化工原理课程设计水吸收HCl填料塔设计.docx

设计任务书1.水汲取HC1.填料塔的设计（一）设计题目试设计座填料汲取塔，用于回收空气中的HC1.气体。混合气体处理员为3500m7h,进口混合气中含HC1.6%（体枳百分数）；混合气进料温度为30-C采纳2（C清水进行汲取。要求：HC1.的回收率达到_99.85%_.塔顶排放气体中IIC1.含域低于0.15%（二）操作条件（1）操作压力202.6kPa（2）操作温度20C（3）汲取剂用量为最小用量的倍数自己确定（4）塔里与填料自选，物性杳阅相关手册。（=）设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）汲取塔的物料衡和：汲取塔的工艺尺寸计算:（4）填料层压降的计算;（5）液体分布胧简要地计：（6）绘制液体分布器施工图：（7）其他填料塔附件的选择;（8）塔的总高度计算:（9）泵和风机的计算和选型;（10）汲取塔接管尺寸计算：（三）设计参数一览表：（12）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）：（13）绘制汲取塔设计条件图（A3号图纸）：（14）对设计过程的评述和有关问题的探讨。书目前言OI、填料塔主体设计方案的确定11.1 装置流程的确定11.2 汲取剂的选择11.3 填料的选择12、基础物性数据及物料衡算22 .1基础物性数据23 .1.2气相物性数据24 .1.3气液相平衡数据25 .1.4物料横算32. 2填料塔工艺尺寸的计算42. 2.1塔径的计算43. 2.3填料层压降计算：82. 2.4液体分布装置83、附属设备的选择与计第92.1 填料支撑装置93. 2填料压紧装置93. 3汲取塔主要接管的尺寸计算94. 4填料塔附属高度的计算113.5离心泵和风机的选择11设计一览表131基础物性数据和物料衡算结果汇总：132填料塔工艺尺寸计算结果表：143汲取塔设计一览表15对本设计的评述15前言填料塔不但结构简洁，且潦体通过填料U的压降较小，易丁用耐腐蚀材料制造，所以她特殊适用于处理量肖，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变更，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。1、填料塔主体设计方案的确定1.1 装置流程的确定本次设计采纳逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆潦操作。逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传痂速率快，分别效率高,汲取剂利用率高。工业生产中多采纳逆潦操作。1.2 汲取剂的选择因为用水做汲取剂，故采纳纯溶剂。1.3 馍料的选择塔填利的选择包括确定填料的种类、规格及材料.填料的种类主要从传质效率、通量、填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值Dd1.,综合考虑填料规格，种类和材质后，选用聚丙烯维尔环境料2、基础物性数据及物料衡算2.1 基础物性数据2.1.1 液相物性数据对低浓度汲取过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得20C水的有关物性数据如下：jpt=998.2Am12. 编度：1.OO5×1O-3PaS3,表面张力为：°；=726W刖=940896依/J4. 20,CHC1.：H=0.199mt>(m3-J1.j)5. 20,CHC1.：D1=2.8×10'-9m2s6. 20'CHC1.：D.=1.56×10'-5m7f2.1.2, 相物性数据1.混合气体的平均摩尔质地为M=0.06×36.5+(1.-0.06)×29=29.45(kg/knx>1.)2 .混合气体的平均密度=2.449心/加由202.6X10,X29.45X1.O'8.315×293R=8.314府KPqIkmo1.K3 .混合气体黏度可近似取为空气弑度。查手册得20。C时,空气的黏度.=1.73xIO'pw=6228×IO'k'1.h注:IN=IkgmiS2IPa=Z1.Nim2kgs2mIPa.s=1.kg(m.s).2.1.3, 液相平衡数据由手册2查得，202.6kPa.20"C时，HC1.在水中的亨利系数为E=275kpa20°C时，HC1.在水中的溶解度：H=O.19Mo<3A)相平衡常数:998.2PHM、PO.I99×1.8,2O2.6=1.375溶解度系数：H=OAKkmoH(WTpa)2.1.4物料横算1.进塔气相摩尔比为0.061-0.06=0.063832.出塔气相摩尔比为X=OO)15对于纯溶剂汲取过程，进塔液相组成为：X,=0(滑水)973I混合气体潦量：350OX寂X右=45.59(Aw)惰性气体流期:V=145.59x(1-0.06)=136.85(ww)（八）=AzI1.、小InX；X：最小液气比：V-K0.06383-0.0015=N=m-1.375取实际液气比为最小液气比的2.5倍，则可得汲取剂用量为:1.=1.3427136.85×2.5=459.37(m)XIJaY)0.