水吸收丙酮填料吸收塔課程設(shè)計.doc

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目錄 目錄 I 第 1 章 概述 1 1 1 吸收塔的概述 1 1 2 吸收設(shè)備的發(fā)展 1 1 3 吸收過程在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用 2 第 2 章 設(shè)計方案 3 2 1 設(shè)計任務(wù) 3 2 2 吸收劑的選擇 3 2 3 吸收流程的確定 4 2 4 吸收塔設(shè)備的選擇 5 2 5 吸收塔填料的選擇 5 第 3 章 吸收塔的工藝計算 9 3 1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 9 3 1 1 液相物性數(shù)據(jù) 9 3 1 2 氣相物性數(shù)據(jù) 9 3 1 3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 9 3 2 物料衡算 10 3 3 填料塔的工藝尺寸的計算 11 3 3 1 塔徑的計算 11 3 3 2 填料層高度計算 12 3 4 填料層壓降的計算 zz 14 第 4 章 塔內(nèi)件及附屬設(shè)備的計算 15 4 1 液體分布器的計算 15 4 2 選用 DN 無縫鋼管 152 5 3 4 2 1 填料塔附屬高度的計算 16 4 3 填料支撐板 16 4 4 填料壓緊裝置 17 4 5 氣進出管的選擇 17 4 6 液體除霧器 18 4 7 筒體和封頭的設(shè)計 19 4 8 手孔的設(shè)計 20 4 9 法蘭的設(shè)計 20 第 5 章 設(shè)計總結(jié) 23 符號說明 25 參考文獻 27 致謝 28 第 1 章 概述 1 1吸收塔的概述 氣體吸收過程是化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作 其基本原理是利用混 合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同 實現(xiàn)各組分分離的單元操作 實際生產(chǎn)中 吸收過程所用的吸收劑常需回收利用 故一般來說 完整的吸收過 程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分 在設(shè)計上應(yīng)將兩部分綜合考慮 才能得到較為理想的設(shè) 計結(jié)果 作為吸收過程的工藝設(shè)計 其一般性問題是在給定混合氣體處理量 混合氣 體組成 溫度 壓力以及分離要求的條件下 完成以下工作 1 根據(jù)給定的分離任務(wù) 確定吸收方案 2 根據(jù)流程進行過程的物料和熱量衡算 確定工藝參數(shù) 3 依據(jù)物料及熱量衡算進行過程的設(shè)備選型或設(shè)備設(shè)計 4 繪制工藝流程圖及主要設(shè)備的工藝條件圖 5 編寫工藝設(shè)計說明書 1 2吸收設(shè)備的發(fā)展 吸收操作主要在填料塔和板式塔中進行 尤以填料塔的應(yīng)用較為廣泛 塔填料的研究與應(yīng)用已取得長足的發(fā)展 鮑爾環(huán) 階梯環(huán) 金屬環(huán)矩鞍等的出現(xiàn) 標志散裝填料朝高通量 高效率 低阻力方向發(fā)展有新的突破 規(guī)整填料在工業(yè)裝置 大型化和要求高分離效率的情況下倍受重視 已成為塔填料的重要品種 填料塔仍處于發(fā)展之中 今后的研究方向主要是提高傳質(zhì)效率 同時考慮填料的 強度 操作性能及使用上的通用因素并綜合環(huán)型 鞍型及規(guī)整填料的優(yōu)點開發(fā)構(gòu)型優(yōu) 越 堆積接觸方式合理 流體在整個床層均勻分布的新型填料 目前看來 填料的材 質(zhì)以陶瓷 金屬 塑料為主 為滿足化工生產(chǎn)溫度和耐腐蝕要求 已開發(fā)了氟塑料制 成的填料 填料塔的發(fā)展 與塔填料的開發(fā)研究是分不開的 除了提高原有填料的流體力學 與傳質(zhì)性能外 還開發(fā)了效率高 放大效應(yīng)小的新型填料 加上塔填料本身具有壓降 小 持液量小 耐腐蝕 操作穩(wěn)定 彈性大等優(yōu)點 使填料塔開發(fā)研究達到了新的臺 階 1 3吸收過程在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用 化工生產(chǎn)中吸收操作廣泛應(yīng)用于混合氣體的分離 1 凈化或精制氣體 混合氣體中去除雜質(zhì) 