环境工程原理课程设计--雷文琦(共15页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上环境工程原理课程设计设计题目 填料吸收塔工艺设计说明书班 级 环境工程102班 学生姓名 雷文琦 学 号 2 日 期 2011/12/20 填料吸收塔工艺设计一、 概述（一）填料塔的作用：填料塔由填料、塔内件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两大类。塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。（二）填料种类：（1）拉西环拉西环填料于1914年由拉西发明，为外径与高度相等的圆环。拉西环填料的气液分布

2、较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。 （2）鲍尔环鲍尔环填料是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。（3）矩鞍填料矩鞍填料 将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前，国内

3、绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。（4）阶梯环阶梯环填料是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。（5）金属环矩鞍填料金属环矩鞍填料 环矩鞍填料是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一

4、般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环。（三）设计内容包括1、根据生产任务和有关要求确定设计方案2、吸收剂选择3、填料类型选择4、基础物性数据5、塔径计算6、填料层高度计算7、填料塔阻力计算8、填料塔辅助设备选择与估算二、填料吸收塔工艺设计（一）明确设计任务，确定设计方案1、设计任务试设计常压填料塔，以水吸收丙酮。a混合气（空气、丙酮）处理量为1400m3/h；b进塔混合气含丙酮体积分数2，相对湿度70，温度35；c进塔吸收剂（清水）的温度25；d丙酮回收率90；e操作压力为常压；2、选择吸收剂：25的清水填料类

5、型：鲍尔环3、确定流程：选用逆流操作流程（二）基础物性数据1、混合气：空气的分子量：29 ；丙酮的分子量：58 ；2、吸收剂：25的清水，35饱和水蒸气压强为5623.4 Pa（三）物料衡算1、物料衡算 1. 进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压力为101.3 kPa,故：混合气量=1400（273/308） 55.40kmolh混合气中丙酮的量=55.400.02=1.108kmolh=64.26 kg / h因为35饱和水蒸气压强为5623.4 Pa，则相对湿度为70的混合气中含水蒸气量（水气）/ kmol（空气十丙酮）混合气中水蒸气含量（55.40*0.0404）/(1+0.0404

6、)=2.15 kmol / h2.15 kmol / h *18=38.70kg / h混合气中空气量55.401.108-2.1552.142 kmol / h52.142291512.128kg / h2 混合气进出塔的（物质的量的比）组成 已知0.02,则 y21.12*0.1/(532.65+2.17+1.12*0.1)=0.002 3. 混合气进出塔（物质的量比）组成若将空气与水蒸气视为惰气，则 惰气量=52.142 +2.15=54.292 kmol/h =1574.468 kg / h Y1=1.108/54.292=0.02 kmol（丙酮）/kmol（惰气） Y2=1.108

7、*0.1/54.292=0.002 kmol（丙酮）/kmol（惰气）4出塔混合气量出塔混合气量=1574.468+64.260.1=1580.8kmol/h 2、操作线方程： 根据X数据，绘制XY平衡曲线0E，如图所示丙酮溶于水其亨利系数:1gE =9.1712040/（t+273）, m=，分别将相应E值及相平衡常数m值列于下表中的第3，4列。由=mX求取对应m及X时的气相平衡组成，结果列于表中第5列。X/E/kPam（=E/p）Y*103025.00211.52.08800.00226.08223.92.2104.4200.00427.16236.92.3389.3520.00628.2

8、4250.62.47414.8440.00829.32264.92.61620.9280.01030.40280.02.76427.6440.01231.48295.82.92035.0450.01432.56312.43.08443.1770.01633.64329.83.25652.0900.01834.72348.03.43561.839T=25,E=211.5pa m=E/p=211.5/101.3=2.087惰性气体流量：v=54.82 kmol/h X2=0Y1=0.02 Y2=0.002(Ls/v)mis=( Y1 -Y2)/( Y1/m- X2)=1.8783依物料衡算式：()