()6383-().(M)15io=0.018571.3427x2.5V一一单位时间内通过汲取塔的情性气体量，kmo1./s;1.一一单位时间内通过汲取塔的溶解剂，kmo1./s：Y1.Y1一一分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，kom1./kom1.：X1.Xi一一分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，kom1./kom1.;2.2填料塔工艺尺寸的计算2.2.1塔径的计算=2.449kg/m8.315x293混合气体的密度PG=迎202.6×1029.45×10-RT填料总比表血积：«,=115nfm'水的黏度M1.=IoO5X10-3ftzS采纳贝恩-非根泛点关联式国计算泛点;1.,4I吟号食年K1.wi.wv)1/8八八Cs,ru/459.37x183,24494=0.0942-1.75×()4×(尸3500x2.449998.2=-0.72411.i,a：Pv2=0.1888g£P1.0.1888×9.81×0.89×998.2,u.=、=2.1405/?1/S'V1152.4491.0050“U-泛点气速.m/s：g亟力加速度，9.81m/<<填料总比表面积，m'm'一一填料层空隙率，/标p1,P1气相、液相密度，km1;Ut液体粘度，mPas：取泛点率为0.6,即=085/=O852.14O5=1.8194，/SJ4x3500“-$V3.14×1.8194×36(K)网整后取D=1.OmD一一塔径，m：V一一操作条件下混合气体的体枳流量，/$;“一一空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体或速度，ms.圆整后取D=O.8m（常用的标准塔径为400、500,600,700,800,1000.1200.1400、1600、2000,2200）泛点率校核:35(X“康簿"2385S旦t=0.58（对手散装填料，其泛点率的阅历值为=0.5-0.85）2.1405填料规格校核：3=W29=263>1OI5（138液体喷淋密度校核:取最小洵湿速率为（1.M）ng,=008"/（1/）a,=115/?r/?/所以UInS=(1.U.)n。f=0.()8×1I5=9.20/(m2)U=r0.785D1459.37×I8÷998.2Sr*=0.785*1。=1.廊加力S经以上校核可知,填料塔直径选用。=1.Om合理.2.2.2填料层高度的计算及分段查表知，OC,101.3即下，HC1.在空气中的扩散系数a=O.156cw2s由DC=&(3(尹,则293k,202.6kpa下，WC/在空气中的扩散系数为Dc=0.156×(1.1.2三)3=q.0S67CTH2/5202.6273液相扩散系数A=I50x1.0%S液体质量通址为U,=""Ex=1O5333N("J)0.785×1.0'气体质量通量为仇,=24=10919.1kg(m2h)0.785X1.0=w=1.375x0.01857=0.02553K*mX2=0脱吸因数为S叽但坐85W.1.459.37气相总传质单元数为：fnr=Md-S)+SJOGI-SY2-Y2'=-XW1.-0.40969)X006383-0+o,4O96=5.4881-0.40960.(M)1.5-0气相总传质单元高度采纳修正的恩山关联式计算：=1.-cxp-1.45（¾7s-（卫一产.（至"）川.严«.Ja，"Pjfi0"M查表4知，,.=33dyncm=427680kgh2所以,=1.-cxp-1.45×(427680,1.75X10533.32产；IO533.3211.15940896*115x3.6)X998.2¼1.27x1.0<05×(10533.32:998.29408961.5)n2=03582气膜汲取系数由下式计算:见=0.237及产.(*)：噜)a*、.AMRT八CFj10919.11，0.065x-JJI5×1.56×3600×10-=(J.2J/×()×(Z)×()115×0.0652.449×1.56×105×36008.314x293=O.O8O3A“)("Jh-kpa)液膜汲取系数由下式计算:-i=0.0095-(-)7-(-11()P1.D1.PI=0.0095x(-1°531)K(J)九(逆卫叫0.3582x115x3.6998.2x2.80x10、3600998.2=0.664查表得：W=I45则KGa=KCq'=O.O8O3×O.3582×I15×1.45"=4.9779k，”。(卅°h-kpa)7=7t1.1.,u=0.664×0.3582×1.15×1.4504=31.7350=0.58)0.5ttF<«=1.+9.5(-0.5)",cuf由得，<=1.+2.6-(-().5)r2-,fiia=(1+9.5×(0.58-0.5)UX4,9779=6.3798w(w,Itkpa)f1.a=1+2.6×(0.58-0.5严×31.735O=32.0536%则KGa='j=jj=3.1746kno1.1.