1、化工原理大作業(yè)目錄1、 填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定 31.1 裝置流程的確定 31.2 吸收劑的選擇 31.3 填料的選擇 32、基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)及物料衡算 42.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 42.1.1液相物性數(shù)據(jù) 42.1.2氣相物性數(shù)據(jù) 42.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)2.1.4物料橫算 52.2 填料塔工藝尺寸的計(jì)算 62.2.1塔徑的計(jì)算 62.2.2填料層高度的計(jì)算及分段 72.2.3填料層壓降計(jì)算：102.2.4液體分布裝置 113、附屬設(shè)備的選擇與計(jì)算 123.1 填料支撐裝置 123.2 填料壓緊裝置 123.3 吸收塔主要接管的尺寸計(jì)算 123.3.1液體進(jìn)料接管 133.3.2氣體進(jìn)料接管 1

2、33.4 填料塔附屬高度的計(jì)算 143.5 離心泵和風(fēng)機(jī)的選擇 144 設(shè)計(jì)一覽表 154.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)和物料衡算結(jié)果匯總：154.2 填料塔工藝尺寸計(jì)算結(jié)果表：164.3 吸收塔設(shè)計(jì)一覽表 17前言化工設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)全套分離設(shè)備，以滿足以下要求：利用水吸收廢氣中的HCl氣體，制備稀鹽酸。溫度為45c的HCl的廢氣中的HCl的含量為1640.7mg/m3,吸收率高于95.37%,并且要求每年按運(yùn)行10個(gè)月來(lái)計(jì)算，年產(chǎn)出2000噸4.0%以上的稀鹽酸。要求：從化工專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站上查詢塔參數(shù)，設(shè)計(jì)全套設(shè)備，并做出經(jīng)費(fèi)預(yù)算。填料塔不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且流體通過(guò)填料層的壓降較小，易于用耐腐蝕材料制造，所以它特

3、別適用于處理量肖，有腐蝕性的物料及要求壓降小的場(chǎng)合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部,并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過(guò)填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。1、填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定1.1裝置流程的確定本次設(shè)計(jì)采用逆流操作：氣相自塔低進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是：傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。1.2吸收劑的選擇因?yàn)橛盟鑫談?，故采用純?nèi)軇?.3填料的選擇塔填料的選擇包括確定填料的種類(lèi)、規(guī)格及材

4、料。填料的種類(lèi)主要從傳質(zhì)效率、通量、填料層的壓降來(lái)考慮，填料規(guī)格的選擇常要符合填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d1L綜合考慮填料規(guī)格，種類(lèi)和材質(zhì)后，選用聚丙烯鮑爾環(huán)填料2、基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)及物料衡算2.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)2.1.1液相物性數(shù)據(jù)對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查得20C水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：2.黏度：1.005父10人一3Pas2二z=72.6dyn/cm=940896kg/h4. 20CHCl溶解度系數(shù)：H=0.199kmol/(m3kPa)5. 20CHCl:DL=2.8X10A-9m2/s6. 20CHCl:DV=1.56X1015m2/s2.1.2

5、氣相物性數(shù)據(jù)1.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M=0.001236.5(1-0.0012)29=29.009(kg/kmol)2 .混合氣體的平均密度PM101.310329.009103=1.206kg/mRT8.3142933R=8.314mKPa/kmolK3.混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊(cè)得20七時(shí)，空氣的黏度注：1N=1kgm/s21Pa=1N/m2=1kg/s2m1Pa.s=1kg/(m.s)2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)七=1.73M10pas=6228M103kg/m力由手冊(cè)查得，101.3kPa,20c時(shí)，HCl在水中的亨利系數(shù)為E=279kpa20c時(shí)，HCl在水中的溶解度：H

6、=0.199kmol/(m3*kPa)1.4=998.2kg/m33.表面張力為:998.2PHMSP0.19918.00101.3S溶解度系數(shù)：H=0.199kmol/(m3kpa)2.1.4物料橫算1 .進(jìn)塔氣相摩爾比為1-0.00122 .出塔氣相摩爾比為%=丫1(1一%)=0.001201(1-0.9537)=0.0000556對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為：X2=0(清水)3200010m0.04=11.11kg/h；103024)進(jìn)氣中HCl物質(zhì)的量為：n=S.11*10=312.60mol/h0.093736.5進(jìn)氣的物質(zhì)的量為：n氣體=312.60=260.50kmol/h