9、（）=54.40(0.02-0.002)/163.7 = 0.006依操作线方程式： =(163.7/54.40)*X+0.002Y=3.01X+0.0023、最小吸收剂用量和实际吸收剂用量：计算最小吸收剂用量 =1.8783* 54.40= 102.18 kmol/hLs =1.12.0 ; 取Ls=1.6 Ls =1.6*102.18=164.5 kmolh（四）填料塔径求取 （1）.采用Eckert通用关联图法计算泛点气速有关数据计算塔底混合气流量VS64.96+38.70+1512.1281615.788 kg/h吸收液流量L163.7*181.1080.9583004.43 kg/h

10、进塔混合气密度1.15 kg/ (混合气浓度低，可近似视为空气的密度)吸收液密度995.65 kg/吸收液黏度0.7993 mPas经比较，选DG50mm塑料鲍尔环(米字筋)。查化工原理教材附录可得，其填料因子=120，比表面积A106.4。关联图的横坐标值 ()1/2 = 3004.43/1615.788*()1/2 = 0.0631由图2查得纵坐标值为0.135 即0.2=0.2=0.0135 = 0.135故液泛气速= (0.135/0.0135) 0.5= 3.16 m/s（2）空塔气速 u0.60.63.161.896 m/s（3）塔径 = （1400/（3600*0.785*1.8

11、96）0.5= 0.511m = 511 mm取塔径为600 mm)选择填料 D/d =600/50=12（4）核算操作气速U=1400/(3600*0.785*0.6002)= 1.376m/s （5）核算径比D/d600/5012，满足鲍尔环的径比要求。（6）喷淋密度校核d75mm约环形及其它填料的最小润湿速率为0.08/(mh)：最小喷淋密度Umin0.08106.48.512 /(m2h) 实际喷淋密度U3004.43/(995.65*0.785*0.62)10.67 /(mh)实际喷淋密度UUmin,所以满足最小喷淋密度要求。实际泛点率D/d ， UUmin 均符合要求。（五）填料层

12、高度计算一、传质单元高度的计算 传质单元高度计算： =其中=；计算填料润湿面积aw作为传质面积a，依改进的恩田式分别计算及，再合并为和。1.列出备关联式中的物性数据气体性质(以塔底35，101.325kPa空气计)：1.15 kg/ (前已算出)；0.01885 (查附录)；109液体性质(以塔底30.13水为准)：995.65 kg/；0.7993Pas；=1.451 气体与液体的质量流速：LG=3004.43/(3600*0.785*(0.62) = 2.95VG=1615.788/(3600*0.785*0.6*0.6) =1.59塑料鲍尔环(乱堆)特性:50mm0.05m;A106.4

13、;=40dy/cm=4010-3 N/m;有关形状系数=1.45（鲍尔环为开孔环）2.=-1.45（）0.75（2.95/(106.40.799310-3)）0.1（(2.952106.4)/(995.6529.81)）-0.05（(2.952)/(995.6571.610-3106.4)）0.2=-1.45（0.646）（1.43）（1.58）（0.26）=（-0.550）=0.428故=0.428106.4 =45.54 3.KL=0.0051()2/3()-1/2()1/3(atdp)0.4=0.0051(2.95/(48.3*0.7993*0.001)2/3()-1/2()1/3(5.

