化工原理填料塔课 程 设 计.docx

湖举花化工原理课程设计题目：填料汲取塔的设计教学院：化学与材料工程学院专业：应用化工技术2011级班学号：15402022学生姓名：罗全海刘勇万丽蓉张硕指导老师：胡燕辉屈媛2013年6月14日书目I绪论41.1.汲取技术概况41.2 汲取过程对设备的要求及设备的发展概况41.3 汲取的应用概况51.4 设计方案介绍51.5 填料选择6151填料塔选择原则6152填料种类71.6 填料尺寸的的的的:71.7 填料材质的选择：82汲取塔的工艺计算92.1 基珈物性数据处理92.1.1 液相物性数据92.1.2 气相物性数据92.1.3 气液平衡数据92.1.4 物料衡算92.1.5 液气比的计算IO2.1.6 取剂的用量I1.2.2 塔径的计算及校核112.2.1 物性数据：II2.2.2 泛点气速、塔径的计第12223数据校核122.3 填料层高度的计算132.3.1 传质单元高度计算132.3.2 传质单元数的计算152.3.3 息高度的计算162.4 流体力学参数计算162.4.1 汲取塔的压力降162.4.2 气体动能因子172.4.3 汲取因子173解吸塔工艺计算173.1 基础数据计算173.1.1 最小气液比及汲取剂用量183.2 塔径的计尊及校核18321塔径计算183.2.2数据校核193.3 填料层高度的计算203.3.1 传质单元高度计算20332传质的元数的计算223.3.3 总高度的计算223.4 流体力学参数的计算23填料层压降要低，且通地要大：制造简洁，耐腐蚀；填料抗污阻性能强，拆装，检修便利:传后效率要高；对气体和液体有较好的化学稳定性。1.5.2填料种类工业上常用的填料有拉西环境料，篦尔环填料，矩鞍形填料和阶梯环填料。(1)拉西环填料：拉西环是最早运用的一种形态简洁的圆形环境料，高度与直径相等，这种填料的缺点是当横卧放置时，内表面不易被液体润湿，气体也不能从环内通过，致使流体阻力大，气液接触面大，因此拉西环的应用日趋削减。(2)鲍尔环境料：鲍尔环是在拉西环的环壁上沿四周方向冲出几个长方形的小孔，小孔的母材并不剪下，而是向中心弯入，该结构提高了环内空间及环内面枳的利用程度，削减了流体阻力，增大了接触面积。因此鲍尔环是目前应用比较广泛地填料之一。(3)矩鞍形填料：矩载形是一种半圆形马鞍状结构，四个边角为直用这种结构的填料在堆放时相比之间的接触面枳较小，因而孔隙率较大，流体阻力较小,气液接触面积较大，是一种性能优良的填料。(4)阶梯环填料：阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，其高度减小了一半，井在一段增加了一个锥形的翻边，由于庙径比减小，似的气体绕填料外壁的平均路径大为缩短削减r气体通过填料M的阻力锥形翻边不仅提高r填料的机械强度，而且是填料之间由线接触为主变为点接触为主，这样不但增加了填料U之间的空隙,同时成为液体沿填料表面流淌的汇合分敢点,可以促进液膜表面更新，有利于传质效率的提高。1.6 填料尺寸的的选择：工业上常用的散装填料主要有直径为16三,25m,38mm,50mm,70mm,等几种规格，同类填料尺寸越小,分别效率越高。但阻力增加，通量削减.填料费用也增加。大尺寸的填料应用于小直径的塔中，乂会产生液体分布不良及严竣的壁流是他的分别效率降低。(+)×<zm1.x；-&丫.y1-2.4×0-2,n0.125r2.01x102-1.01IO3=0.1232.1.6汲取剂的用*由文献筏知实际液气比通常取最小液气比的I."2.0倍，这里取1.5倍:=.5×)=1.5×0.123=0.1S45GIg1.</nG=O.I845×8I.25=14.99kino1./hqm1.=qn1.×M(f,n=14.99X260=3897.56kg/h¾97.568=4.872m2.2 塔径的计算及校核工艺计算包括塔径的计算，填料层高度的计第，总高度的计算。2.2.1 物性数据：IRP=101.325Kpa=0.8194kgm,PM101.325x20.18RT8.314x(27+273.15)液相密度可以近似取为：,=/h冲=800kgm'查文献得液体黏度为：力=120'Pas2.2.2 泛点气速、塔径的计算查文献利用贝恩-霍根公式计.比泛点气速可得：Ig也X：X包吸)=A-1.75x(也)；(月卬(2-1)SaP1.-A由公式(2-1)可得：189756-08194-0.2m-1.75x(xwz3°)*(±1Z1.)h=-0.71541639.625SX)其中=132.5r=0.91.代入计算得:IOj927xgxX0.1927×91×0.9I×8(M)CoC,uf=,k1.