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1、目录一、 设计内容.1二、 设计要求.1三、 方案简介.2四、 生产工艺流程.2五、 工艺计算及主体设备设计.31、 操作条件.32、 填料的选择.43、 基础物性数据.44、 物料衡算.75、 填料塔的工艺尺寸的计算.86、 填料层压降计算.87、 吸收塔接管尺寸计算.9六、 辅助设备的计算及说明.9七、 设计结果要求.9八、 对本设计的评述.9九、 参考文献.9十、 主要符号说明.9十一、 附图10一、设计内容(1) 生产能力:进入系统的变换气为:1200+n*10(标准状况);(2) 变换气的组成(体积):组 分CO2COH2N2进塔气体,(Vol)28-0.1*n2.547.2+0.1
2、*n22.3(3)塔顶出口净化气中CO21(体积);二、设计要求(一) 操作条件:(1).操作压力:1.8MPa(2).操作温度:30(二) 填料类型选用金属阶梯环填料,Dn38(三) 工作日每年300天,每天24小时连续运行。(四) 厂址 天津地区(五) 设计内容 1.吸收塔的物料衡算;2.吸收塔工艺尺寸的计算; 3.填料层压降的计算; 4.液体分布器简要设计; 5.吸收塔接管尺寸计算; 6.绘制生产工艺流程图; 7.绘制吸收塔设计条件图;8.绘制液体分布器施工图; 9.对设计过程的评述和有关问题的讨论。 三、方案简介 本设计主要是通过二氧化碳的一些物理、化学性质以及设计题目的要求算出进出塔
3、的气相摩尔比、最小液气比。再通过Eckert通用关联图算出塔径、填料层的高度、填料层压降,最后算出液体分布器的布液点数及相应的布液计算。画出生产工艺流程图、设计塔条件图、液体分布器图。四、生产工艺流程简图五、工艺计算及主体设备设计1、操作条件操作温度30。操作压力1.8MPa。2、填料的选择对于填料的选择,工业生产对填料的基本要求有:填料的比面积a大;填料的表面安排合理;填料表面对于液相的湿润性好:填料的孔隙率大;减少流道的截面变化,可以减少流动的形体阻力;具有足够的机械强度;重量轻、价格低;具有适当的耐蚀性能;不被固体杂物堵塞,其表面不会结垢。对于水吸收二氧化碳的过程,因为二氧化碳气的水溶液
4、有较大的腐蚀性,操作温度及操作压力较低,工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中,塑料阶梯环填料的综合性能较好,故选用DN50聚丙烯阶梯环填料。3、基础物性数据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,30时水的有关物性数据如下:密度为995.6kg/m3粘度为0.0008Pa*s=2.88kg/(m*h) 表面张力为71.18dyn/cm=kg*h2二氧化碳在水中的扩散系数为1.81*10-9m2/s=6.51*10-6m2/h.气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mv,m=yiMi=0.18*44+0.025*28+0.572*2+28*0.223
5、=16.01混合气体的平均密度为=混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得30甲烷气体的粘度为查手册得二氧化碳在空气中的扩散系数为Dv=0.021c=0.00756气液相平衡数据由手册查得,常压下30时二氧化碳在水中的享利系数为 E=1.88510kPa 相平衡常数为溶解度系数为4、物料衡算A = (5-0.002)/5 100=99.6进塔气相摩尔比为Y1=y1/(1-y1)=0.18/(1-0.18)=0.2195出塔气相摩尔比为进塔惰性气相流量为 kmol/h该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算,即(对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为X2 = 0)取操作液气
6、比为L = 155.5039.57 = 6153.13kmol/hV(Y1-Y2)=L(X1-X2)X1=39.57*(0.2195-0.02195)/6153.13=0.04685、填料塔的工艺尺寸的计算、塔径的计算 采用Eckert通用关联图计算泛点气速。 气相质量流量为Wv=1200*11.67=13956Kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即=6153.13*18.02=.4Kg/hEckert通用关联图的横坐标为查图5-21得横坐标为:0.025 查表5-11得F=160m-1算得;取u=0.85Uf=0.85*0.370=0.315由 圆整塔径,取D=1.2m。泛点率校核:
7、 填料规格校核: 液体喷淋密度校核:取最小润湿速率为 (Lw)min=0.08m3/(m.s)查附录五得 t=153m2/m3 Umin=(Lw)mint=0.08*153=12.24m3/(m2.h) m3/(m2.h)U 经以上校核可知,填料塔直径选用D=600mm合理。、填料层高度计算 Y1*=mX1=104.72*0.0014=0.1466Y2*=mX2=0脱吸因数为 气相总传质元数为 =10.72气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算: 查表5-16得 C=75yn/cm=97200kg/h2液体质量通量为 =0.959气膜吸收系数由以下式计算 气体质量通量为 液膜吸收系数由以下
8、式计算: 1.35m/h 由KG=KGw1.1 =1.45 则KG=KGw1.1 =0.0719*0.959*153*1.451.1 =15.82Kmol/(m3.h.KPa) KL=KGw0.4 =0.787*0.836*132.5*1.450.4 =297 1/h 由 得369 1/h则: 由 由 设计取填料层高度为: Z=2.4m查表5-16,对于阶梯环填料,h/D=815, hman6m 取h/D =8,则 h=8*1200=9600 计算得填料层的高度为2400mm,故不需分段。6、填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降。横坐标为 查表5-18得,p=118m-1纵坐
9、标为 查图5-21得 P/Z=343.4Pa/m填料层压降为P=343.4*2.4=824.16Pa7、吸收塔接管尺寸计算1进液管径的计算:因其液体流量较小,所以取其流速为:u = 1 m/s.于是,管线的直径为: 根据管材规格,该直径d可以选择344的管材,其内径为30mm,其实际流速为:u = 42647.86/(36003.0.7850.03062)=1.329 m/s2.进气管径的计算:因其气体流量较大,所以取其流速为:u = 10m/s.于是,管线的直径为: 根据管材规格,该直径d 应该选择35514.8的管材,其内径为325.4mm,其实际流速为:u = 43320/(36001.
