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6up最终版化工课程方案(水吸收氨填料吸收塔方案
发布时间发布时间:2020-11-28 19:05

  最终版化工课程方案(水吸收氨填料吸收塔方案)_化学_自然科学_专业资料。最终版化工课程方案(水吸收氨填料吸收塔方案)

  个人资料整理 仅限学习使用 水吸收氨课程设计 目 第一节前言 5 1.1 填料塔的主体结构与特点 5 1.2 填料塔的设计任务及步骤 5 1.3 填料塔设计条件及操作条件 5 第二节填料塔主体设计方案的确定 6 2.1 装置流程的确定 6 2.2 吸收剂的选择 6 录 2.3 填料的类型与选择 6 2.3.1 填料种类的选择 6 2.3.2 填料规格的选择 6 2.3.3 填料材质的选择 7 2.4 基础物性数据 7 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 液相物性数据 7 气相物性数据 7 气液相平衡数据 8 物料横算 8 第三节填料塔工艺尺寸的计算 9 3.1 塔径的计算 9 3.2 填料层高度的计算及分段 10 3.2.1 传质单元数的计算 10 3.2.3 填料层的分段 12 3.3 填料层压降的计算 12 第四节填料塔内件的类型及设计 13 个人资料整理 仅限学习使用 4.1 塔内件类型 13 4.2 塔内件的设计 13 4.2.1 4.2.2 注:14 1 填料塔设计结果一览表 14 2 填料塔设计数据一览 14 3 参考文献 16 4 后记及其他 16 附件一:塔设备流程图 17 附件二:塔设备设计图 17 液体分布器设计的基本要求:13 液体分布器布液能力的计算 13 个人资料整理 仅限学习使用 化工学院关于专业课程设计的有关要求草案) 专业课程设计是学生学完专业基础课及专业课之后,进一步学习工程设计的基础 知识,培养学生工程设计能力的重要教案环节,也是学生综合运用相关课程知识,联 系生产实际,完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。为了加强我院本科学生专 业课程设计这一重要实践教案环节的规范化管理,保证专业课程设计工作有序进行及 教案质量,特制定专业课程设计的有关要求并请遵照执行。 一、选题要求 选题应以单元操作的典型设备为对象,进行单元操作过程中相关的设备与工艺设 计,尽量从科研和生产实际中选题。为了保证专业课程设计的质量和工作量,选题要 求 1 人 1 题。 二、设计说明书文本要求 (一、字数要求:2000 字以上 (二、打印要求:用 A4 纸打印;左边距 3 厘 M、右边距 2 厘 M、上边距 3 厘 M、 下边距 2.5 厘 M;行距 20 磅;页码居中 字体、字号要求包括装订顺序): 1、封面 由学院统一制定格式 2、设计任务书 3、目录 宋体、4 号),其余宋体、小 4 号) 4、正文 宋体、小 4 号字)、一级标题 宋体、 3 号字、加粗)、二级标题 宋 体、4 号字、加粗) 正文内容主要包括:概述与设计方案简介;设计条件及主要物性参数表;工艺设 计计算内容较多,应根据设计计算篇幅适当划分为若干小节,使之条理清晰);辅助 设备的计算及选型;设计结果汇总表 物料衡算表,设备操作条件及结构尺寸一览 表);设计评述设计的评价及学习体会)。 5、参考文献宋体、5 号字) 个人资料整理 仅限学习使用 6、附录:设计图纸工艺流程图与主体设备装配图) 三、考核方式及成绩评定 专业课程设计的考核与成绩评定由指导教师进行。 考核内容:考勤、计算草稿或笔记、说明书和图纸的质量,独立完成设计情况。 化工学院 二〇一〇年十二月一日 个人资料整理 仅限学习使用 第一节 1.1 填料塔的主体结构与特点 结构: 前言 图 1-1 填料塔结构图 填料塔不但结构简单,且流体通过填料层的压降较小,易于用耐腐蚀材料制造, 所以她特别适用于处理量肖,有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液 体分布器喷洒于填料顶部,并在填料的表面呈膜状流下,气体从塔底的气体口送入, 流过填料的空隙,在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续 变化,所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。 1.2 填料塔的设计任务及步骤 设计任务:用水吸收空气中混有的氨气。 设计步骤:1)根据设计任务和工艺要求,确定设计方案。 2)针对物系及分离要求,选择适宜填料; 3)确定塔径、填料层高度等工艺尺寸考虑喷淋密度); 4)计算塔高、及填料层的压降; 5)塔内件设计。 1.3 填料塔设计条件及操作条件 1. 气体混合物成分:空气和氨 2. 空气中氨的含量: 5.0% 体积含量即为摩尔含量) 个人资料整理 仅限学习使用 3. 混合气体流量 6000m3/h 4. 操作温度 293K 5. 混合气体压力 101.3KPa 6. 回收率 99 % 7. 采用清水为吸收剂 8. 填料类型:采用聚丙烯鲍尔环填料 第二节 精馏塔主体设计方案的确定 2.1 装置流程的确定 本次设计采用逆流操作:气相自塔低进入由塔顶排出,液相自塔顶进入由塔底排 出,即逆流操作。 逆流操作的特点是:传质平均推动力大,传质速率快,分离效率高,吸收剂利用 率高。工业生产中多采用逆流操作。 2.2 吸收剂的选择 因为用水做吸收剂,故采用纯溶剂。 