(n'h-kpa)百十HK1.a6.3798*0.199×31.7350.,fVV136.85S由Hwi=0.2710mW1.KyagKCaPq3.1746×202.6×().785x.0-由Z=H(iG-Nog=0.27IO×5.488=1.4872mZ=(1.2-1.5)Z设计取填料必高度取3m查表：对于维尔环填料，A=50,ftm46n,所以填料层不用分段。3、附属设备的选择与计算3.1 填料支撑装置填料支承结构用丁支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装理.时填料的基本要求是：有足够的强度以支承填料的正量;供应足缈的自由截面以使气液两相流体顺当通过，防止在此产生液泛：有利于液体的再分布：耐腐蚀.易制造，易装卸等。对丁散奘填料，通常选用孔管型、驼峰型支撑装置.，本设计选用孔管型支撑装置。本设计塔径D=100Omm,采纳结构简洁、自由故而较大、金属耗用量较小，由登扁钢制成的栅板作为支承板,招其分成三块，桃板条之间的距高约为26.611ru目须要将其搁置在焊接于塔壁的支持圈或支持块上，分块式栅板，每块宽度为316un,以便从人孔进行装卸.3.2 填料压紧装置填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床U限制板两大类，每类又有不同的型式，填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重量将填料压紧。它适用于陶院、石墨等制成的易发生破裂的散装填料.床层限制板用于金属、塑料等制成的不易发生破裂的散装填料及全部规整填料。床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布器的安装和运用，不能采纳连续的塔圈固定，对于小塔可用螺灯固定于塔壁，而大塔则用支耳固定-本设计中填料塔在填料奘填后于其上方安装了填料压紧棚板。3.3汲取塔主要接管的尺寸计算气体出口装身既要保证气流畅通，乂要尽量除去被夹带的液沫。最简洁的装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求而时可采纳旋流板除雾器。由于本设计对排放的净化气体中的液相夹带要求不严，可不设除液沫装置.常压塔气体进出口管气速可取10-30ms（高压塔气速低于此值）；液体进出口管气速可取0.81.5ms（必要时可加大些）。管径依所选气速确定后，应按标准管规格进行/整，并规定其厚度。3.3.1 液体进料接管进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采纳直管进料管，管径计算如下液体流速取“=12/S=0.(M94m36(X)-×1.2设计液体进出口管内径：4=14V4管选用夕=6()”×5mm的无缝钢管，内径为50mm8.284管内实际流速：“=生=丁逑71.=1.I7,“s,在符合范围内。n术0.785XO.O52-a43.3.2气体进料接管气体流速取“=20m().7X5X20.()设计取气体进出管内径W=佟二=1工'%、=02488m管选用=273mnXI1.mm的无缝钢管，内径为25Imm气-工d,-O785O25P则实际通过气体接管的气速为：k=却嗯=19.66心,在符合范围内。按标准管规格进行圆整后得，气体进口出管直径D=273e,厚度为IImm液体进出管直径h=60三,厚度为5mm。设计位丁塔底的进气管时，主要考虑两个要求：压力降要小和气体分布要匀称。由于填料层压力降较大，减弱了压力波动的影响，从而建立了较好的气体分布：同时,本装置由于直径较大，可采纳简洁的进气分布装置。由于对排放的净化气体中的液相夹带要求不严，可不设除液沫装置。3.4填料塔附属高度的计算塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高度，塔的底部空间高度等。塔的上部空间高度是为使他气流携带的液滴能够从气相中分别出来而留取的百度，可取1.2m.设塔定液相停留时间为Imin,则塔釜液所占空间高度为60%”6O8268%609982）0.£力2O.785×1.24考虑到气相接管的空间高度，底部空间高度取为1.505米，那么塔的附属空间高度可以取为2.705m.汲取塔的总高度为，=2.705+3=5.70”，3.5离心泵和风机的选择汲取塔的压力降P=+>气体进口压强为（突然扩大&=1）：?=I×p-=X2.449×19.662=473.29/»«气体出口压强为（突然缩小，=0.5）A/O.Sx；XP1.j0.5XX2.449×19.66'=236.65Ai填料层压力降：4=9KIPa汲取塔的压力降P=A/；+*=473.29+236.65+981=169（）.94Pa=581(M.I79IRC=丝=0.05x1.17x998.21(X)5XIO6无缝钢管的肯定粗糙K=0.2/"”度，相对粗糙度%=0%o=0.004查表得摩擦系SM=OO3泵入口管长：O.2m喷头前管长0.5m全程有1个标准截止脚（全开：=6.4三个90度弯头：=0.75带滤水器的底阀（全开）：=2吸入管伸进水里/'=O3”出口突然扩大耳=1.O进口突然缩小看=0.5=6.4×1.+0.75×3+2+1.0+().5=12.15管路总压头损失v.f./vJ«2fnn,0.3+0.2+5.7.,.AI.172W.