化工原理课程设计 填料吸收塔设计.docx

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1、填料吸收塔课程设计说明书专业班级姓名班级序号指导老师日期(m h),由式(4-12)：最小喷淋密度mm =(MWR)A =0.08X106.4 = 8.512 疝/(n? h)细-=19.7/n3/(m h) 996.7 x 0.785 x 0.5故满足最小喷淋密度要求。十填料层高度计算计算填料层高度，即z= hognog =, -。“神马丫-y*（1）.传质单元高度Hog计算H 二 丫8 其中 K -K PG ” c /八为 1XGar （化工单元操作及设备P209 16-7）Kg（i %Ga HICl。本设计采用（恩田式）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 计算及心，再

2、合并为勺0和初。列出备关联式中的物性数据气体性质（以塔底35, 10L325kPa空气计）:=115 kg/（前已算出）；% =0.01885乂10一3 &.S (查附录)；DG=. 09XW5 w2/5 (依翻 Gilliland 式估算)；液体性质(以塔底 27. 16c水为准)：0=996.7 kg/租3；=0.8543X 10-3Pa - s；。1=1.344X 109 根2/s。1=1.344X 109 根2/s（以心式计算）（化学工程手册10-89),式中匕为溶质在常压沸点下的摩尔体积，%为溶剂的分子量，夕为溶剂的缔合因子。?= 71. 6X ICN/m（查化工原理附录）。气体与液

3、体的质量流速:Lg、=S8=5.5 依/(R s)2Vg、二 =2.0Z:g/(m2. s)3600 x 0.785 x 0.5Dg50mm塑料鲍尔环（乱堆）特性：Dg50mm塑料鲍尔环（乱堆）特性：dp 50mm = 0.05m;A =106.4 m2 / m3; ac =40dy/cm=40 X 10-3 N/m;查化学工程手册,106.4 m2 / m3; ac =40dy/cm=40 X 10-3 N/m;查化学工程手册,第12篇，气体吸收，有关形状系数，-=1.45 （鲍尔环为开孔环）依式aw .心/6、。75，Lg oi二1 一 exp 一 1.45() at a atfjLaw

4、.心/6、。75，Lg oi二1 一 exp 一 1.45() at a atfjLLg、2 a-0.052L G0.240xl0-3=1-exp -1.45 () 0,7571.6x103s、5.52 x 106.432 ) 0.1 ( ) -0.05106.4 x 0.8543 xlO-3996.7 2x9.815.52 ) 0.2 996.7 x 71.6 xlOx 106.4=1 exp-1.45 (0.646) (1.51) (1.49) (0.33) = l-exp (-0.695) =0.501故狐= 2.A=0.501 X 106.4=53.3 m2/m3卬A依式KL=0.00

5、51(2)2/3(-)lA3(2)l/3(atdp)0-4 at/LiL plDl pL八Q-。in-3 0.8543 X10 3X9.81c co/Q 0.8543x101八./a n A=0.0051(产()1/3()1/3(5.32)0-4_-3T996.7=0.0051 X24. 4X0. 0396X0. 02033X 1. 95=1.95X 10 4 m/s依式kM23瓷严（急严（鬻）（哂）1.885xlO-5-57 0 = 5.23()-7()1/3()(532)u S-55，8.314x308106.4x1.885 xlO 1.15 x 1.09 x 10=5.23(125.6)

6、(1.146)(4.529 X 10-7)(5.32)= 1.814X 10 3kmol/(m2 S kPa)故k/ka =1.61 X IO-4 X53.3=1.04X W2 (m/s)kGa = kGaw=l.S14X 10-3X53. 3=9.67X idkmol/(m?.s.kPa)(2)计算KYaKYa = KGaP , ffij = + ,(化工单元操作及设备Pl89KGa kGa HkLa EMS16-21a)o由于在操作范围内，随液相组成和温度乙的增加，m (E)亦变，故本设计分为两个液相区间，分别计算Kg”和Kg。(II)区间I X=0. 00490.002(为Kg。)区间

7、IIX = 0.002-0 (为 KGa (II)由表1知OQQA 7Ej =2. 33 X 102kPa,二=0.23S kmol/(mkPa)EiMs 2.33x102x18E=2.18X 102 kPa, =二=6.254kmol/(而kPa)月 14211 s 2.18x10 X18=!+!=414.34Km” 9.67 x 10 -20.238 x 1.04 x 10 0414.34414.34=2. 41X kmoll.S.kPd)K如/尸 Kg(q .P=2.41 X 10 3* 101.3=0.244/(m3.5)Kgq(ii)9.67x10 20.254 x 9.03 x 1