7、0.0012n氣體RT312.608.3142933)氣體體積流重：Vs=-6300mp1010000.0012惰性氣體流量：V=260.5(1-0.0012)=260.19kmol/h取實(shí)際液氣比為最小液氣比的2.5倍，則可得吸收劑用量為:LL=2.5(q)minV=2.624260.192.5=1706.83(kmol/h)YV(Y-丫2)X1一312.22(0.001201-0.0000556)2050.66相平衡常數(shù)：m=2.7510.0012=0.001201混合氣體流量：1)每小時(shí)HCl的產(chǎn)量為:最小液氣比:(-),、V/min丫1-丫2X1-X2丫1-丫2上-X2m0.00120

8、1-0.00005560.001201丁02.751=2.624=0.000174V單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸U塔的惰性氣體量，kmol/s;L單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸收塔的溶解劑，kmol/s;YiY2分別為進(jìn)塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比，XiX2分別為進(jìn)塔及出塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，2.2 填料塔工藝尺寸的計(jì)算2.2.1塔徑的計(jì)算混合氣體的密度飛=PM=101.310329.00910RT8.314293填料總比表面積：at=115m2/m3水的黏度為=1.00510-Pas采用貝恩-霍根泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度：koml/koml;koml/koml;3=1.206kg/m2UFat1gg；_11170

9、6.831811.2061=0.0942-1.75(-)4(-)863001.206998.2=-0.9773UFat702=0.1054g；3LUF0.10549.810.893998.21151.2061.0050.2=2.2893m/spF泛點(diǎn)氣速，m/s；g重力加速度，9.81m/s2at填料總比表面積，m2m3填料層空隙率，m2m3pV,PL氣相、7相密度，k/m3；液體粘度，mPas;取泛點(diǎn)率為0.85，即u=0.85UF=0.852.2893=1.9460m/sDVS1.0703m3.141.94603600D塔徑，mV操作條件下混合氣體的體積流量，m/s;u空塔氣速，即按空塔截

10、面積計(jì)算的混合氣體線速度，m/s.圓整后取D=1.2m（常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200)泛點(diǎn)率校核:D1200填料規(guī)格校核：D=1=31.581015d38液體噴淋密度校核：取最小潤(rùn)濕速率為（LW）min=0.08m3/（mh）at=115m2/m3所以Umin=(LJmin%=0.08115=9.20m3府h)Lh20.785D21706.8318,998.20.7851.22經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1.2m合理。2.2.2填料層高度的計(jì)算及分段查表知，0=C,101.3kpa下，HCl在空氣中的擴(kuò)

11、散系數(shù)D=0.156cm2/s46300圓整后取D=1.2m630036000.7851.22=1.5481m/sUUF1.54812.2893=0.68（對(duì)于散裝填料，具泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為U/UF=0.50.85）-27.23m3/(m2h)-Umin由DG=Do(p)(02,則293k,101.3kpa下，HCl在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為-3101.329332DG=0.156(-)()2=0.1734cm/s101.3273液相擴(kuò)散系數(shù)DL=1.5010-m2/sY1=mX1=2.7510.000174=0.0004787Y2=mX2=01706.3氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為:1丫-丫2NOG=Ln(1

12、-S)-S1-SY2-丫210.001201-0=ln(1-0.4195)0.4195=4.41301-0.41950.0000556-0氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算:查表知，二c=33dyn/cm=427680kg/h2氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算:液體質(zhì)量通量為UL氣體質(zhì)量通量為UV1706.8318-50.7851.22二27178.82kg/(m2h)63001.206_20.7851.22二6721.33kg/(m2h)2.751260.19=0.4195awC0.75/UL0.1二1-exp-1.45(-)(-)at-Lat“LULat、-0.052);LgUL2L；-La

13、t)0.2所以,包=1-exp-1.45(3嚴(yán)5at940896(27178.82)0.11153.6_2(27178.11父115產(chǎn)998.221.2710827178.822998.294089611502)=0.4772uUF=0.68-0.5,Ga=19.5(UFLa=12.6(UF-0.5)14a_0.5)2.2.LaGa=19.5(0.68-0.5)1.45.9792=11.1285kmol/(m3hkpa)La=12.6(0.68-0.5)2265.6900=68.6171*-113.貝UKGa=1=11=6.0565kmol/(mhkpa),GaH,La11.12850.199

14、65.6900HOG二KYaV=260.18KGaP6.0565101.30.7851.22=0.3752m由Z二HOGN0G=0.37524.4130=1.6558mZ=(1.21.5)Z6721.33070.06511151.56360010-=0.237()0(5)3()1150.0651.2061.5610536008.314293=0.0724kmol/(m2hkpa)液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算:2U二L=0.0095(L)3awL27178.82x3,3.6)3(0.47721153.6998.22.80103600=1.0317查表得：=1.45-Ga=Gaw1.1=0.07240.