14、32)0.4=1.3810-4 m/s4.kG= 5.23()0.7()13()(atdp)-2=5.23(1.59/(106.4*1.855*10(-5)0.7( )1/3() (5.32)-2=5.23(124.3)(1.152)(4.52910-7)(0.035)=1.18710-5 kmol/(m2SkPa)故=1.3848.3=0.6710-2 (m/s)=1.18710-548.3 =5.7310-4 5.计算 ，而，H=,由于在操作范围内，随液相组成和温度的增加，m (E)亦变，故本设计分为两个液相区间，分别计算(I)和(II) 区间I X0.00950.005 (为(I) 区间

15、II X0.0050 (为(II)2.60kPa , =0.213 =2.27 kPa, =0.244 =1/(5.7310-4)1/(0.213*0.6710-2)2445.9=1/(2672.2)=4.0810-4 =.P=4.0810-4101.3 =0.041=1/(5.7310-4)1/(0.244*0.6710-2) =2356.9=4.2410-4 =4.2410-4101.3 =0.043二、传质单元数及传质单元高度的计算 传质单元数计算在上述两个区间内，可将平衡线视为直线，操作线系直线，故采用对数平均推动力法计算。两个区间内对应的X、Y、Y*浓度关系如下：组成IIIX0.00

16、630.0050.0050Y0.020.0110.0110.002Y*0.00960.00490.00490NOG=(0.02-0.0096)- (0.011-0.0049)/l =1.03 m =2.38 m传质单元高度计算：=(54.40/3600 )/(0.041*0.785*0.62)=1.30m =(54.40/3600) /(0.043*0.785*0.62)=1.24m三、填料层高度 填料层高度z计算ZZ1十Z2HOG（I）NOG（I）+ HOG（II）NOG（II）1.301.03十1.242.384.29 m取25富余量，则完成本设计任务需Dg50mm塑料鲍尔环的填料层高度z

17、1.254.29 =5.36m。(设计高度=1.2-1.5倍的计算高度,超过标准要分段)（六）填料层压降的计算常压塔是15-50mmH2O/m查压降关联图)横坐标值0.0160(前已算出)；将操作气速 (1.896m/s) 代替纵坐标中的查表，DG50mm塑料鲍尔环(米字筋)的压降填料因子125代替纵坐标中的则纵标值为： 1.8962*125/9.81()(0.7993)0.2=0.050查图2得 =409.81=392.4Pa/m 填料全塔填料层压降 =7.275392.4=2103.26Pa（七）填料吸收塔总高度/接管尺寸计算1、填料吸收塔总高度H =1.2h+ hd + hb=1.2*5

18、.36+0.8+1.2=8.43mh-填料层高度mhd-塔顶空间0.8-1.4mhb-塔底空间1.2-1.5m2、吸收塔接管尺寸qv = 0.785d气2uqv =1400m3/hd气= 1400/(3600*0.785*1.896)=0,511md液=1/2 d气=0.256m主要计算结果表项 目数 据备 注混合气摩尔流率kmol/h55.40清水密度kg/m3997.025清水摩尔流量kmol/h163.7清水质量流量kg/h3004.43泛点气速m/s3.16泛点率0.6塔径m0.6喷淋密度m3/m2h10.67全塔填料层压降Pa2103.26吸收剂出口浓度0.006相平衡常数2.406

19、X=0.005相平衡常数2.474X=0.006气相浓度对数平均值0.00805I：0.00630.005气相浓度对数平均值0.0036II：0.0050传质单元数1.03I传质单元数2.38II实际气速m/s1.896气相传质单元高度m1.30I气相传质单元高度m1.24II填料层高度m5.36符号说明： E亨利系数， ； 气体的粘度， ；平衡常数 ； 水的密度和液体的密度之比 ；g重力加速度， ；分别为气体和液体的密度， ；分别为气体和液体的质量流量， ；气相总体积传质系数， ；填料层高度， ； 塔截面积， ；气相总传质单元高度， ； 气相总传质单元数 ；以分压差表示推动力的总传质系数， ；单位体积填料的润湿面积 ；以分压差表示推动力的气膜传质系数， ；溶解度系数， ；以摩尔浓度差表示推动力的液摩尔传质系数， ；气体通过空塔截面的质量流速， ；气体常数， ；溶质在气相中的扩散系数， ；参考文献:化工物性手册/化工物性算图手册/化工设计手册/化工单元过程及设备课程设计/化工设备机械基础专心-专注-专业