10、1810.7850.325.4)=14.13 m/s六、辅助设备的计算及说明按Eckert建议值,D时,喷淋点密度为42点/ m2,因改塔的负荷较大,设计取淋点密度大约为120点/m2。布液点数为: N = 0.7851.22120 = 135.6 136点按分布点几何均匀与流量均匀的原则,进行布点设计。设计结果为:二级槽共设七道,在槽侧面开孔,槽宽度为80,槽 高度为210,两槽中心矩为160.分布点采用三角形排布,实际设计布点数点,布液点示意图如图所示。布液计算:由 Ls =/4d2n(2gH) 经验值,取为=0.60: H=160 mm从而得出:d0 = 4Ls/n(2gH) =4.4/
11、(995.63600)/3.141350.6(29.810.16)= 0.016m七、设计结果概要 1、选用DN38金属阶梯环填料 2、进塔气相摩尔比Y1=0.21953、出塔气相摩尔比Y2=0.4、进塔惰性气相流量为;V=131。19kmol/h5、最小液气比(L/V)min=0.7476、塔径: D=600mm7、填料层高度为5500mm,无分层8、填料层压降为: P=8250Pa9、液体分布器的分布点为:N=70点10、气体进料管的直径为:d=34mm11、液体进料管的直径为: d0=355mm12、布液d0=4 mm八、对本设计的评述对于本设计采用逆流操作,而且吸收剂对溶质组分的溶解度
12、大,故分离率高,吸收剂利用率高。泛点气速为3.875m/s.说明通量较大的处理能力较强,设计时取用的泛点率较高、不适宜用于易发泡沫物系填料压降较高,故动力消耗较高, 操作费用较高。填料使用聚丙烯填料,具有质轻、价廉、耐冲击、不易破碎等优点,但是U与U相差不大说明表面润湿性能差。九、参考文献1 贾绍义 柴诚敬.化工原理课程设计M.天津:天津大学出版社,20022匡国柱、史启才.化工单元过程及设备课程设计M.北京.化学工业出版社,20023王明辉.化工单元过程课程设计M.北京. 化学工业出版社,2002柳金海.管材管件应用手册M机械工业出版社十、主要符号说明 a填料的有效比表面积, m2/m3;
13、d0分液孔径,mm; at填料的总比表面积,m2/m3; wL液体质量流量,kg/s;aw填料的润湿比表面积,m2/m3; wV气体质量流量,kg/s;D塔径,m; wV气体质量流量,kg/s;DL液体扩散系数,m2/s; X液相摩尔比;DV气体扩散系数,m2/s; Y气相摩尔比;g重力加速度,m2/s; h填料层高度,m;HOG单元传质高度,m; Z填料层高度;NOG气相总体传质单元数; 粘度,mPas;P压强,Pa; 密度,kg/m3 ;P压力降,Pa; 表面张力,N/m kg/s;U液体喷淋密度,m3/(m2h); 填料因子,1/m;u空塔气速,m/s; 面积,m2;液体密度校正系数,无因次; n系数,和布液点数;uF泛点气速,m/s; UL液体质量通量,kg/(m2h);Umin最小液体喷淋密度,m3/(m2h); 下标kG气膜吸收系数,kmol/(m2skPa); max最大的;kL液膜吸收系数,m/s; min最小的;KG气相总吸收系数,kmol/(m2skPa); L液相; V气相;下标max最大的;min最小的;L液相;V气相;十一、附图 1、液体在分
限制150内