15、47721151.451.1=5.9792kmol/(m3hkpa)，La=，Law-0.4=1.03170.47721151.450.4=65.69001h,G0.237(UV)0.7(V1)3(atDVRT181-23.61.27102()3998.2=0.0095(設(shè)計(jì)取填料層高度取3m查表：對(duì)于鮑爾環(huán)填料，-=5-10,hmax6m，所以填料層不用分段。D（）0.5=0.140663001.206998.2查表得：1P=114m，橫坐標(biāo)為：(-V)0.5V：L2.2.3填料層壓降計(jì)算:u/p-：V,021.548121141.451.20602縱坐標(biāo)為：01.0050=0.04884g

16、：L9.81998.2查圖得，占=392.4pa/m填料層壓降為：.：P=392.41.6558pa=0.650kpa2.2.4液體分布裝置液體的分布裝置性能對(duì)填料塔效率影響很大,特別是大直徑、低填料層的填料塔，尤其需要性能良好的液體分布裝置。本設(shè)計(jì)選用槽式液體分布器。開(kāi)孔數(shù)目的計(jì)算：取H=140mm中=0.55d0=8mmLVM水/R1706.83X18/(3600X998.2)n=186.5：1870.785d；、2gH0.7850.00820.55.29.810.14注：因?yàn)樘盍蠈痈叨葹?m少于6m,所以可以不用設(shè)計(jì)再分液器。3、附屬設(shè)備的選擇與計(jì)算3.1填料支撐裝置填料支承結(jié)構(gòu)用于支承

17、塔內(nèi)填料及其所持有的氣體和液體的重量之裝置。對(duì)填料的基本要求是：有足夠的強(qiáng)度以支承填料的重量；提供足夠的自由截面以使氣液兩相流體順利通過(guò)，防止在此產(chǎn)生液泛；有利于液體的再分布；耐腐蝕，易制造，易裝卸等。對(duì)于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型支撐裝置。本設(shè)計(jì)選用孔管型支撐裝置。本設(shè)計(jì)塔徑D=1200mm采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自由截面較大、金屬耗用量較小，由豎扁鋼制成的柵板作為支承板，將其分成三塊，柵板條之間的距離約為26.6mm且需要將其擱置在焊接于塔壁的支持圈或支持塊上，分塊式柵板，每塊寬度為316mm以便從人孔進(jìn)行裝卸。3.2填料壓緊裝置填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)和跳動(dòng)。

18、填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類(lèi)，每類(lèi)又有不同的型式，填料壓板自由放置于填料層上端，靠自身重量將填料壓緊。它適用于陶瓷、石墨等制成的易發(fā)生破碎的散裝填料。床層限制板用于金屬、塑料等制成的不易發(fā)生破碎的散裝填料及所有規(guī)整填料。床層限制板要固定在塔壁上，為不影響液體分布器的安裝和使用，不能采用連續(xù)的塔圈固定，對(duì)于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。本設(shè)計(jì)中填料塔在填料裝填后于其上方安裝了填料壓緊柵板。3.3 吸收塔主要接管的尺寸計(jì)算氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡(jiǎn)單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧

19、器。由于本設(shè)計(jì)對(duì)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴(yán)，可不設(shè)除液沫裝置。常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取1030m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口管氣速可取0.81.5m/s（必要時(shí)可加大些）。管徑依所選氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整，并規(guī)定其厚度。3.3.1液體進(jìn)料接管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下液體流速取u=1.5m/s8.2843.3.2氣體進(jìn)料接管氣體流速取u氣=20m/s管選用=360mmx10mm的無(wú)縫鋼管，內(nèi)徑為340mm范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)位于塔底的進(jìn)氣管時(shí)，主要考慮兩個(gè)要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。由于填料層壓力