如用 K2CO3 水溶液脫除合成氣中 的 CO2 丙酮脫除石油裂解氣中的乙炔等 2 制取某種氣體的液態(tài)產(chǎn)品 如用水吸收氯化氫氣體制取鹽酸 3 混合氣體以回收所需組分 如用汽油處理焦爐氣以回收其中的芳烴 4 工業(yè)廢氣處理 工業(yè)生產(chǎn)中所排放的廢氣中常含有丙酮 NO NO 2 HF 等有害組分 組成一般很低 但若直接排入大氣 則對人體和自然環(huán)境危害都很大 因此排放之前必須加以處理 選用堿性吸收劑吸收這些有害的氣體是環(huán)保工程中最 長采用的方法之一 第 2 章 設(shè)計方案 2 1設(shè)計任務(wù) 完成填料吸收塔的工藝設(shè)計及有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計和選用 繪制填料塔系統(tǒng)帶控制 點的工藝流程圖及填料塔的設(shè)計條件圖 編寫設(shè)計說明書 2 2吸收劑的選擇 吸收劑的對吸收操作過程的經(jīng)濟性由十分重要的影響 因此對于吸收操作 選擇 適宜的吸收劑具有十分重要的意義 一般情況下 選擇吸收劑 著重考慮以下方面 1 對溶質(zhì)的溶解度大 所選的吸收劑對溶質(zhì)的溶解度大 則單位的吸收劑能夠溶解較多的溶質(zhì) 在一定 的處理量和分離要求條件下 吸收劑的用量小 可以有效地減少吸收劑的循環(huán)量 另 一方面 在同樣的吸收劑用量下液相的傳質(zhì)推動力大可以提高吸收效率 減小塔設(shè)備 的尺寸 2 對溶質(zhì)有較高的選擇性 對溶質(zhì)有較高的選擇性即要求選用的吸收劑應(yīng)對溶質(zhì)有較大的溶解度 而對其他 組分則溶解度要小或基本不溶 這樣 不但可以減小惰性氣體組分的損失 而且可以 提高解吸后溶質(zhì)氣體的純度 3 不易揮發(fā) 吸收劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸氣壓 以避免吸收過程中吸收劑的損失提高吸 收過程的經(jīng)濟性 4 再生性能好 由于在吸收劑再生過程中一般要對其進行升溫或氣提等處理 能量消耗較大 因而 吸收劑再生性能的好壞對吸收過程能耗的影響極大 選用具有良好再生性能的吸收劑 往往能有效地降低過程的能量消耗 5 粘度和其他物性 吸收劑在操作條件下的粘度越低 其在塔內(nèi)的流動性越好 有助于傳質(zhì)速率和傳熱 速率的提高 此外 所選的吸收劑還應(yīng)盡可能滿足無毒性 無腐蝕性 不易燃易暴 不發(fā)泡 冰點低 價廉易得以及化學性質(zhì)穩(wěn)定的要求 如 表 2 1 表 2 1 物理吸收劑和化學吸收劑的特性 物理吸收劑 化學吸收劑 吸收容量 溶解度 正比于溶質(zhì)分壓 吸收熱效應(yīng)很小 近于等溫 常用降壓閃蒸解吸 溶質(zhì)含量高而凈化度要求不太高的場合 對設(shè)備腐蝕性小 不易變質(zhì) 吸收容量對溶質(zhì)分壓不太敏感 吸收熱效應(yīng)顯著 用低壓蒸汽氣提解吸 溶質(zhì)含量不高而凈化度要求很高的場合 對設(shè)備腐蝕性大 易變質(zhì) 結(jié)合以上吸收劑選擇原則和考慮經(jīng)濟最優(yōu)原則 本設(shè)計采用水作為吸收劑 丙酮 在水中的溶解度大 吸收推動力大 溶劑用量小 設(shè)備尺寸也小 水的價格低廉 本 設(shè)計題目要求吸收劑用水 2 3吸收流程的確定 工業(yè)上有多種吸收流程 從所選吸收劑的種類看 有用一種吸收劑的一步吸收流 程和用兩種吸收劑的兩步吸收流程 從所用的塔設(shè)備數(shù)量看 有單塔吸收流程和多塔 吸收流程 從塔內(nèi)氣液兩相的流向可分為逆流吸收流程 并流吸收流程等基本流程 此外 還有特定條件下的部分溶劑循環(huán)過程 1 一步吸收流程和兩步吸收流程 一步吸收流程一般用于混合氣體溶質(zhì)濃度較低 同時過程的分離要求不高 選用 一種吸收劑即可完成吸收任務(wù)的情況 若混合氣體中溶質(zhì)濃度較高且吸收要求也高 難以用一步吸收達到吸收要求或者雖能達到吸收要求 但過程的操作費用較高 從經(jīng) 濟性的角度分析不夠適宜時 可以采用兩步吸收流程 2 單塔吸收流程和多塔吸收流程 單塔吸收流程式吸收過程中的常用流程 如過程無特別需要 則一般采用單塔吸 收流程 若過程的分離要求較高 使用單塔操作時 所需要的塔體過高 或采用兩步 吸收流程時 則需要采用多塔流程 3 逆流吸收與并流吸收 吸收塔或再生塔內(nèi)氣液相可以逆流操作也可以并流操作 由于逆流操作具有傳質(zhì) 推動力大 分離效率高的顯著優(yōu)點 工業(yè)上如無特別需要 一般均采用逆流吸收流程 