=.1z-=3282nVsVaX%XdV1325×0B194×12o-宣文献取操作气速是泛点气速的06倍“=0.6“,=0.6x3282=1.9692m=o三n=5558mizs上蹩匚5.3.14X1.9tt)2阙整后取塔径D=600mm.2.2.3 数据校核“r600Y3.14×S=I1.t)OOJ=02826m244实际气速：M=&=-5558r=1.6758m/s。3.14/60044I1.ooOJ泛点率校正：×.00%=51%（由文献知在50%T0%的范围内）城料规格校核:D½=60038=1.5.79>15(由文献知满意径比条件喷淋量的校核：汲取剂的喷淋箔U=US(2-2)U=色1.5由公式(2-3)可得：U=似=17.24m,m2hS0.2826(2-3)涧湿率：4min=Uq(2-4)由公式(2-4)可得：1.ma=-=0.131m,m-h«1132.5对于直径小于75mm的环形填料，必需满意润湿率的的最小值Iwmto>0.08满意最小喷淋密度要求。经以上校对可知填料塔径选用60On1.m合理。2.3填料层高度的计算23.1 传质单元高度计算查文献得塔内的液相及气象物性如下：pt=8(X)kgn3pG=0.8194kgm'粘度,1.=.2X。乎as表面张力G1.=20dynCm=O.02Nm粘度>G=1.2×105Pas米在煤气中的扩散系数近似取不在空气中的扩散系数：OG=7.511.n%苯在洗油中的扩散系数：(2-5)气相及液相的流速：36()()51639.625由公式(2-5)可得:Ge=iii*a=c360Os3600x0.2826G1.=Qw1.360Os(2-6)由公式(2-6)可得:3897.56360053600x0.2826=3.831(kgm2s)气相传质系数：由文献得(2-7)卜。23停11彘）偿卜查文献得中=1.45由公式<2-7)可得：=0.2374炉F(132.5x7.51x1.0-nx1.451.1.U32.5x1.2x1.0-J(0.8194x7.51x1(Fj(8.314×3)Kg=2.268IO-sKmo1.Zm2-S-Pa查文献响卜中皿(守僚傍隰力(2-8)由公式(2-8)代入数据计算可得«,.=118.71m2m3液相传质系数：由文献得(2-9)由公式（2-9）代入数据可得：K,=6.（MX1.,nVs将得到的传质系数换算成以摩尔分数差为推动力的传质系数:(2-10)由公式(2-10)可得：k>a=PQi=101.325×2.268×IO5×118.71K11o1.m3s<n=0.2728Kmo1.Zm5-SK=CkM,(2-11)由公式(2-11)可得：Soo*1.,=CK.<,=×6.04XIO5×117.71=0.0221Wt260气相总传质单元离度HoC=r=且早<2-12)kSZ匕由公式(2-12)可得：HOC=色+%=-»3AN匕3600ft360M浦f1.81.2581.25×0.125HoG=+=0.7459ma36(X)0.271.50.282636OOO.O22O.28262.3.2传质单元数的计算全塔的物料衡算方程为：(r1.-)=<711t(x1-x2)依据该方程可以确定汲取塔底洗油中苯的组成:Q1”X1=X(0.0204-0.(X)1.)+5.0250i=0.1.06是，可以计兑该塔的塔底、塔顶以及平均传历推动力分别为:AV1=rt-yj=0.02(M-O.I25×O.IO6=O.7I93K=K-K'=0.00102-0.125×5.025×103=0.000372=0.002487Ay1.-Ah_。财193-0.0003721X,O.OQ5775In-In轨0.000372则，填料层高度Z=HoGNoG=0.7459×7.80=5.82m圆整后实际填料层高度取为6m.依据阶梯环填料的分段要求：(文献明ZD=5-0nax6m可将原料分为两段,每段3m,两段间设置一个液体再分布器.2.3.3总高度的计售塔上部空间高度可取为1.2m,液体再分布器的空间高度约为Inu塔底液相停留时间按5min考虑，则塔釜液所占而度为:f,I.353x1O3x5×6O3.14/600丫-4-xkjJ=1.436m其中qvi.=4.872m3/h=1.353X1.'m½塔内塔釜液到填料支捽板的高度可取为1.2m,裙式支座的高度可取为2.5m,所以塔的总高度为：h=ho+h1.+1.2+1+1.2+2.5=6+1.436+1.2+1+1.2+2.5=13.34m2.4流体力学参数计算2.4.1 汲取塔的压力降（1）填料层压力降.