1、化工原理課程設計說明書目錄一.設計方案簡介1 二.設計計算2 （一）設計方案的確定2 （二）填料的選擇2 （三）基礎物性數據2 1.液相物性數據2 2.氣相物性數據23.氣液相平衡數據2 （四）物料衡算3 （五）填料塔的工藝尺寸的衡算3 1.塔徑計算3 2.填料層高度計算4 （六）填料層壓降計算6 （七）液體分布器簡要設計6 1.液體分布器的選型6 2.分布點密度計算7 3.布液計算7 （八）計算結果列表8 三設計體會8 四參考文獻8 - 1 - 一、設計方案簡介：塔設備是化工、石油化工、生物化工、制藥等生產過程中廣泛采用的氣液傳質設備，根據塔內氣液接觸構件的結構形式，可分為板式塔和填料塔兩大

2、類。板式塔內設置一定數量的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上的液層，進行傳質與傳熱。在正常操作下，氣相為分散相，液相為連續(xù)相，氣相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。填料塔內裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上流動，氣液兩相密切接觸進行傳質與傳熱。在正常操作下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相，氣相組成呈連續(xù)變化，屬微分接觸逆流操作過程。工業(yè)上，塔設備主要用于蒸餾和吸收傳質單元操作過程。蒸餾過程多選用板式塔，而吸收過程多選用填料塔。本次題目要求設計一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的氨氣。混合氣體的處理量為 341310m3/h ，其中含氨為 5% （體積分數），要求塔頂

3、排放氣體中含氨低于0.12%（體積分數） 。采用清水進行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5 倍。操作條件：操作壓力：常壓操作溫度： 20填料類型：選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選。每年按 300 天計，每天 24 小時連續(xù)運行。廠址：天津地區(qū)。設計要求：吸收塔的物料衡算；吸收塔的工藝尺寸設計；填料層壓降的計算；液體分布器簡要設計；繪制吸收塔繪制吸收塔計算結果列表；對設計過程的評述和有關問題的討論。設計基礎數據20下氨在水中的溶解度系數為20.725/()hkmolmkpa 。- 2 - 二、設計計算：（一）設計方案的確定用水吸收3nh 屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收流

4、程。因用水作為吸收劑，且3nh 不作為產品，故采用純溶劑。（二）填料的選擇對于水吸收3nh 的過程，操作溫度及操作壓力較低， 工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好， 故此選用38nd聚丙烯階梯環(huán)填料。（三）基礎物性數據1.液相物性數據對低濃度吸收過程，溶液的物性數據可近似取純水的物性數據。由手冊查得，20時水的有關物性數據如下：密度為3998.2/lkg m粘度為0.0013.6/()lpa skgm h表面張力為272.6/940896/ldyn cmkg h3nh 在水中的擴散系數為92621.76 10/6.336 10/ldmsmh2.氣相物性數據

5、混合氣體的平均摩爾質量為0.05 17.031 0.95 2928.4mviimym混合氣體的平均密度為3101.32528.41.181/8.314293mmvvpmkg mrt混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得20空氣的粘度為51.81 100.065/()vpa skgm h查手冊并計算得3nh在空氣中的擴散系數為3152252211233114.36 10()1.795 100.0646/()abvabtmmdmsmhp vv3.氣液相平衡數據由題目已經 20下氨在水中溶解度系數為30.725/()hkmolkpa m則常壓下 20時3nh 在水中的亨利系數為998.276.

6、410.725 18.02lsekpahm- 3 - 相平衡常數為76.410.754101.325emp（四）物料衡算進塔氣相摩爾比為1110.050.0526110.05yyy出塔氣相摩爾比為2220.00520.0052110.0052yyy進塔惰性氣體流量為361.1347205.01202732734.22341310該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算，即12min12/yylvy mx對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成為2min00.05260.00520.67710.0526/0.7540xlv由題意知，操作液氣比為min121211.51.5 0.69

7、41.041.04 1352.368 1406.462/()()1352.368 (0.05260.0052)0.04741352.368llvvlkmol hv yyl xxx（五）填料塔的工藝尺寸的計算1.塔徑計算采用 eckert 通用關聯(lián)圖計算泛點氣速。氣相質量流量為34225 1.18140419.725/vwkg h液相質量流量可近似按純水的流量計算，即1352.36818.0224369.671/limlxwkgheckert通用關聯(lián)圖的橫坐標為- 4 - 0.50.524369.6711.1810.021340419.725998.2vlvlww查通用關聯(lián)圖得20.20.330

