填料吸收塔设计示例11421.pdf

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1、.资料 .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 目录 前 言.2 水吸收丙酮填料塔设计.2 一任务及操作条件.2 二吸收工艺流程确实定.2 三物料计算3 四热量衡算.4 五气液平衡曲线.5 六吸收剂(水)的用量 Ls.5 七塔底吸收液浓度*1.6 八操作线.6 九塔径计算6 十填料层高度计算.9-.z 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 前 言 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。根据塔气液接触部件的形式，可以分为

2、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操作弹性大4气体阻力小构造简单、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，具有构造简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。填料塔由填料、塔件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两大类。塔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

3、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、丙酮蒸汽)处理量：12493/mh。-.z 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。三物料计算(l).进塔混合气中各组分的量 近似取塔平均操作压强为 101.3kPa，故：混合气量124927327335122.449.42kmolh 混合气中丙酮量49.420.02131.16kmolh 1.1649.4267.28kgh 查附录，35饱和水

4、蒸气压强为 56234Pa，则相对湿度为 70的混合 气中含水蒸气量4.56237.0103.1017.04.56233=0.0404 kmol 水气/kmol 空气十丙酮 混合气中水蒸气含量0404.010404.042.491.92kmolh?化工单元操作及设备?P189 16-23 1.921834.56kgh 混合气中空气量49.421.16-1.9246.34kmolh 46.34291344kgh(2)混合气进出塔的物质的量成 1y0.0234,则-.z 2y=)9.01(16.192.134.46)9.01(16.1=0.0024 3 混合气进出塔物质的量比组成 假设将空气与水蒸

5、气视为惰气，则 惰气量46.34 十 1.9248.26kmol h 134434.56 1378.56kg h Y1=26.4816.1=0.024kmol(丙酮)/kmol(惰气)Y2=26.48)9.01(16.1=0.0024kmol(丙酮)/kmol(惰气)4 出塔混合气量 出塔混合气量=48.26+1.160.1=48.376kmol/h =1378.56+67.280.1=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

6、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)：dH均=3023010467.5=40697.5kJkmol 吸收液(依水计)平均比热容LC75.366 kJkmol，通过下式计算 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：依上式，可在*00000.009 之间，设系列*值，求出相应*浓度下吸收液的温度Lt，计算结果列于表 1 第 l，2 列中。由表中数据可见，浓相浓度*变化 0.001 时，温度升高 0.54，依此求取平衡线。-.z 表 1 各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据*t E m Y*103 0 25 211.5 2.088

7、 0 0.001 25.54 217.6 2.148 2.148 0.002 26.08 223.9 2.210 4.420 0.003 26.62 230.1 2.272 6.816 0.004 27.16 236.9 2.338 9.352 0.005 27.7 243.7 2.406 12.025 0.006 28.24 250.6 2.474 14.844 0.007 28.78 257.7 2.544 17.808 0.008 29.32 264.96 2.616 20.928 0.009 29.86 272.27 2.909 24.192 注：1气相浓度1Y相平衡的液相浓度*10.

8、0049，故取nX0.009；2平衡关系符合亨利定律，与液相平衡的气相浓度可用y*m*表示；3吸收剂为清水，*0，*0；4近似计算中也可视为等温吸收。五气液平衡曲线 当*0.01，t1545时，丙酮溶于水其亨利常数 E 可用下式计算：1gE9.1712040(t 十 273)由前设*值求出液温Lt，依上式计算相应 E 值，且 mEP，分别将相应 E 值及相平衡常数 m 值列于表 1 中第 3、4 列。由 y*m*求取对应 m 及*时的气相平衡浓度 y*，结果列于表 1 第 5 列。-.z 根据*y*数据，绘制*Y 平衡曲线 OE 如附图所示。六吸收剂(水)的用量 Ls 由图 1 查出，当 Y1

9、0.024 时,*1*=0.0089,计算最小吸收剂用量,minSL 12,min12*SBYYLVXX=48.260.00890.0024-0.024117.1kmolh?化工单元操作及设备?P204 16-43a 取平安系数为1.8，则 Ls1.8117.1210.8kmolh 210.8183794kg/h 七塔底吸收液浓度*1 依物料衡算式：BV(12YY)SL12XX 1X=48.26210.80.0024-0.024=0.0049 八操作线 依操作线方程式 22SSBBLLYXYXVV=26.488.210*+0.0024 Y=4.368*+0.0024 由上式求得操作线绘于附图中