8、0-2=389KGuU/)=2.51X1Q kmol/.S.kPa)KY(l(n)= Kg“().P=0.0257X 101.3二026 版。/(加3.S)H OG(I)H OG(I)VbKyqiQ48.26/36000.254 x 0.785 x 0.52二0.269mj-j口 OG()VbKmiiQ48.26/360090.26 x 0.785 x 0.5、=0.263m（4） .传质单元数Ng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N0g。两个区间内对应的X、Y、Y*浓度关系如下：IIIX0.00490.0020.0020Y0.0240.0111

9、丫*0.004420Nog二三二（化工单元操作及设备P209 16-54a） A匕八九二（匕一 ?一（：；*）（化工单元操作及设备P212 16-26）山”）（丫2一丫2*）人 口 (0.024 - 0.0118)- (0.0111 - 0.004421 )，八二1 (0.0240.0118)二.0916In(0.0111 -0.00442)z /八(0.024-0.0111)1 Nog(I)=- = 1.41m9.16x10AK(id =0.00419(0.0111 - 0.00442) - (0.0024 - 0).(0.0Ul -0.00442)“(0.0024 -0)“)=(00111

10、 00024)=207m4.19x10-33 ,填料层高度z计算Z=Zi 十 Z2 = Hog（i）Nog（i）+ Hog（ii）Nog（ii）=0269X1.41 十 0.26X2.07=0.93m取25%富余量，那么完本钱设计任务需Dg50mm塑料鲍尔环的填料层高度z= l. 25 X 0.93=l.2m。十一填料层压降计算取图2（通用压降关联图）横坐标值0.105（前已算出）；将操作气速/（=1. 425m/s）代 替纵坐标中的G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.那么纵标值为：1.768 2 x 1251 15X （义（0. 8543） 2

11、=0.0319.81996.7查图2（内插）得AP=24X9.81=235.4Pa/m 填料全塔填料层压降 AP=1.2X 235.4=282.5Pa至此，吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出。关于吸收塔 的物料计算总表和塔设备计算总表此处从略。十二填料吸收塔的附属设备1、填料支承板分为两类：气液逆流通过平板型支承板，板上有筛孔或栅板式;气体喷射型，分为圆 柱升气管式的气体喷射型支承板和梁式气体喷射型支承板。2、填料压板和床层限制板在填料顶部设置压板和床层限制板。有栅条式和丝网式。3、气体进出口装置和排液装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500

12、mm直径 以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口， 使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制 成下弯的锥形扩大器。气体出 口既要保证气流畅通，又要尽量除去夹带的液沫。最简单的装置是除沫挡板（折板）， 或填料式、丝网式除雾器。液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收 塔可采用液封装置。注：（1）本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器；且填料层不高，可不设液 体再分布器。（2）塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及压板。其它塔附件及气液 出口装置计算与选择此处从略。十三课程设计总结1、通过本次课程设计

13、，使我对从填料塔设计方案到填料塔设计的基本过程的设计 方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。它相当于实际填料塔设计工作的模拟。在课 程设计过程中，基本能按照规定的程序进行，先针对填料塔的特点和收集、调查有关资 料，然后进入草案阶段，其间与指导教师进行几次方案的讨论、修改，再讨论、逐步了 解设计填料塔的基本顺序，最后定案。设计方案确定后，又在老师指导下进行扩初详细 设计，并计算物料守衡，传质系数，填料层高度，塔高等；最后进行塔附件设计。2、此次课程设计基本能按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。同学之 间相互联系，讨论，整体设计基本满足使用要求，但是在设计指导过程中也发现一些问 题。理论的

14、数据计算不难，困难就在于实际选材，附件选择等实际问题。这些方面都应 在以后的学习中得以加强与改进。以上足本次课程设计的指导过程中的心得与体会以及对课程设计完成情况的总结， 希望在以后的学习当中能扬长避短，以取得更好的教学效果。十四 主要符号说明E亨利系数，atm%一气体的粘度，Palsm 一平衡常数一水的密度和液体的密度之比g 一重力加速度，加2/S分别为气体和液体的密度，依/M%，%分别为气体和液体的质量流量，依/SK一气相总体积传质系数，版加.$)。=工。2Z一填料层高度，mQ一塔截面积，4Hog 一气相总传质单元高度，机% 一气相总传质单元数底-以分压差表示推动力的总传质系数，成(/%