4 部分溶劑循環(huán)吸收流程 由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大 擋液相噴淋量過小時 將降低填料塔的分離效率 因此當塔的液相負荷過小而難以充分潤濕填料表面時 可 以采用部分溶劑循環(huán)吸收流程 以提高液相噴林量 改善塔的操作條件 結(jié)合設(shè)計要求和以上流程選擇原則 在本設(shè)計中選擇單塔逆流的操作流程 吸收 推動力大 吸收任務(wù)不大 2 4吸收塔設(shè)備的選擇 對于吸收過程 一般具有操作液氣比大的特點 因而更適應(yīng)于填料塔 此外 填 料塔阻力小 效率高 有利于過程節(jié)能 所以對于吸收過程來說 以采用吸收塔的多 本設(shè)計中丙酮氣體在水中的溶解度比較大 吸收效率高 設(shè)計題目也要求采用填 料塔 所以本設(shè)計選用填料塔作為氣液傳質(zhì)設(shè) 2 5吸收塔填料的選擇 1 填料種類的選擇 填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求 通?？紤]以下幾個方面 傳質(zhì)效率 即分離效率 它有兩種表示方法 一是以理論級進行計算的表示方 法 以每個理論級當量的填料層高度表示 即 HETP 值 另一是以傳質(zhì)速率進行計算 的表示方法 以每個傳質(zhì)單元相當?shù)奶盍蠈痈叨缺硎?即 HTU 值 在滿足工藝要求的 前提下 應(yīng)選用傳質(zhì)效率高 即 HETP 或 HTU 值低的填料 對于常用的工業(yè)填料 其 HETP 或 HTU 值可由有關(guān)手冊或文獻中查到 也可以通過一些經(jīng)驗公式來估算 通量 在相同的液體負荷下 填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大 則通 量愈大 它的處理能力也愈大 因此 在選擇填料種類時 在保證具有較高傳質(zhì)效率 的前提下 應(yīng)選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料 對于大多數(shù)常用填料 其泛點氣速或氣相動能因子可在有關(guān)手冊或文獻中查到 也可由一些經(jīng)驗式來估算 填料層的壓降 填料層的壓降是填料的主要應(yīng)用性能 壓降越低 動力消耗越 低 操作費用越小 選擇低壓降的填料對熱敏性物系的分離尤為重要 比較填料層的 壓降尤兩種方法 一是比較填料層單位高度的壓降 另一是比較填料層單位傳質(zhì) pz 效率的比壓降 填料層的壓降可用經(jīng)驗公式計算 亦可從有關(guān)圖標中查出 TpN 填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作彈性 抗污堵性及抗熱敏性等 所選填料應(yīng)具有較大的操作彈性 以保證塔內(nèi)氣液負荷發(fā)生波動時維持操作穩(wěn)定 2 填料規(guī)格的分類 散裝填料規(guī)格的分類 散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公尺直徑 工業(yè)塔常用 的散裝填料主要有 等幾種規(guī)格 同類填料 尺16ND2538N50D76N 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(yīng)用于小直徑塔中 又會產(chǎn)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定的規(guī)定 如 表 2 2 表 2 2 常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值 D d 的推薦值 填料種類 D d 的推薦值 拉西環(huán) 鞍環(huán) 鮑爾環(huán) 階梯環(huán) 環(huán)矩鞍 D d 20 25 D d 15 D d 10 15 D d 8 D d 8 規(guī)整填料規(guī)格的分類 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多 國內(nèi)習慣用比表面積表示 主要有 125 150 250 350 500 700 等幾種規(guī)格 同種 類型的規(guī)整填料 其表面積越大 傳質(zhì)效率越高 但阻力增加 通量減小 填料費用 也明顯增加 選用時應(yīng)從分離要求 通量要求 場地條件 物料性質(zhì)及設(shè)備投資 操 作費用等方面綜合考慮 使所選填料既能滿足工藝要求 又具有經(jīng)濟合理性 