2-1 工业常用吸收剂 溶质 氨 氯化氢 溶剂 水、硫酸 水 水 煤油、洗油 硫化氢 一氧化碳 溶质 丙酮蒸汽 二氧化碳 溶剂 水 水、碱液 碱液、有机溶剂 铜氨液 二氧化硫 苯蒸汽 2.3 填料的类型与选择 填料的种类很多,根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料两大类。 2.3.1 填料种类的选择 本次采用散装填料。散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填 料、环鞍形填料及球形填料等。鲍尔环是目前应用较广的填料之一,本次选用鲍尔 环。 2.3.2 填料规格的选择 个人资料整理 仅限学习使用 工业塔常用的散装填料主要有 Dn16\Dn25\Dn38\ Dn76 等几种规格。同类填料,尺 寸越小,分离效率越高,但阻力增加,通量减小,填料费用也增加很多。而大尺寸的 填料应用于小直径塔中,又会产生液体分布不良及严重的壁流,使塔的分离效率降 低。因此,对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。 常用填料的塔径与填料公称直径比值 D/d 的推荐值列于。 表 3-1 填料种类 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍 D/d 的推荐值 D/d 20~30 D/d 15 D/d 10~15 D/d8 D/d8 2.3.3 填料材质的选择 工业上,填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类 聚丙烯填料在低温低于 0 度)时具有冷脆性,在低于 0 度的条件下使用要慎重,可选 耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。 综合以上:选择塑料鲍尔环散装填料 Dn50 2.4 基础物性数据 2.4.1 液相物性数据 对低浓度吸收过程,溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得 20 ℃水的有关物性数据如下: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 表面张力为: 2.4.2 气相物性数据 1. 混合气体的平均摩尔质量为 个人资料整理 仅限学习使用 (2-1 2. 混合气体的平均密度 由 R=8.314 3. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得 20 时,空气的黏度 (2-2 注: 1 1Pa..s=1kg/m.s 2.4.3 气液相平衡数据 由手册查得,常压下,20 时,NH 在水中的亨利系数为 E=76.3kpa 在水中的溶解度: H=0.725kmol/m 相平衡常数: (2-3 溶解度系数: (2-4 2.4.4 物料横算 1. 进塔气相摩尔比为 (2-5 2. 出他气相摩尔比为 (2-6 3. 进塔惰性气体流量: (2-7 因为该 吸收过程为低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比按下式计算。即: (2-8 因为是纯溶剂吸收过程,进塔液相组成 所以 个人资料整理 仅限学习使用 选择操作液气比为 L=1.2676356× 234.599=297.3860441kmol/h 因为 V(Y1-Y2=L(X1-X2 X1 2-9) 第三节 填料塔工艺尺寸的计算 填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段 3.1 塔径的计算 1. 空塔气速的确定——泛点气速法 对于散装填料,其泛点率的经验值 u/u =0.5~0.85 贝恩Bain)—霍根Hougen)关联式 ,即: =A-K 3-1) 即: 所以: /9.81100/0.917 )1.1836/998.2)=0.246053756 UF=3.974574742m/s 其中: ——泛点气速,m/s。 g ——重力加速度,9.81m/s WL=5358.89572 ㎏/h A=0.0942; K=1.75; 取 u=0.7 WV=7056.6kg/h =2.78220m/s 个人资料整理 仅限学习使用 3-2) 圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核: m/s 则 在允许范围内 2. 根据填料规格校核:D/d=800/50=16 根据表 3-1 符合 3. 液体喷淋密度的校核: (1 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。 (2 最小润湿速率是指在塔的截面上,单位长度的填料周边的最小液体体积流 量。对于直径不超过 75mm 的散装填料,可取最小润湿速率 。 3-3) 3-4) 经过以上校验,填料塔直径设计为 D=800mm 合理。 