15、一单位体积填料的润湿面积七-以分压差表示推动力的气膜传质系数，$村)-溶解度系数，原一以摩尔浓度差表示推动力的液摩尔传质系数，m/sGg气体通过空塔截面的质量流速，依济$)R气体常数，8314kN.m/(kmol.K)% 一溶质在气相中的扩散系数，m2 /s十五参考文献1王明辉编著化工单元过程课程设计化学工业出版社2007. 82南京工业大学化工原理精品课程 :/jpkc-jy. njut. edu. cn/huagong3时钧、汪国鼎、余国琮、陈敏恒编著学工程手册化化学工业出版社1996. 14冷士良、陆清、宋志轩编著化工单元操作及设备 化学工业出版社 2007. 85王红林、陈砺、编著 化

16、工设计华南理工大学出版社 2005.16涂晋林、吴志泉编著 化工工业中的吸收操作华南理工大学出版社1994.127潘国昌郭庆丰编著 化工设备设计 清华大学出版社 1996.12技术特性表芹与名称指标1耀能压力101.302耀伟温度25V A3邙介质变叔气4咖型式切尔环5塔衽0.5m6坟料龈1.2m接管表符号公称尺寸建桂方式用途a300官破出口b200气体进口c嵋口d200气体出口e200直液法口f400人孔25岷口h25较前计接匚i90毒被口6域N支形极25塔体14填料塔13床层限制版22肢性分淅器11除诔器1庠号图号名称放量材利备隹徐州工业职业枝术学院化学工程系制却61赁职务筌名日期丙酮吸收

17、塔 工艺条件图设计制用08.5.18有核比例1 : 1目录水吸收丙酮填料塔设计一任务及操作条件2二吸收工艺流程确实定2物料计算 热量衡算 气液平衡曲线六 吸收剂（水）的用量Ls5七 塔底吸收液浓度Xi6八操作线6九塔径计算6十填料层高度计算9十一填科层压降计算13十二填料吸收塔的附属设备13十三课程设计总结15十四主要符号说明16十五参考文献17十六附图18塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液 接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属 于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大（2）别离效率高（3） 操作弹

18、性大（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等。塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的 条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研 究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。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、别离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。水吸收丙酮填料塔设计一任务及操作条件混合气（空气、丙酮

19、蒸汽）处理量：1249加/。进塔混合气含丙酮2.34%（体积分数）；相对湿度:70%；温度:35；进塔吸收剂（清水）的温度25 ；丙酮回收率：90%；操作压力为常压。二吸收工艺流程确实定采用常规逆流操作流程.流程如下。尾气尾气7S三物料计算（1） .进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为10L3kPa,故： 2731混合气量=1249 （-） X =49.42kmol / h273 + 3522.4混合气中丙酮量=49.42*0.0213 =1.16 kmol / h=1.16X49.42=67.28kg/h查附录，35饱和水蒸气压强为5623. 4Pa,那么相对湿度为70%的混合气中含

20、水蒸气量=5623.4义0.7=0.0404 kmol （水气）/kmol （空气十丙酮）101.3x103 .0.7x5623.4混合气中水蒸气含量=4942x0.0404 = 92kml / h （化工单元操作及设备P189 1 + 0.040416-23）= 1.92X18 = 34.56kg/h混合气中空气量=49.42 1. 16-1. 92=46.34kmol / h=46.34X 29=1344kg/h（2） .混合气进出塔的（物质的量）成% =0.0234,那么片L16x（1-9）=0, 0024- 46.34 + 1.92 + 1.16x（1-0.9）（3） .混合气进出塔（

21、物质的量比）组成假设将空气与水蒸气视为惰气，那么惰气量=46.34 十 1.92=48.26kmol/ h= 1344 + 34. 56 = 1378.56kg / hYi=6 二o. 024kmol （丙酮）/kmol （惰气）48.26丫2=6空=0. 0024kniol （丙酮）/kmol （惰气）一 48.26（4） .出塔混合气量出塔混合气量=48.26+1.16义0.1=48. 376kmol/h= 1378.56+67.28X0. 1=1385. 3kg/h四热量衡算热量衡算为计算液相温度的变化以判明是否为等温吸收过程。假设丙酮溶于水放出 的热量全被水吸收，且忽略气相温度变化及塔