應(yīng)予指出 一座填料塔可以選用同種類型 同一規(guī)格的填料 也可選用同種類型 不通規(guī)格的填料 可以選用同種類型的填料 也可以選用不同類型的填料 有的塔段 可選用規(guī)整填料 而有的塔段可選用散裝填料 一的原則來選擇填料的規(guī)格 填料材質(zhì)的分類設(shè)計時應(yīng)靈活掌握 根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟統(tǒng)工業(yè)上 填料的材質(zhì)分為 陶瓷 金屬和塑料三大類 a 陶瓷填料 陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性 一般能耐除氫氟酸以外的 各種無機酸 有機酸的腐蝕 對強堿介質(zhì) 可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料 陶瓷填料因其質(zhì)脆 易碎 不易在高沖擊強度下使用 陶瓷填料價格便宜 具有很好 的表面潤濕性能 工業(yè)上 主要用于氣體吸收 氣體洗滌 液體萃取等過程 b 金屬填料 金屬填料可用多種材質(zhì)制成 金屬材質(zhì)的選擇主要根據(jù)物系的腐蝕 性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來綜合考慮 炭鋼填料造價低 且具有良好的表面潤濕性能 對于無腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用 不銹鋼填料耐腐蝕性強 一般能耐除 以外常見物系的腐蝕 但其造價較高 鈦材 特種合金鋼材質(zhì)制成的填料造價極高 Cl 一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用 金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu) 0 2 1 0mm 與 同種類型 同種規(guī)格的陶瓷 塑料填料相比 它的通量大 氣體阻力小 且具有很高 的抗沖擊性能 能在高溫 高壓 高沖擊強度下使用 工業(yè)應(yīng)用主要以金屬填料為主 c 塑料填料 塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯 PP 聚乙烯 PE 及聚氯乙稀 PVC 等 國內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì) 塑料填料的耐腐蝕性能好 可耐一般的無 機酸 堿和有機溶劑的腐蝕 其耐溫性良好 可長期在 100 以下使用 聚丙烯填料在 低溫 低于 0 時具有冷脆性 在低于 0 的條件下使用要慎重 可選用耐低溫性 能好的聚氯乙稀填料 塑料填料具有質(zhì)輕 價廉 耐沖擊 不易破碎等優(yōu)點 多用于 吸收 解吸 萃取 除塵等裝置中 塑料填料的缺點是表面潤濕性能差 在某些特殊 應(yīng)用場合 需要對其表面進行處理 以提高表面潤濕性能 根據(jù)以上選擇 考慮到以下方面 1 選擇填料材質(zhì) 選擇填料材質(zhì)應(yīng)根據(jù)吸收系統(tǒng)的介質(zhì)和操作溫度而定 一般 情況下 可選用塑料 金屬 陶瓷等材料 對于腐蝕性介質(zhì)應(yīng)采用相應(yīng)的抗腐蝕性材 料 如陶瓷 塑料 玻璃 石墨 不銹鋼等 對于溫度較高的情況 應(yīng)考慮材料的耐 溫性能 2 填料類型的選擇 填料類型的選擇是一個比較復雜的問題 一般來說 同一 類填料塔中 比表面積大的填料雖然具有較高的分離效率 但是由于在同樣的處理量 下 所需要的塔徑較大 塔體造價升高 3 填料尺寸的選擇 實踐表明 填料塔的塔徑與填料直徑的比值應(yīng)保持不低于 某一下限值 以防止產(chǎn)生較大的壁效應(yīng) 造成塔的分離效率下降 一般來說 填料尺 寸大 成本低 處理量大 但是效率低 使用大于 50mm 的填料 其成本的降低往往 難以抵償其效率降低所造成的成本增加 所以 一般大塔經(jīng)常使用 50mm 的填料如 表 2 3 表 2 3 填料尺寸與塔徑的對應(yīng)關(guān)系 塔徑 m填料尺寸 m D 250 250 D 900 D 900 20 25 25 38 50 80 設(shè)計題目根據(jù)以上的設(shè)計原則和后面的計算得 采用塑料階梯環(huán) 38 的填料 ND 第 3 章 吸收塔的工藝計算 3 1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 3 1 1 液相物性數(shù)據(jù) 