20、降較大，減弱了壓力波動(dòng)的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時(shí)，本裝置由于直徑較大，可采用簡(jiǎn)單的進(jìn)氣分布裝置。由于對(duì)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴(yán)，可不設(shè)除液沫裝置。WL1706.8318998.2=30.78m3/h設(shè)計(jì)液體進(jìn)出口管內(nèi)徑:d1qL30.783.1436001.5=0.0854m管選用巾=110mmx5mm的無(wú)縫鋼管,內(nèi)徑為100mm管內(nèi)實(shí)際流速：u=烏3600d2420.7850.052=1.09m/s,在符合范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)取氣體進(jìn)出管內(nèi)徑d2qG6300/36000.3334mi4u氣0.78520.0則實(shí)際通過(guò)氣體接管的氣速為：u氣qG6300/360024d20.785

21、0.3332=20.10m/s,在符合按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整后得，氣體進(jìn)口出管直徑D=100,厚度為7mm液體進(jìn)出管直徑D2=640m厚度為4mm3.4 填料塔附屬高度的計(jì)算塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器所需的空間高度，塔的底部空間高度等。塔的上部空間高度是為使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來(lái)而留取的高度1.2m。設(shè)塔定液相停留時(shí)間為1min,則塔釜液所占空間高度為60WL-60630018603600998.2二2-D24_20.7851.2=1.67考慮到氣相接管的空間高度，底部空間高度取為1.5米，那么塔的附屬空間高度可以取為3.17。吸收塔的總高度為H=2.17

22、+3+1.2=6.37m3.5 離心泵和風(fēng)機(jī)的選擇吸收塔的壓力降A(chǔ)P=AR+AP2+Ag1c1c氣體進(jìn)口壓強(qiáng)為（突然擴(kuò)大己=1）:AP1=2XPu2=-x1.206x20.102=243.61Pa22氣體出口壓強(qiáng)為（突然縮小己=0.5）妒2=0.5X1Xpu2=0.5X1X1.206X20.012=121.81Pa22填料層壓力降：P3=650Pa吸收塔的壓力降A(chǔ)P=P+AP2+P3=243.61+121.81+650=1015.42PaRedu:0.11.55998.2一1005105=153951.2無(wú)縫鋼管的絕對(duì)粗糙w=0.2/mm度，相對(duì)粗糙度%=。.%0=0.004查表得摩擦系數(shù)=0

23、.03泵入口管長(zhǎng)：0.2m噴頭前管長(zhǎng)0.5m全程有1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開(kāi)） ： 己=6.4三個(gè)90度彎頭：W=0.75帶濾水器的底閥（全開(kāi)）：2吸入管伸進(jìn)水里l=0.3m出口突然擴(kuò)大=1.0進(jìn)口突然縮小0=0.5=6.410.75321.00.5=12.15管路總壓頭損失flkQu2/ccc0.3+0.2+5.71.552Hf=九一十七i=0.03x+12.15M、dJ2gi0.122M9.81=1.50JKgP101542揚(yáng)程：Hg-ZHf=3.1.50=4.60mg用998.29.81經(jīng)查化工原理教材附表十五得，選用離心泵型號(hào)IS100-80-125的泵適合功率/kwq必需汽蝕余量轉(zhuǎn)速流量吊

24、/h揚(yáng)程H/m效率4/%軸功電功率（NPSH）r/m（r/min）306640.7712.51450選用風(fēng)機(jī)型號(hào)為：C4-72機(jī)號(hào)3.6C轉(zhuǎn)速(r/min)流量（m3/h）全壓/Pa功率/kW280029905450931156834設(shè)計(jì)一覽表4.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)和物料衡算結(jié)果匯總:項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與同單位吸收劑（水）的密度PL998.2(kg/m3)溶劑的粘度LL上1.005父10(Pa.S)溶劑表面張力6L940896(kg/h2)鹽酸在水中擴(kuò)散系數(shù)DL2.8x10(m2/s)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量MG29.009(kg/kmol).混合氣體的平均密度PG1.206kg/m3流量Q=WL：L1706.8318998.23,=30.78m/h鹽酸在空氣中擴(kuò)散系數(shù)D1.56x10/(m2/s)亨利系數(shù)E279KPa;氣液相平衡常數(shù)m2.751溶解度系數(shù)H0.199kmol/(m3.KPa);鹽酸進(jìn)塔摩爾比Y10.001201鹽酸出塔摩爾比Y20.0000556惰性氣體摩爾流量G260.17kmol/h;吸收劑摩爾流量L1706.83kmol/h液相進(jìn)口摩爾比X20液相出口摩爾比X0.0001744.2 填料塔工藝尺寸計(jì)算結(jié)果表:項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與同單位氣相質(zhì)里濡里W7597.8kg/h液相質(zhì)量流量WL30722.94kg/h塔徑D1200mm空塔氣速