鹽酸在水中擴(kuò)散系數(shù)DL混合氣體的平均摩爾質(zhì)量29.45混合氣體的平均密度2.449鹽酸在空氣中擴(kuò)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(jìn)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(jìn)口摩爾比*20液相出口摩爾比*10.018572填料塔工藝尺寸計(jì)算結(jié)果表：項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位氣相質(zhì)量流量8386.66kg/h液相質(zhì)量流量8571.5kg/h塔徑1000mm空塔氣速1.2385泛點(diǎn)率58%解吸因數(shù)S0.4096氣相總傳質(zhì)單元數(shù)5.448液體質(zhì)量通量UL氣體質(zhì)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(zhì)系數(shù)4.9779kmol/(m3.h.kpa)液相總傳質(zhì)系數(shù)31.7350kmol/(m3.h.kpa)氣相傳質(zhì)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(diǎn)孔徑d00.008m開孔上方高度0.14m3吸收塔設(shè)計(jì)一覽表項(xiàng)目選型數(shù)值與計(jì)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(jìn)出口接管無縫鋼管液體實(shí)際流氣體進(jìn)出口接管無縫鋼管氣體實(shí)際流離心泵的選型IS65-50-125單級(jí)單吸離心泵揚(yáng)程H=4.28m對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述歷時(shí)兩個(gè)星期的化工原理課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這個(gè)課程設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，我們綜合地運(yùn)用了我們所學(xué)習(xí)過的流體力學(xué)，吸收等方面的化工基礎(chǔ)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一款可應(yīng)用于吸收氯化氫的填料塔。在為期兩周的課程設(shè)計(jì)當(dāng)中我感觸最深的便是實(shí)踐聯(lián)系理論的重要性，當(dāng)遇到實(shí)際問題時(shí)，只要認(rèn)真思考，用所學(xué)的知識(shí)，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(shè)計(jì)容包括工藝流程的設(shè)計(jì)，塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)的校驗(yàn)。目的主要是使我們對(duì)化學(xué)工藝原理有一定的感性和理性認(rèn)識(shí)；對(duì)水吸收氯化氫等方面的相關(guān)知識(shí)做進(jìn)一步的理解；培養(yǎng)和鍛煉我們的思維實(shí)踐能力，使我們的理論知識(shí)與實(shí)踐充分地結(jié)合，做到不僅具有專業(yè)知識(shí)，而且還具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力，能自