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文檔簡介
1、<p><b> 目錄</b></p><p><b> 第1節(jié)前言3</b></p><p> 1.1填料塔的主體結構與特點3</p><p> 1.2填料塔的設計任務及步驟3</p><p> 1.3填料塔設計條件及操作條件4</p><p
2、> 第2節(jié)精餾塔主體設計方案的確定4</p><p> 2.1裝置流程的確定4</p><p> 2.2吸收劑的選擇5</p><p> 2.3填料的類型與選擇5</p><p> 2.3.1填料種類的選擇5</p><p> 2.3.2填料規(guī)格的選擇5</p>
3、<p> 2.3.3填料材質的選擇6</p><p> 2.4基礎物性數(shù)據(jù)6</p><p> 2.4.1液相物性數(shù)據(jù)6</p><p> 2.4.2氣相物性數(shù)據(jù)7</p><p> 2.4.3氣液相平衡數(shù)據(jù)7</p><p> 2.4.4物料橫算8</p>
4、<p> 第3節(jié)填料塔工藝尺寸的計算9</p><p> 3.1塔徑的計算9</p><p> 3.2填料層高度的計算及分段11</p><p> 3.2.1傳質單元數(shù)的計算11</p><p> 3.2.2傳質單元高度的計算11</p><p> 3.2.3填料層的分段1
5、4</p><p> 3.3填料層壓降的計算14</p><p> 第4節(jié)填料塔內件的類型及設計15</p><p> 4.1塔內件類型15</p><p> 4.2塔內件的設計16</p><p> 4.2.1液體分布器設計的基本要求:16</p><p> 4
6、.2.2液體分布器布液能力的計算16</p><p><b> 注:16</b></p><p> 1.填料塔設計結果一覽表16</p><p> 2.填料塔設計數(shù)據(jù)一覽18</p><p> 3.參考文獻19</p><p> 4.后記及其他19</p>
7、;<p> 附件一:塔設備流程圖19</p><p> 附件二:塔設備設計圖19</p><p><b> 表索引</b></p><p> 表 21工業(yè)常用吸收劑5</p><p> 表 22 常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值6</p><p>
8、<b> 圖索引</b></p><p> 圖 11 填料塔結構圖4</p><p> 圖 31 Eckert圖16</p><p><b> 前言</b></p><p> 填料塔的主體結構與特點</p><p><b> 結構圖 11所示:<
9、;/b></p><p> 圖 11 填料塔結構圖</p><p> 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小,有腐蝕性的物料及要求壓降小的場合。液體自塔頂經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
10、續(xù)接觸式的氣液傳質設備。</p><p> 填料塔的設計任務及步驟</p><p> 設計任務:用水吸收空氣中混有的氨氣。</p><p><b> 設計步驟:</b></p><p> 根據(jù)設計任務和工藝要求,確定設計方案;</p><p> 針對物系及分離要求,選擇適宜填料;<
11、/p><p> 確定塔徑、填料層高度等工藝尺寸(考慮噴淋密度);</p><p> 計算塔高、及填料層的壓降;</p><p><b> 塔內件設計。</b></p><p> 填料塔設計條件及操作條件</p><p> 氣體混合物成分:空氣和氨</p><p>
12、空氣中氨的含量: 5.0% (體積含量即為摩爾含量)</p><p> 混合氣體流量5916m³/h</p><p><b> 操作溫度293K</b></p><p> 混合氣體壓力101.3KPa</p><p><b> 采用清水為吸收劑</b></p>&l
13、t;p> 填料類型:采用聚丙烯鮑爾環(huán)填料</p><p> 第2節(jié) 精餾塔主體設計方案的確定</p><p><b> 裝置流程的確定</b></p><p> 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。</p><p> 逆流操作的特點是:傳質平均推動力大,傳
14、質速率快,分離效率高,吸收劑利用率高。工業(yè)生產中多采用逆流操作。</p><p><b> 吸收劑的選擇</b></p><p> 因為用水做吸收劑,故采用純溶劑。工業(yè)常用吸收劑如表 21所示:</p><p> 表 21工業(yè)常用吸收劑</p><p><b> 填料的類型與選擇</b>&l
15、t;/p><p> 填料的種類很多,根據(jù)裝填方式的不同,可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。</p><p><b> 填料種類的選擇</b></p><p> 本次采用散裝填料。散裝填料根據(jù)結構特點不同,又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。鮑爾環(huán)是目前應用較廣的填料之一,本次選用鮑爾環(huán)。</p><p>
16、<b> 填料規(guī)格的選擇</b></p><p> 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\ Dn76等幾種規(guī)格。同類填料,尺寸越小,分離效率越高,但阻力增加,通量減小,填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中,又會產生液體分布不良及嚴重的壁流,使塔的分離效率降低。因此,對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定。</p><p> 常用填料的塔