10、。九塔径计算 塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气 35)，101.325kPa，查表 1，吸收液 27.16计 图 2 通用压降关联图-.z 算。4SVDuu=0.60.8Fu?化工单元操作及设备?P206 16-45 1.采用 Eckert 通用关联图法(图 2)计算泛点气速Fu 有关数据计算 塔底混合气流量 VS134467.2834.561446kgh 吸收液流量 L37941.160.9583855kgh 进塔混合气密度G4.2229352732731.15kg3m(混合气浓度低，可近似视为空气的密度)吸收液密度L996.7kg/3m 吸收液黏度L0.8543mPas 经比拟，选 DG

11、50mm 塑料鲍尔环(米字筋)。查?化工原理?教材附录可得，其填料因子=1201m，比外表积 A106.423/mm 关联图的横坐标值 VL(LG)1/2=14463855(7.99615.1)1/2=0.090 由图 2 查得纵坐标值为 0.13 即L LG2Fg）（0.2=8543.07.99615.181.91202F）（0.2=0.01372Fu=0.13 故液泛气速Fu=0137.013.0=3.08m/s(2)操作气速 u0.7Fu0.73.082.16 m/s(3).塔径-.z 4SVDu=16.2785.036001249=0.453 m=453mm 取塔径为 0.5m(500

12、mm)(4)核算操作气速 U=25.0785.036001249=1.768m/sFu(5)核算径比 D/d500/50 10，满足鲍尔环的径比要求。(6)喷淋密度校核 依Morris 等推专，d75mm 约环形及其它填料的最小润湿速率(MWR)为0.083m(mh),由式4-12：最小喷淋密度minL喷（MWR）A0.08106.48.5123m/(m2h)因 L喷25.0785.07.996385519.73m/(mh)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 Z12*YBOGOGYYaVdYHNKYY(1)传质单元高度OGH计算 OGH=BYaVK，其中YaK=GaK

13、P|111GaGaLaKkHk?化工单元操作及设备?P209 16-7-.z 本设计采用恩田式计算填料润湿面积 aw作为传质面积 a，依改良的恩田式分别计算Lk及Gk，再合并为Lak和Gak。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)：G1.15 kg/3m(前已算出)；G0.01885310.Pa s(查附录)；GD1095102/ms依翻 Gilliland 式估算)；液体性质(以塔底 27 16水为准)：L996.7 kg/3m；L0.8543310Pa s；LD=1.3449102/ms(以120.67.4*10LLADV0.5s（m）T式计算)(

14、?化学工程手册?10-89)，式中AV为溶质在常压沸点下的摩尔体积，sm为溶剂的分子量，为溶剂的缔合因子。L716310Nm(查化工原理附录)。气体与液体的质量流速：LG=25.0785.036003855=5.5/kg2（m.s）VG=25.0785.036001446=2.0/kg2（m.s）50Dgmm塑 料 鲍 尔 环(乱 堆)特 性：pd 50mm 0.05m;A 106.423/mm;C=40dy/cm=4010-3 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=1 exp-1.45 33106.7110400.753108543

15、.04.1065.50.181.97.9964.1065.522-0.054.106106.717.9965.5320.2-.z=1 exp-1.450.646 1.51 1.49 0.33=1 exp-0.695=0.501 故wa=.waAA=0.501106.4=53.323/mm 依式 KL=0.0051(LtGaL)2/3(LLLD)1/3(LLg)1/3(atdp)0.4=0.0051(3108543.03.535.5)2/3(9310334.17.996108543.0)1/3(7.99681.9108543.03)1/3(5.32)0.4=0.005124.40.03960.0

16、20331.95=1.9510-4 m/s 依式 kG=5.23(GtGaV)0.7(GGGD)13(RTDaGt)(atdp)=5.23(510885.14.1060.2)0.7(551009.115.110885.1)1/3(308314.81009.14.1065)(5.32)=5.23(125.6)(1.146)(4.52910-7)(5.32)=1.81410-3kmol/(m2SkPa)故LLwk ak a=1.6141053.3=1.0410-2(m/s)GGwk ak a=1.81410-353.3=9.6710-22/(.)kmolm s kPa(2)计算YK a YK aG