對低濃度吸收過程 溶液的物性數(shù)據(jù) 由 化工原理 1 查得 25 時水的有關(guān)數(shù) 據(jù)如下 密度 3kg m 粘度 217 Ls 表面張力 22 9371 gkgh 丙酮在水中的擴散系數(shù) 64 80 LDm 3 1 2 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 0 2458 09762 59 vmiMy gmol 混合氣體的平均密度 31391 8 PkgRT 混合氣體的粘度可近似取空氣的粘度 查 化工原理 1 25 空氣粘度 0 1840 6 Vpaskgh 查 化工原理 1 丙酮在空氣中的擴散系數(shù) 20 468 VDmh 3 1 3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 查 化工原理 1 得常壓下 25 時丙酮在水中的亨利系數(shù)為 213 EKpa 相平衡常數(shù) 213 047 Emp 溶解度系數(shù) 39 8 259 213 LsHkmolKpaM 3 2物料衡算 如下圖所示 全塔物料衡算是一個定態(tài)操作逆流式接觸的吸收塔 各個符號表示 的意義如下 V 惰性氣體流量 Kmol h L 純吸收劑流量 Kmol h Y1 Y 2 進出吸收塔氣體的摩爾比 X1 X 2 進出塔液體中溶質(zhì)質(zhì)量的摩爾比 進塔氣體摩爾比 10 4 167 yY 出塔氣體摩爾比 20 21 yY 進塔空氣相流量 83 7 10 4 8 795 45 Vkmolh 該吸收塔過程屬最低濃度吸收 平衡關(guān)系為直線 最小液氣比可按下式計算 即 12min YLVX 對于純?nèi)軇┪者^程 進塔液相組成 02 Xmin0 4167 2 04 LV 取操作液氣比 min1 6 2043 6 LV 8 7953 204 7 kolh 2121XLY 1 0 126 X 3 3填料塔的工藝尺寸的計算 3 3 1 塔徑的計算 采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速 氣相質(zhì)量流量 2083 1925 6 Vkgh 液相質(zhì)量流量課近似按純水的流量計算 即 26 71 46 L k Bain Hougen 關(guān)聯(lián)式 20 221 8L3 A K tVVFLvauwlg 查 化工原理課程設(shè)計 3 得 8DN3 5ta 0 91 0 24A1 75K 解得 756F 取 9 ums 由 圓整塔徑 取 42083 60 1815 SVD 0 7 Dm 泛點率校核 2 4 47 us 在允許范圍內(nèi) 1 950 69 Fu 填料規(guī)格校核 7018 423 Dd 噴淋密度的校核 取最小潤濕速率 hmLV 08 3min 查 化工原理課程設(shè)計 3 得 2 5 13at haLUtw minin 6 051328 0 min222 47 9 0 785 LUD 經(jīng)以上校核可知 填料塔在直徑選用 D 700 mm 合理 3 3 2 填料層高度計算 12 047 120 7 YmX02 2 mXY 脫因系數(shù)為 481 95 6 VSL 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為 12110 4167ln ln 0 6 230 62 OGYNS 氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算 查 化工原理課程設(shè)計 220 750 10 50 1exp 4 wcLtLt Lt taUag A 3 得 2 68 3hkmdync 液體質(zhì)量通量為 2247 186 7 05 L kgmh2 0 10 5 0 22823186 71exp 45 799339 1935 wta 氣膜吸收系數(shù)由下式計算 27 3 7 0RTDaaUkVtVtG 氣體質(zhì)量通量 22083 19654 5 VUkgmh 0 71 3 26549 23 62 504680 7 0354 11920489 Gk kmolhKpa 液膜吸收系數(shù)又下式計算 2 31 21 3 8 1 21 360 95 186 7 273 7 0 294 908409 LLLLwUgkaD mh 由 查 化工原理課程設(shè)計 3 得 1 WGak 5 則 1 306354 723 5986 w molhKpa 4 0 498 32 Lka L 6 50 Fu 由 得 akuakGFG 4 1 91 akuLFL 