17、徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值如表 22所示。</p><p> 表 22 常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值</p><p><b> 填料材質的選擇</b></p><p> 工業(yè)上,填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類</p><p> 聚丙烯填料在低溫(低于0度)時具有冷脆性,在低于0度的
18、條件下使用要慎重,可選耐低溫性能良好的聚氯乙烯填料。</p><p> 綜合以上:選擇塑料鮑爾環(huán)散裝填料 Dn50</p><p><b> 基礎物性數(shù)據(jù)</b></p><p><b> 液相物性數(shù)據(jù)</b></p><p> 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
19、查得 </p><p> 20 ℃水的有關物性數(shù)據(jù)如下:</p><p><b> 密度:</b></p><p><b> 表面張力:</b></p><p> 20 ℃氨的有關物性數(shù)據(jù)如下:</p><p><b> 溶解度系數(shù):</b>&
20、lt;/p><p> 氨氣在水中的擴散系數(shù):</p><p> 氨氣在空氣中的擴散系數(shù):</p><p><b> 氣相物性數(shù)據(jù)</b></p><p> 混合氣體的平均摩爾質量為</p><p> (2-) </p><p><b> 混合氣體
21、的平均密度</b></p><p><b> ?。?-)</b></p><p><b> R=8.314 </b></p><p> 混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊得20時,</p><p><b> 空氣的黏度:</b></p>&l
22、t;p> 注: 1Pa..s=1kg/m.s</p><p><b> 氣液相平衡數(shù)據(jù)</b></p><p> 由手冊查得,常壓下,20時,NH在水中的亨利系數(shù)為 E=76.3kpa</p><p> 在水中的溶解度系數(shù): H=0.725</p><p> 相平衡常數(shù): (2-)
23、 </p><p> 溶解度系數(shù): (2-) </p><p><b> 物料橫算</b></p><p><b> 進塔氣相摩爾比為:</b></p><p> ?。?-)
24、 </p><p> 出塔氣相摩爾比為: </p><p> (2-) </p><p><b> 進塔惰性氣體流量:</b></p><p> ?。?-) </p><p> 因為該吸收過程為低濃度吸
25、收,平衡關系為直線,最小液氣比按下式計算。即:</p><p> ?。?-) </p><p> 因為是純溶劑吸收過程,進塔液相組成</p><p><b> 所以 </b></p><p><b> 選擇操作液氣比為</b&
26、gt;</p><p> (2-) </p><p> L=1.4252×233.78=333.18kmol/h</p><p> 因為V(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1=0.03679</p><p> 填料塔工藝尺寸的計算</p><p> 填料塔工藝尺
27、寸的計算包括塔徑的計算、填料能高度的計算及分段</p><p><b> 塔徑的計算</b></p><p> 空塔氣速的確定——泛點氣速法</p><p> 對于散裝填料,其泛點率的經驗值u/u=0.5~0.85</p><p> 貝恩(Bain)—霍根(Hougen)關聯(lián)式 ,即:</p>&l
28、t;p> =A-K (3-1)</p><p> 即: </p><p> 所以:/9.81(100/0.917)(1.1811/998.2)=0.2338</p><p><b> =3.866m/s</b></p><p><b> 其中:</b>&l
29、t;/p><p> ——泛點氣速,m/s;</p><p> g ——重力加速度,9.81m/s</p><p> WL=5997.24㎏/h ;WV=6987.39kg/h</p><p> A=0.0942; K=1.75;</p><p> 取u=0.7 =2.7062m/s</p><
30、p> ?。?-2) </p><p> 圓整塔徑后 D=0.9m</p><p><b> 泛點速率校核:</b></p><p><b> 則在允許范圍內</b></p><p> 根據(jù)填料規(guī)格校核:D/d=900/50=18根據(jù)表3-1符合</p&
31、gt;<p> 液體噴淋密度的校核:</p><p> 填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量。</p><p> 最小潤濕速率是指在塔的截面上,單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。對于直徑不超過75mm的散裝填料,可取最小潤濕速率。</p><p><b> ?。?-3)</b></p>
32、<p><b> ?。?-4)</b></p><p> 經過以上校驗,填料塔直徑設計為D=900mm 合理。</p><p> 填料層高度的計算及分段</p><p><b> ?。?-5)</b></p><p><b> (3-6) </b><
33、/p><p><b> 傳質單元數(shù)的計算</b></p><p> 用對數(shù)平均推動力法求傳質單元數(shù)</p><p> =10.2342m(3-7)</p><p><b> (3-8)</b></p><p><b> = </b><