22、的散热损失（塔的保温良好）。查化工工艺算图第一册，常用物料物性数据，得丙酮的微分溶解热（丙酮蒸气 冷凝热及对水的溶解热之和）：“小勺=30230+10467.5=40697.5 kJ / kmolCl吸收液（依水计）平均比热容G =75.366 kJ / kmol ,通过下式计算H+ “均（x -X ）1 十An-r对低组分气体吸收，吸收液浓度很低时，依惰性组分及比摩尔浓度计算较方便，故上式可写为:= 25 +75.366依上式，可在x=0.0000.009之间，设系列x值，求出相应x浓度下吸收液的温度 人 计算结果列于表1第1, 2列中。由表中数据可见，浓相浓度x变化0.001时，温度升高0

23、.54C,依此求取平衡线。表1各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据注：(1)气相浓度X相平衡的液相浓度X1 =0.0049,故取X, =0.009；XtEmY*XIO3025211.52.08800.00125.54217.62.1482.1480.00226.08223.92.2104.4200.00326.62230.12.2726.8160.00427.16236.92.3389.3520.00527.7243.72.40612.0250.00628.24250.62.47414.8440.00728.78257.72.54417.8080.00829.32264.962.61620.9

24、280.00929.86272.272.90924.192(2)平衡关系符合亨利定律，与液相平衡的气相浓度可用y* = mX表示；(3)吸收剂为清水，x=0, X=0；(4)近似计算中也可视为等温吸收。五气液平衡曲线当XV0.01, t=1545。时，丙酮溶于水其亨利常数E可用下式计算：lgE=9.171- 2040 / (t + 273)由前设X值求出液温忆，依上式计算相应E值，且m=2,分别将相应E值及 相平衡常数m值列于表1中第3、4歹U。由y* = mX求取对应m及X时的气相平衡浓度 y*,结果列于表1第5歹限根据Xy*数据，绘制X-Y平衡曲线OE如附图所示。六吸收剂(水)的用量Ls由

25、图1查出，当Yi =0.024时不1*=0.0089,计算最小吸收剂用量41J 111111Ls min =%工X =48.26X。.。24-（）.（）O24 = U7 kmol / h（化工单元操作及设备Si B X1*X。0.00891 /P20416-43a)取平安系数为1.8,那么Ls=1.8X117.1=210.8kmol /h= 210.8X 18 = 3794kg/h七塔底吸收液浓度Xi依物料衡算式：%( )=4 (Xf)X1 =48.26 XX1 =48.26 X210.8=0.0049八操作线依操作线方程式7 1 0 2X+0.002448.26Y=4.368X+0.0024

26、由上式求得操作线绘于附图中。九塔径计算塔底气液负荷大，依塔底条件（混合气35）, 10L325kPa,查表1,吸收液27.16算。o.（）4M2it-：J (Ml图中液相粘度,mP&(K Dft力实验测取的填料因干V. IOH也Q06分别为气液相流率,小生、4 分别为气相和密度, 33尹一液相密度核正系数，尸M，P液1。各种填料的牛|直翻子填料性能表中g一贰力加速变,mA-i ! i i i.h. .： n. 3 ir. 4 n. gjb_i 1 i j 1.92J;+卜：图2 通用压降关联图匕71 -U4u=（0. 6-0. 8） uF （化工单元操作及设备P20616-45)（1）.采用E

27、ckert通用关联图法（图2）计算泛点气速”有关数据计算塔底混合气流量 V、s= 1344+67.28 + 34. 56= 1446kg / h吸收液流量 U = 3794 +1.16 X 0.9 X 58 = 3855kg / h进塔混合气密度4=言义晨= L15kg/加(混合气浓度低，可近似视为空气的密度)吸收液密度0 =996.7kg/m3吸收液黏度4 =0.8543mPa s经比拟，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。二 120小，比外表积A= 106.4m2 /席关联图的横坐标值二(巴严二( JL1L 产=0.090V、PL 1446 996.7由图2查得纵坐标值为0.13即(型) l 0?=() x 0.8543 2=0.0137 媚二。. 13gpL9.81996.71故液泛气速uF = J ,，=3.08m/s V 0.0137.操作气速i=0JuF =0.7X3.08 =2.16 m/s.塔径0. 453 m=453mm取塔径为0.5m( = 500mm)(2) .核算操作气速U=U=1249=1.768m/s2uF(3) .核算径比D/d=500/50 =10,满足鲍尔环的径比要求。(4) .喷淋密度校核依Morris等推专，dV75mm约环形及其它填料的最小润湿速率(MWR)为0.08疗/