2 506 21 1 4 3 5 072 958 79 kmolhKp 2 1 636 Lka L 則 3 1 3857 9 70 256 GL kolhpakaH 由 281 90 69 375 OGYGV mKP 由 得 0 269 06 2 ZNm 1 358 12 Z 設(shè)計填料層高度為 9m 查 化工原理課程設(shè)計 3 得 對于階梯環(huán)填料 取 8 Dhmh6ax 15hD 1570hm 計算得填料層高度為 9000mm 故不需分段 3 4填料層壓降的計算 zz 采用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降 橫坐標 查 化工原理課程設(shè)計 3 0 5 0 54726 1 92 68 VL 得 16 mP 縱坐標 2 20 2 0 215461 5 2931759639 88 pVLug 查 化工原理課程設(shè)計 查圖 4 5 3 得 4 PZpam 填料層壓降為 490 514 Ppa 第 4 章 塔內(nèi)件及附屬設(shè)備的計算 4 1液體分布器的計算 1 液體分布器的選型 該塔液相負荷較大 而氣相負荷相對較低 故選用蓮蓬頭分布器 蓮蓬頭的直徑約為塔徑的 1 4 左右 蓮蓬球面上開有許多 10mm 的小孔 噴灑角為 80 4 2 選用 DN 無縫鋼管2 5 3 接管管徑 DN 32 2 5 2 分布點密度計算 D 700 時取噴淋點密度為 170 布液點數(shù)為 220 7851 0765 39 nD 則蓮蓬頭分 3 圈 布液點直徑為 10mm 間距為 15mm 塔底液體保持高度 202H4 1798 165 390 81H 304 圓 整 SLdngm2 21700 165 3924 8 1798 S LLdng 4 2 1 填料塔附屬高度的計算 一個完整的吸收塔 除了填料高度外 還有其他附屬高度 因此塔高的計算還包 括塔附屬高度的計算 塔填料層上部的高度 可取 塔底液相停留時間可取 2min 塔釜被占高1h 52m 度 2 2 60476 0 418 7859 8 7 LfwhD 塔底空間高度取 2h1 塔的附屬總高為 2 510482 93附 f m 所以塔的總高 93 附hz 4 3填料支撐板 填料支撐裝置對保證填料塔的操作性能具有巨大的作用 對填料支撐裝置的基本 要求是 有足夠的強度以支撐填料的重量 提供足夠大的自由截面 盡量減小 8 兩相 的流體阻力 有利于液體分布 乃腐蝕性能好 便于各種材料制造 以及安裝拆卸方 便 評價填料支撐裝置的性能優(yōu)劣 主要根據(jù)它能否在支撐板與填料的接觸壓力 提 供足夠大的自由截面 常用的填料支撐裝置有柵板型 孔管型 駝峰型等 對于散裝填料 通常選用孔 管型 駝峰型等 當塔內(nèi)氣液負荷較大或負荷波動較大時 塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動或相互撞擊 破壞 塔的正常操作甚至損壞填料 為此 一般在填料層頂部設(shè)壓板或床層限制板 設(shè)計中 為防止填料支撐裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛 要求填料支撐裝置的自由截 面積應(yīng)大于 75 本設(shè)計依據(jù)塔徑選用柵板型支撐板如 表 4 1 圖 4 1 柵板式填料支承裝置示意圖 4 4 填料壓緊裝置 為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動 需在填料層上方設(shè)置填料壓 緊裝置 填料壓緊裝置有壓緊柵板 壓緊網(wǎng)板 金屬壓緊器等不同類型 對于散裝填料 可選 用壓緊網(wǎng)板 液可選用壓緊柵板 在其下方 根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng) 并將其與壓 緊柵板固定 對于規(guī)整填料 通常選用壓緊柵板 設(shè)計中 為防止在填料壓緊裝置處壓降過 大甚至發(fā)生液泛 要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于 70 本設(shè)計中填料塔在填料裝填后于其上方安裝填料壓緊柵板 4 5氣進出管的選擇 由公式 Vsud 4 1 氣體管 481 7950 38 120 36s vV ums 選 的流體輸送用無縫鋼管 GB T8163 1999 流體輸送用無縫鋼管 296 標記 10 GB T8163 19991 查 GB T17395 1998 無縫鋼管尺寸 外形 重量及允許偏差 具體參數(shù)見表 4 1 2 液體管 