34、/p><p><b> =0.005123</b></p><p><b> 傳質單元高度的計算</b></p><p> 氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算:</p><p><b> ?。?-9)</b></p><p><b>
35、 =0.3575</b></p><p><b> 液體質量通量為:</b></p><p><b> 氣體質量通量為:</b></p><p> 氣膜吸收系數(shù)由下式計算:</p><p><b> ?。?-10)</b></p><p&
36、gt; =0.1280kmol/(㎡hkpa)</p><p> 液膜吸收數(shù)據(jù)由下式計算:</p><p><b> (3-11)</b></p><p> =0.5785m/h</p><p><b> 因為</b></p><p> 0.1280×0
37、.3575×100×(3-12)</p><p> =6.8864 kmol/(m3hkpa)</p><p> =0.5785×0.3575×100×(3-13)</p><p> =24.00 kmol/(m3hkpa)</p><p> 因為: =0.669</p>
38、;<p> 所以需要用以下式進行校正:</p><p><b> (3-14)</b></p><p> =12.3157 kmol/(m3·h·kpa)</p><p><b> (3-15)</b></p><p> =[1+9.5×(0.6
39、69-0.5)2.2]×24.00 </p><p> =28.5634 kmol/(m3·h·kpa)</p><p><b> (3-16)</b></p><p> =7.7228 kmol/(m3hkpa) </p><p> (3
40、-17) </p><p><b> (3-18)</b></p><p> =0.4700×10.2342=4.810074m,得</p><p> =1.4×4.810074=6.7341m </p><p> 故取填料層高度為7m。</p><p
41、><b> 填料層的分段</b></p><p> 對于鮑爾環(huán)散裝填料的分段高度推薦值為h/D=5~10</p><p> h=5×900~10×900=5~9 m</p><p> 計算得填料層高度為7000mm,故不需要分段。</p><p><b> 填料層壓降的計算&
42、lt;/b></p><p> 取 Eckert (通用壓降關聯(lián)圖);將操作氣速(=2.5845m/s) 代替縱坐標中的查表,DG50mm塑料鮑爾環(huán)的壓降填料因子=125代替縱坐標中的.</p><p><b> 則縱標值為:</b></p><p> (3-19) </p>&l
43、t;p><b> 橫坐標為:</b></p><p><b> (3-20) </b></p><p><b> 查圖得</b></p><p> 1275.3Pa/m (3-21)</p><p> 全塔填料層壓降 =1275.3×7=8.93
44、Kpa </p><p> 至此,吸收塔的物科衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出。</p><p> Eckert圖如圖 31所示:</p><p> 圖 31 Eckert圖</p><p> 填料塔內件的類型及設計</p><p><b> 塔內件類型</b></p&g
45、t;<p> 填料塔的內件主要有填料支撐裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理的選擇和設計塔內件,對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質性能十分重要。</p><p><b> 塔內件的設計</b></p><p> 液體分布器設計的基本要求:</p><p><b> 液體分布均勻</b
46、></p><p><b> 操作彈性大</b></p><p><b> 自由截面積大</b></p><p><b> 其他</b></p><p> 液體分布器布液能力的計算</p><p> 重力型液體分布器布液能力計算</
47、p><p> 壓力型液體分布器布液能力計算</p><p><b> 注:</b></p><p> 本設計任務液相負荷不大,可選用排管式液體分布器;且填料層不高,可不設液體再分布器。 </p><p> 塔徑及液體負荷不大,可采用較簡單的柵板型支承板及壓板。其它塔附件及氣液出口裝置計算與選擇此處從略。<
48、/p><p><b> 注:</b></p><p> 填料塔設計結果一覽表</p><p><b> 填料塔設計數(shù)據(jù)一覽</b></p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 夏清.化工原理(下)[M]. 天津:天津大學出
49、版社, 2005.</p><p> [2] 賈紹義,柴誠敬. 化工原理課程設計[M]. 天津:天津大學出版社, 2002.</p><p> [3] 華南理工大學化工原理教研室著.化工過程及設備設計[M].廣州: 華南理工大學出版社, 1986.</p><p> [4] 周軍.張秋利 化工AutoCAD制圖應用基礎 .北京. 化學工業(yè)出版社.</p&
50、gt;<p><b> 后記及其他</b></p><p> 通過本次課程設計,使我對從填料塔設計方案到填料塔設計的基本過程的設計方法、步驟、思路、有一定的了解與認識。在課程設計過程中,使我加深了對課本知識的認識,也鞏固了所學到的知識。此次課程設計按照設計任務書、指導書、技術條件的要求進行。同學之間相互討論,整體設計基本滿足使用要求,但是在設計指導過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題,發(fā)現(xiàn)
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