3.2 填料层高度的计算及分段 3-5) 3-6) 3.2.1 传质单元数的计算 用对数平均推动力法求传质单元数 3-7) 个人资料整理 仅限学习使用 3-8) = =0.006895 3.2.2 质单元高度的计算 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算: 3-9) 即:α w/α t =0.37404748 液体质量通量为: 气体质量通量为: =WL/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(㎡?h =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(㎡?h 气膜吸收系数由下式计算: 3-10) =0.237(14045.78025÷100.6228×10-50.7(0.06228÷0.081÷1.1761 0.3(100×0.081÷8.314÷293 =0.152159029kmol/(㎡ h kpa 液膜吸收数据由下式计算: (3-11) =0.566130072m/h 因为 0.15215×0.3740×1.451.1×100 =8.565021kmol/(m3 h kpa 3-12) 个人资料整理 仅限学习使用 =0.56613×100×0.37404×1.450.4 =24.56912/h 因为: =0.8346 3-13) 所以需要用以下式进行校正: 3-14) =[1+9.5(0.69999-0.51.4] 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa 3-15) =[1+ 2.6 (0.6999-0.52.2] 24.569123=26.42106/h 3-16) =1÷(1÷17.1358+1÷0.725÷26.4210 =9.038478 kmol/(m3 h kpa 3-17) =234.599÷9.03847÷101.3÷0.785÷0.64 =0.491182m 3-18) =0.491182×9.160434=4.501360m,得 =1.4×4.501=6.30m 3.2.3 填料层的分段 对于鲍尔环散装填料的分段高度推荐值为 h/D=5~10。 h=5×800~10×800=4~8 m 计算得填料层高度为 7000mm,,故不需分段 3.3 填料层压降的计算 取 Eckert (通用压降关联图;将操作气速 (=2.8886m/s 代替纵坐标中的 查 个人资料整理 仅限学习使用 表,DG50mm 塑料鲍尔环的压降填料因子 =125 代替纵坐标中的. 则纵标值为: =0.1652 横坐标为: =0.02606 (3-20 查图得 981Pa/m 全塔填料层压降 =981×7=6867 Pa (3-21 (3-19 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。 第四节 填料塔内件的类型及设计 4.1 塔内件类型 填料塔的内件主要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再 分布装置等。合理的选择和设计塔内件,对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能 十分重要。 4.2 塔内件的设计 4.2.1 液体分布器设计的基本要求: 1)液体分布均匀 2)操作弹性大 3)自由截面积大 4)其他 4.2.2 液体分布器布液能力的计算 1)重力型液体分布器布液能力计算 个人资料整理 仅限学习使用 2)压力型液体分布器布液能力计算 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。 注: 1 填料塔设计结果一览表 塔径 填料层高度 填料规格 操作液气比 校正液体流速 压降 惰性气体流量 0.8m 7m 50mm 鲍尔环 1.2676356 1.7 倍最小液气比 2.78220/s 6867 Pa 234.599kmol/h 2 填料塔设计数据一览 E—亨利系数, —气体的粘度,1.73 —平衡常数 0.7532 —水的密度和液体的密度之比 1 —重力加速度, 9.81 =1.27 ;998.2 ; =6228 —分别为气体和液体的密度,1.1836 =5358.89572 ㎏/h =7056.6kg/h—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, 个人资料整理 仅限学习使用 —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 100 91.7% —以分压差表示推动力的气膜传质系数, —溶解度系数,0.725 —以摩尔浓度差表示推动力的液摩尔传质系数, —气体常数, — 氨气在空气中中的扩散系数及氨气在水中的扩散系 数。 液体质量通量为: 气体质量通量为: =WL/0.785× 0.8× 0.8=10666.5918kg/(㎡?h =60000× 1.1761/0.64=14045.78025kg/(㎡?h 3 参考文献 [1]夏清.化工原理下)[M]. 天津:天津大学出版社, 2005. [2] 贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计[M]. 天津:天津大学出版社, 2002. [3] 华南理工大学化工原理教研室著.化工过程及设备设计[M].广州: 华南理工大学出版社,1986. [4] 周军.张秋利 化工 AutoCAD 制图应用基础 。北京. 化学工业出版社。 4 后记及其他 通过本次课程设计,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、 个人资料整理 仅限学习使用 步骤、思路、有一定的了解与认识。在课程设计过程中 , 使我加深了对课本知识的认 识,也巩固了所学到的知识。此次课程设计按照设计任务书、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,发现自己基础知识不牢固,需加强学习,扩大知识面的广度。

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