化工原理课程设计

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化工原理课程设计-－填料吸收塔设计（水吸收氨气）

一、精馏塔主体设计方案的确定

1.1装置流程的确定

本次设计采用逆流操作:气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。

逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高,吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。

1.2 吸收剂的选择

因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。

2-1 工业常用吸收剂

溶质溶剂溶质溶剂氨水、硫酸丙酮蒸汽水

氯化氢水二氧化碳水、碱液二氧化硫水硫化氢碱液、有机溶剂苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳铜氨液

1.3填料的类型与选择

填料的种类很多,根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。

1.3.1 填料种类的选择

本次采用散装填料。散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。鲍尔环是目前应用较广的填料之一,本次选用鲍尔环。

１.3.2 填料规格的选择

工业塔常用的散装填料主要有Dｎ16＼Dｎ２5＼Dn38＼Ｄｎ76等几种规格。同类填料,尺寸越小，分离效率越高,但阻力增加,通量减小,填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中,又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此,对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。

常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于。

表３-１

填料种类 D/d 的推荐值 拉西环 Ｄ/d ≥20~30 鞍环 D ／d ≥15 鲍尔环 D/d ≥1０~15 阶梯环 D/d ＞8 环矩鞍

D/d>８

1.3.3 填料材质的选择

工业上,填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类

聚丙烯填料在低温（低于0度)时具有冷脆性,在低于0度的条件下使用要慎重,可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。

综合以上:选择塑料鲍尔环散装填料 D ｎ50

1.4 基础物性数据

1.4.1 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 20 ℃水的有关物性数据如下：

1. 3

998.2/l kg m ρ=

２. 0.001. 3.6/.l pa s kg m h

μ==黏度：

3． 表面张力为:2

72.6/940896/z dyn cm kg h σ==

4. 3320:0.725/CNH H kmol m kpa ︒=⋅

5. 62320:7.3410/l CNH D m h -︒=⨯

6. 22320:0.225//v CNH D cm s m h ︒==

１．4．2 气相物性数据

1. 混合气体的平均摩尔质量为

0.0617.03040.942928.2818vm i i M y m =∑=⨯+⨯= (2－1)

2. 混合气体的平均密度

由3

101.328.2818 1.17618.314293

VM vm PM kg m RT ρ⨯===⨯

(2－２)

R ＝8．314 3/m KPa kmol K ⋅⋅

3. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20C ︒时,空气的黏度

551.7310622810/v pa s kg m h μ--=⨯⋅=⨯⋅

注：211/N kg m s =⋅ 12211/1/Pa N m kg s m ==⋅ 1Pa..s ＝1kg/m.ｓ

2.4.3 气液相平衡数据

由手册查得,常压下,2０0C 时，NH 3在水中的亨利系数为 E=7６.3kpa

0320NH C 时,在水中的溶解度： H=0.7２5kmo ｌ／m

相平衡常数:0.7532E

m P

== （2

－３)

溶解度系数：

3

998.2/76.318.02

0.726/L S

H EM kmol kpa m ρ=

=⨯=⋅

(2-4)

１.4．4 物料横算

１. 进塔气相摩尔比为

1110.06

0.06383110.06

y Y y =

==-- (2-5）

２. 出他气相摩尔比为

21(1)0.06383(10.99)0.0006383A Y Y ϕ=-=⨯-=

(2-６)

3. 进塔惰性气体流量：6000273

(10.6)234.59922.427320

V kmol h =

⨯-=+ (２－7) 因为该吸收过程为低浓度吸收,平衡关系为直线，最小液气比按下式计

算。即：

12min 12

/Y Y L V Y m X -⎛⎫= ⎪-⎝⎭ (2-8)

因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成20X =

所以 121min 20.063830.00063830.74560.063830.753Y Y L Y V X m --⎛⎫

=== ⎪⎝⎭-

选择操作液气比为

min

1.7 1.2676L L V V ⎛⎫

== ⎪⎝⎭ （2-9） L=1．２6763５6×234.599＝297.3８6044１k ｍo ｌ/h 因为Ｖ(Y 1-Y 2）=L(X １－X 2) X １0498.0=

第二节 填料塔工艺尺寸的计算

填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段

2．１ 塔径的计算

1. 空塔气速的确定——泛点气速法

对于散装填料,其泛点率的经验值u/ｕ

f

=０．５~0.8５

贝恩（Bain)—霍根(Ｈou ｇen)关联式 ，即：

2

213lg V F L L u a g

ρμερ⎡⎤

⎛⎫⎛⎫⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦＝A-Ｋ14

18

V L V L w w ρρ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭

⎝⎭ （3-1） 即:1

124

8

0.23100 1.18363202.59 1.1836lg[

()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2F

u ⎛⎫⎛⎫⎛⎫

=- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭

所以：2

F u /９.８1（100/０．９173)（1.183６/998.2)=0.2４605３７56

UF=3.9745７4742ｍ／s

其中:

f u ——泛点气速，m/s;

ｇ ——重力加速度，9．81m ／s 2 23t m /m α--填料总比表面积，

33m /m ε--填料层空隙率