17、K aP，而111GaGaLaKkHk，H=LSEM?化工单元操作及设备?P189 16-21a。由于在操作围，随液相组成和温度Lt的增加，m(E)亦变，故本设计分为两个液相区间，分别计算GK a(I)和GK a(II)-.z 区间 I *000490.002(为GK a(I)区间 II *0.0020 (为GK a(II)由表 1 知 IE233210kPa,IHLISE M=181033.27.9962=0.2383/(.)kmolm kPa IIE=2.18210 kPa,IIH=LIISE M=181018.27.9962=0.2543/(.)kmolm kPa)I(1aKG=2106

18、7.9121004.1238.01414.34()Ga IK=34.4141=2.4110-33/(.)kmolm S kPa()Ya IK=()Ga IK.P=2.4110-3101.3=0.2443/(.)kmolm S)II(1aKG=21067.9121003.9254.01=389()Ga IIK=2.5710-33/(.)kmolm S kPa()().Ya IIGa IIKKP=0.00257101.3=0.263/(.)kmolm S(3)计算OGH()OG IH=IYBaKV=25.0785.0254.03600/26.48=0.269m()OG IIH=IIaKVYB=25

19、.0785.026.03600/26.48=0.263m(4)传质单元数OGN计算 在上述两个区间，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OGN。两个区间对应的*、Y、Y*浓度关系如下：-.z I II*0.00490.002 0.0020 Y 0.0240.0111 0.01110.0024 Y*0.011760.00442 0.004420 NOG=mYYY21?化工单元操作及设备?P209 16-54a*)(*)(ln*)(*)(22112211YYYYYYYYYm?化工单元操作及设备?P212 16-26)(mY)00442.00111.0()0118.0024.

20、0(ln004421.00111.00118.0024.0）（）（=0.00916()OGNI 31016.9)0111.0024.0(=1.41m)(mY)00024.0()00442.00111.0(ln00024.000442.00111.0）（）（=0.00419()OGNII 31019.4)0024.00111.0(=2.07m 3填料层高度 z 计算 ZZ1十 Z2HOGINOGI+HOGIINOGII 0.2691.41 十 0.262.070.93m 取 25充裕量，则完本钱设计任务需 Dg50mm 塑料鲍尔环的填料层高度 z1250.93=1.2m。十一填料层压降计算 取图

21、 2(通用压降关联图)横坐标值 0.105(前已算出)；将操作气速u(1 425m/s)-.z 代替纵坐标中的Fu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：81.9125768.12(7.99615.1)(0.8543)0.2=0.031 查图 2(插)得 P=249.81=235.4Pa/m 填料 全塔填料层压降P=1.2235.4=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

22、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 500mm 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。-.z 液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔与塔外气体串通，

23、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，使我对从填料塔设计方案到填料塔设计的根本过程的设计方法、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，根本能按照规定的程序进展，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，其间与指导教师进展几次方案的讨论、修改，再讨论、逐步了解设计填料塔的根本顺序，最后定案。设计方案确定后，又在教师指导下

24、进展扩初详细设计，并计算物料守衡，传质系数，填料层高度，塔高等；最后进展塔设计。2、此次课程设计根本能按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进展。同学之间相互联系，讨论，整体设计根本满足使用要求，但是在设计指导过程中也发现一些问题。理论的数据计算不难，困难就在于实际选材，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良。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，atmG气体的粘度，/Pa s m平衡常数 水的密度和液体的密度之比 -.z g重力加速度，2/ms,GL 分别为

25、气体和液体的密度，3/kg m,GLWW分别为气体和液体的质量流量，/kg s YK a气相总体积传质系数，3/kmolms Z填料层高度，m塔截面积，24D OGH气相总传质单元高度，mOGN气相总传质单元数 GK以分压差表示推动力的总传质系数，2/kmolms kPa Wa单位体积填料的润湿面积 Gk以分压差表示推动力的气膜传质系数，2/kmolms kPa H溶解度系数，2/kmolmkPa Lk以摩尔浓度差表示推动力的液摩尔传质系数，/m s GG气体通过空塔截面的质量流速，2/kgms R气体常数，8.314/kN mkmol KGD溶质在气相中的扩散系数，2/ms 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 2007.8 2 工业大学 化工原理精品课程 jpkc-jy.njut.edu./huagong 3 时钧、汪国鼎、余国琮、敏恒编著?学工程手册?化化学工业 1996.1 4 冷士良、陆清、宋志轩编著?化工单元操作及设备?化学工业 2007.8 5 王红林、砺、编著?化工设计?华南理工大学 2005.1 6 涂晋林、吴志泉编著?化工工业中的吸收操作?华南理工大学 1994.12 7 国昌 郭庆丰 编著 化工设备设计 清华大学 1996.12