481 7950 2 8 0 36s vVd umsu 選 的流體輸送用無縫鋼管 GB T8163 1999 流體輸送用無縫鋼管 196 彎管結(jié)構(gòu) R 為 750mm 標記 10 GB T8163 19992 查 GB T17395 1998 無縫鋼管尺寸 外形 重量及允許偏差 具體參數(shù)見 表 4 1 表 4 1 普通鋼管尺寸及單位長度理論重量 外徑 mm 壁厚 mm 單位長度理論重量 kg m 219 6 31 52 32 2 5 2 15 4 6液體除霧器 除沫裝置安裝在液體再分布器上方 用以除去出氣口氣流中的液滴 由于二氧化 硫溶于水中易于產(chǎn)生泡沫為了防止泡沫隨出氣管排出 影響吸收效率 采用除沫裝置 根據(jù)除沫裝置類型的使用范圍 該填料塔選取絲網(wǎng)除沫器如 圖 4 1 表 4 1 圖 4 2 DN300 600 上裝式絲網(wǎng)除沫器 標記 HG T21618 絲網(wǎng)除沫器 S500 100 SP NS 80 316 圖 4 3 DN500 上裝式絲網(wǎng)除沫器 mm 主要外形尺寸 重量 kg 公稱直徑 DN H H1 D 絲網(wǎng) 格柵及定距桿 支承件 500 100 210 500 2 81 2 89 0 19 4 7筒體和封頭的設(shè)計 1 筒體的設(shè)計 選用標準 筒體 JB1153 73 如 表 4 2 表 4 2 筒體的容積 面積及重量 公稱直徑 一米高的容積 一米高的內(nèi)裹面積 壁厚 一米高筒節(jié)鋼 Dg mm V m3 Fg m2 S mm 板理論重量 kg 700 0 283 1 88 4 60 2 封頭的設(shè)計如 圖 4 1 圖 4 4 橢圓形封頭的結(jié)構(gòu)示意圖 選用標準 選取橢圓形封頭 JB1153 73 如 表 4 3 表 4 3 筒體的容積 面積及重量 公稱直徑 Dg mm 曲面高度 h1 mm 直邊高度 H2 mm 厚度 S mm 重量 G kg 700 160 25 4 12 4 4 8手孔的設(shè)計 標準化手孔的公稱直徑有 DN150 DN250 兩種 選用 手孔 A PN0 6 DN150 JB589 79 2 4 9法蘭的設(shè)計 1 管法蘭的選擇 選用標準 HG20593 97 板式平焊鋼制管法蘭 歐洲體系 如 圖 4 5 表 4 4 圖 4 5 板式平焊鋼制法蘭 PL 表 4 4 PN0 6MPa 6 0bar 板式平焊鋼制管法蘭 mm 管子直徑 mm1A 法蘭內(nèi)徑 mm1B 螺栓孔中心圓 直徑 mmK 公稱直徑 mmDN 螺栓孔直 徑 mmL 螺栓孔 數(shù)量 n 法蘭外 徑 mmD 法蘭厚 度 mmC 法蘭理論 重量 kg 液體 進出 口 32 33 75 25 11 4 100 14 氣體 進出 口 219 222 295 200 22 8 340 24 9 24 標記 液體進出口 HG 20593 法蘭 PL25 0 6 FF Q235 A 氣體進出口 HG 20593 法蘭 PL200 0 6 FF Q235 A 2 容器法蘭的選擇如 圖 4 7 表 4 4 選用標準 JB T4701 2000 甲型平焊法蘭 標記 法蘭 P 1400 0 25 JB T4701 2000 圖 4 6 甲型平焊法蘭平面密封面 代號 P 圖 4 7PN0 25MPa 甲型平焊法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸 mm 法蘭 mm 螺柱公稱直徑 DN mm D D1 d 規(guī)格 數(shù)量 700 755 705 36 26 M24 20 第 5 章 設(shè)計總結(jié) 表 5 1 填料設(shè)計總表 表 5 2 吸收塔的吸收劑表 意義及符號 結(jié)果 混合氣體處理量 G 2000 3 ms 氣液相平衡常數(shù) m 2 1047 進塔氣相摩爾比 Y1 0 04167 出塔氣相摩爾比 Y2 0 002 進塔液相摩爾比 X1 0 01272 出塔液相摩爾比 X2 0 最小液氣比 min LV2 004 混合氣體平均試量 M29 59 混合氣體的密度 L 1 2092 3 Kgm 混合氣體的粘度 V 0 184pas 吸收劑用量 L 267 kolh 吸收劑粘度 3 意義及符號 結(jié)果 填料直徑 Pd38mm 填料比表面積 ta132 5m2 m3 散裝填料壓降填料因子平均值 116 1 m 散裝填料泛點填料因子平均值 170 1 m 表 5 3 塔設(shè)備計算表 意義及符號 結(jié)果 塔徑 D 0 7m 塔高 H 11 9308m 填料層高 Z8 125m 