=I-+(f=I0.03×+12.15×-V(IJ2g0.05)2x9.81=1.117/K.?扬程：W=Z+-+/.=3+-169()AM-+1.1I=4.28wf隔，998.2x9.81±u八%459.37x18。“，八流量Q=-1.=8.28mP1.998.2经查化工原理教材附表十二得，选用离心泵型号IS65-50T25的泵适合潦星m7h扬程H/m效率11%功率kw轴功电功率率-必需汽蚀余量(NPSH)r/m转速(rmin)12.55640.270552.01450选用风机型号为：C4-72机号3.6C转速(rnin)流量(m7h)全压/Pa功率kW28002990*54509315683设计一览表1基础物性敷据和物料衡算给果汇总：项目符号数值与计量单位汲取剂（水）的密度Pt998.2(kgm,)溶剂的粘度M1.1.oo51.OT(PaS)溶剂表面张力1.940896(kgh2)耗酸在水中扩散系数D12.8x1(9("Fs)混合气体的平均摩尔质启MO29.45kgk11>1.混合气体的平均密度PG2.449j/"/盐酸在空气中扩散系数1.1.56×10-5(n5)亨利系数E275KPa：气液相平衡常数m1.375溶解度系数H0.199kmo1./(mj.KPa);林酸进塔摩尔比Y1.0.06383盐酸山塔摩尔比Y20.0015惰性气体摩尔流量G136.85kmo1.h;汲取剂摩尔流量1.159.37kmo1./h液相进口摩尔比Xz0液相出口摩尔比X10.018572填料塔工艺尺寸计算结果表I项目()数值与计量单位气相质量潦量E8386.66kgh液和质量流量必8571.5kgh塔径D100Oniin空塔气速U1.2385m/.?泛点率UkF5S解吸因数S0.4096气相总传质单元数NOG5.448液体班量通量UI10533.32kg(m2t)气体质量通量U.10919.11kg5)气膜汲取系数h0.0803kmo1.(m1.h.kpa)液膜汲取系数AN0.664(mh)气相急汲取系数（校正后）a6.3798kn>(m1.h.kpa)液相总汲取系数（校正后K四32.0536(1.h)气相总传质系数KGa1.9779kmo1.(m'.h.kpa)液相总传质系数K1.a31.7350kmo1./(mh.kpa)气相传质单元高度%0.271/h填料星高度7：1.4872/n填料塔上部空间高度鼠1.2m填料塔下部空间密度i1.505m塔附属高度32.705m塔高HA5.705m布液孔数n51点孔径小0.008m开孔上方高度H0.14m3汲取塔设计一览表项目选型数值与计量单位汲取塔类型聚丙烯鲍尔环汲取填料塔混合气处理量：3500m7h液体进出口接管无缝钢管机OmmX5”液体实际流液=1.17加S气体进出口接管无缝钢管273nn×1Itnm气体实际流“气=19.66nx离心泵的选型IS65-50-125单级单吸离心泵扬程H=4.28m对本设计的评述历时两个星期的化工原理课程设计结束了，在这个课程设计过程当中，我们综合地运用了我们所学习过的流体力学，汲取等方面的化工基础学问，设计了一款可应用丁汲取氯化氢的填料塔.在为期两周的课程设计当中我感受最深的便是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要仔细思索，用所学的学问，再步步探究，是完全可以解决遇到的般问题的。这次的课程设计内容包括工艺流程的设计，塔板结构的设计，数据的校验。目的主要是使我们对化学工艺原理有肯定的感性和理性相识：对水汲取氯化氢等方面的相关学问做进一步的理解：培育和熬炼我们的思维实践实力，使我们的理论学问与实践充分地结合，做到不仅具有专业学问，而且还具有较强的实践实力，能自主分析问题和解决问题。在大和大二我们学的都是些理论学问，而这一次的课程设计更多的是要我们去学会运用理论学问思索.好多东西看起来非常简洁，一看结构图都懂，但它在实际设计中就是有很多要留意的地方，有些东西也与你的想象不一样，我们这次的课程设计就是要我们跨过这道实际和理论之间的鸿沟。在设计的过程当中，有很多数据设计出来不肯定能如人意，有些要反宏试算很多遍，很能考验耐性。有些人可能会为了美观或省事而在图上面改数据或者采纳跟计算不一样的画法，但是本人认为，应当实事求是，该是怎样的就怎么样。终归这是一个训练的过程，假如我们都不抱着实事求是的看法的话，那么这个训练的意义就没有那么大了。整个设计的过程绝大部分数据都是有书可杳，有标准可参照的。两周的课程设计虽然短暂而劳盛，但却给我以后的道路指出一条明路，那就是思索着做事，将事半功倍。我做事的心态也得到磨练，做什么事情思路肯定要清楚，也变更了很多不良的习惯，这就是此次课程设计最大的的收获吧。考文献1贾绍义，柒诚敬主编.£化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）.天津：天津高校出版社，2002.82J陈敏恒，丛然滋，方图南，齐鸣击编g化工原理下册第三版.北京：化学工业出俄社，2006.5|31贾绍义柴诚敬主娘.化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）.天津：天津高校出版社，2002.8HJ常见材质的临界表面张力值15）£化工除埋课程设计（化工传递与单元操作课程设计方）