8、1vffllug查散裝填料泛點填料因子平均值表得10.20.21700.33010.33019.81 998.28.134/1701 1.181 1flffvlmgum s取0.80.8 8.1346.507/fuum s由4434225/ 36001.8613.14 4.26svdmu圓整塔徑，取1.9dm泛點率校核：234225/ 36006.178/0.785 1.96.178100%75.95%()8.134fumsuu在允許范圍內填料規(guī)格校核：140036.84838dd液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為3min()0.08/wlmm h查常用散裝填料的特性參數表得2332minmi

9、nmin2132.5/()0.08 132.510.6/24369.271/998.28.6140.785 1.9twtammulammhuu經以上校核可知，填料塔直徑選用1400dmm合理。2. 填料層高度計算*11*220.7540.04740.0350ymxymx脫吸因數為0.754 1352.3680.7251406.462mvsl氣相總傳質單元數為- 5 - *12*221ln (1)110.0526ln(10.725)0.72510.7250.00525.177ogyynsssyy氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算：220.750.10.050.221exp1.45()()

10、()()wcltlltltlllltau auuaaga查常見材質的臨界便面張力值表得233427680cdyn cmkg h液體質量通量為220.750.12280.224369.67110785.675/ ()0.785 1.942768010785.6710785.67132.51exp1.45940896132.53.6998.21.271010785.6720.653998.2940896132.5lwtukgmhaa氣膜吸收系數由下式計算：10.730.237()()()vvtvgtvvvua dkadrt氣體質量通量為22342251.18117198.0667/()0.785

11、1.9vukgmh10.73217198.06670.065132.50.06460.237()()()132.50.0651.1810.06468.3142930.161/()gkkmolmh kpa液膜吸收系數由下式計算：211332821133260.0095()()()10785.673.63.61.27100.0095()()()0.653 132.53.6998.26.33610998.20.326llllwllllugkadm h由1.1ggwk ak a，查常見填料的形狀系數表得1.45則1.11.120.161 0.653 132.5 1.4520.996kmol/(mh k

12、pa)ggwk ak a0.40.410.3260.653 132.51.4532.726llwk ak ah- 6 - 75.95%50%fuu由1.419.5(0.5)ggfuk ak au，2.212.6(0.5)llfuk ak au得1.4319.50.7595 0.520.99651.171()gk akmolmh kpa2.2112.60.75950.532.72632.101lk ah則31118.292()111157.1710.72537.101gglk akmolmh kpak ahk a由2885.1540.3118.2920.7851.4101.325ogygvvhm

13、k ak ap由0.31 5.1771.607ogogzhnm1.5 1.6072.41zm設計取填料層高度為3zm查表得，對于階梯環(huán)填料，max8 15,6hhmmd取8hd，則8 140011200hmm計算得填料層高度為3000mm，故不需分段。（六）填料層壓降計算采用 eckert 通用關聯(lián)圖計算填料層壓降橫坐標為0.5()0.0216vlvlww查散裝填料壓降填料因子平均值表得1116pm縱坐標為220.20.24.045116 11.18110.2299.81998.2vpllug查?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖得/1562/p zpa m填料層壓降為156234686ppa（七）液體分布器簡要

14、設計1.液體分布器的選型- 7 - 該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器2.分布點密度計算按 eckert 建議值，1200dmm時，噴淋點密度為242m點/，因該塔液相負荷較大，設計取噴淋點密度為2120/ m點布液點數為20.785 1.9120340.062340n點點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為：二級槽共設七道，在槽面開孔，槽寬度為80mm，槽高度為 210mm，兩槽中心矩為 160mm。分布點采用三角形排列，實際設計布點數為n=340 點，布液點示意圖如下圖所示槽式液體分布器二級槽的布液點示意圖3.布液計算- 8 - 由2s02

15、4ld ng h取0.60340hmm11220424369.671/ 998.2 360040.002423.14 340 0.6 29.81 0.16sldng h設計取03.4dmm（八）計算結果列表操作壓力常壓y10.0526 操作溫度20y20.0052 工作介質變換氣，水x10.0474 填料形式階梯環(huán)x20 塔徑1900mm 填料層壓降4686pa 填料高度3000mm 布液點數340 d02.4mm 三、設計體會計算時，首先要對設計任務要求及其工藝流程進行分析，再準確設計計算過程，進而對設備進行選型，最后用簡潔的語言、清晰的圖表來表達設計思路和設計結果。并對設計結果進行反復核算，而且要結合實際兼顧技術上的先進性、可行性以及經濟上的合理性進行選型。通過對本課程的設計，我對填料吸收的工藝流程、設備有了更深一步的了解，對填料吸收的計算有了進一步掌握。在動手查閱資料文獻的過程中我不僅學到了很多專業(yè)知識，而且懂得了如何進行課程設計，如何充分運用周圍的學習資源。本次課程設計中所用到的眾多直接