填料塔上部高度 h1 1 52m 填料塔下部高度 2 1 0 m 氣相總傳質(zhì)單元高度 OG0 22696m 氣相總傳質(zhì)單元數(shù) N6 0203 空塔氣速 fu2 75644m s 泛點率 f 69 99 圖 5 1 Eckert 關(guān)聯(lián)圖 符號說明 英文字母 A 填料層的有效傳質(zhì)比表面積 m m aw 填料層的潤滑比表面積 m m A 吸收因數(shù) 無因次 D 填料直徑 mm df 填料當量直徑 mm 擴散系數(shù) m s 塔徑 m E 亨利系數(shù) KPa G 重力加速度 9 81m s 2 H 溶解度系數(shù) kmol m KPa HG 氣相總傳質(zhì)單元高度 m HL 液相傳質(zhì)單元高度 m HOG 氣相總傳質(zhì)單元高度 m HOL 液相總傳質(zhì)單元高度 m kG 氣膜吸收系數(shù) kmol m s KPa kL 液膜吸收系數(shù) kmol m s KPa M 相平衡常數(shù)無因次 NOG 氣相總傳質(zhì)系數(shù) 無因次 NOL 液相總傳質(zhì)系數(shù) 無因次 P 總壓 KPa P 分壓 KPa R 氣體通用常數(shù) kJ kmol K S 解吸因子 T 溫度 0C U 空塔速度 m s uf 液泛速度 m s V 惰性氣體流量 kmol s wv 混合氣體體積流量 m 3 s 填料因子 m 1 下標L 液相的 G 氣相的V 混合氣流量 kmol s 混合氣質(zhì)量流量 X 溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率 無因次 X 溶質(zhì)組分在氣相中的摩爾比 無因次 Y 溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率 無因次 Y Y 溶質(zhì)組分在氣相中的摩爾比 無因次 Z 填料層高度 m 希臘字母 粘度 Pa s 密度 kg m3 表面張力 N m M 平均的 對數(shù)平均的 min m a x 最 大 的 最小的 2 塔底 1 塔頂 max 最大的 參考文獻 1 丙酮 水相平衡常數(shù) 湯金石主編 化工原理課程設(shè)計 北京 化學工業(yè)出版社 1990 210 2 容器法蘭的選擇 董達勤主編 化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 二版 北京 化學工業(yè)出版社 1994 324 325 3 填料塔附屬設(shè)備的設(shè)計 湯金石主編 化工原理課程設(shè)計 北京 化學工業(yè)出版社 1990 225 233 4 筒體和封頭的設(shè)計 魏崇光 鄭曉梅主編 化工工程制圖 化工制圖 北京 化學工業(yè)出版社 1994 183 196 5 化學工程手冊 致謝 本次課程設(shè)計經(jīng)過兩周的時間得以完成 通過本次課程設(shè)計 使我對從填料塔設(shè) 計方案到填料塔設(shè)計的基本過程的設(shè)計方法 步驟 思路 有一定的了解與認識 它 相當于實際填料塔設(shè)計工作的模擬 在課程設(shè)計過程中 基本能按照規(guī)定的程序進行 先針對填料塔的特點和收集 調(diào)查有關(guān)資料 然后進入草案階段 其間與指導教師進 行幾次方案的討論 修改 再討論 逐步了解設(shè)計填料塔的基本順序 最后定案 設(shè) 計方案確定后 又在老師指導下進行擴初詳細設(shè)計 并計算物料守衡 傳質(zhì)系數(shù) 填 料層高度 塔高等 最后進行塔附件設(shè)計 此次課程設(shè)計基本能按照設(shè)計任務(wù)書 指導書 技術(shù)條件的要求進行 同學之間相互聯(lián)系 討論 整體設(shè)計基本滿足使用要 求 但是在設(shè)計指導過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題 理論的數(shù)據(jù)計算不難 困難就在于實際 選材 附件選擇等實際問題 這些方面都應(yīng)在以后的學習中得以加強與改進 但是 課程設(shè)計的完成并不代表我自身學習的終止 在完成過程中我發(fā)現(xiàn)自己有很多缺點不 足 如 大量的內(nèi)容也暴露出自己知識面窄 對實踐活動的能力不強等諸多問題 我 想困難和挑戰(zhàn)才是激發(fā)自己前進的動力 自己也將會在今后的學習和生活中 劈荊斬 浪 挑戰(zhàn)自我 化工原理課程設(shè)計的完成對我來說有深刻的意義 我衷心感謝老師的 指導以及與我共同學習的同學