气体通过填料层的压力降采纳文献ECken关联图计豌,其中实际操作气速为：q,_05558苧W儡厂侬(2-13)由公式2-1.3）可得:3897.56,0.8194S_XIIJ=1639.6258000.076由公式（2-14）可得:丫=也结武SP1.u2pfi,21=HKPi(2-14)1.9672×1I5×-x0.8194：X1.2o2=0.06029.81x80()由文献查ECkCr图可得每米填料的压力降为500pa,所以填料层的压力降为:>1.=500×6=3000Pa(3)其他塔内件的压力降，其他塔内件的压力降较小，在此可以忽视。于是得汲取塔的压力降为：Z><=）+/?,+p3=112+56÷3000=3168Pa2.4.2 气体动能因子汲取塔内气体动能因子为：F=t而(2-15)由公式(2-15)可得：F=U区=1.967×JO.8194=1.78kg½m2由文献知气体动能因子在常用的范围内。2.4.3 汲取因子汲取塔内气体汲取因子为：A=&-'%G（2-16）又公式(2-16)可得:=11=,476由文献川知在汲取因子相宜的范围内。从以上的各项指标分析，该汲取塔的设计合理，可以满意解吸塔操作的工艺要求。3解吸塔工艺计算3.1基础数据计算笔础数据的计算包括汲取剂用量的计算及最小液气比的计克。由文献查得再生塔的设计条件为:洗油处理出为qm1.=3897.56kgh洗油中苯的摩尔比为X=0.1.17kno1.kno1.洗油p,=0.5×i=；x0.5x0.5588x3r=191pq取«=228=0.9CX=X%尸=0-"g£P1.0.()325XgXi*P1.axPgT'=1.1997m/sJ0.03259.8109754.18228×0.5588×0.802取u=().8u,=0.8×1.19<)7ns=0.9598msq、*127.67().55SSXMn=().()635nVs4×0.06353.14×0.9598=0.292m圆整后取D=300mm3.2.2数据校核=0.07()65m2实际气速：0.0635nOnOOIu=1ii2-=0.8988HVS产/0.07065泛点率校正：乌=丝竺§=O7504（查文献可知在5（）%80%的范闱内）uf1.I997填料规格校正:。/仁署=12>8（由文献川知满意径比条件）喷淋室的校核：汲取剂的喷淋密度U=USU=包=48720=6896m3m2.hS0.07065润湿率:I,mn=Ua<=竺等=0.3025Invnah一28对丁直径小丁75mm的环形填料，必需满意润湿率最小值1.gin>0.08满意最小喷淋密度要求。经以上校核可知填料塔径选用300mm,3.3填料层高度的计算3.3.1 传质单元高度计算查文献川得塔内的气液相物性如卜丁p1.=754.48ka/n?PG=0.5588kamj气体粘度G=2.3741.OTPa-Sq1.=().8×1()1Pas表面张力,=15dyn/cm由文献山得气相扩散系数为1.0×IO-jT1791.0X10,X(273+120)'75×18.02+781I78×18.02J2Ix12.7+(6×I6.5+19.8×6)Dt-=1.78×IOtn2s由文献H得液相扩散系数di=7.4x0x741.0.(学*应幽卫:=3.48X10-m0.8×(6×1.6.5+6x1.98)气相及液相的流速为(hv(；127.673600536X0.07065=0.502kgm2:3897.5636(M)S3600x0.07065=15.32kgm2:由文献得气相传痂系数o237×(MIW,0.502y7J2.374XIOTF(22x1.7×1.()Y45228×2374×104JX0.5588×1.78×10s)8.314×393J-'h=6.067×106KmoIZm2-S-KPa由文献山得液相传质系数_1W54，1532丫丫1532'x22¾1532?-'455)V228X0.8XIOjJ754.4829.81754.48×0.015228aw=162.57nVm?2Yr1由文秋得：,=°009)言)(等=0W632也O8XO”彳叱叱981gA严£16257×0.8×10J1754.48x3.48x10®J1754.48)K.=3.32×10-,ms将得到的传质系数换算成以摩尔分数差为推动力的传质系数v,=Pkd乂=101.325×6.()67XIOfX1.62.57=0.1kmo1.m'sA,=ck1.(1=×3.32X1()TX1.62.57=0.1566kmo1.m%*"'"260GGGm(7rtz-m=+=+入K3k,a三),1.,S三)M-OG7.085136(X)×0.1×0.070657.0851x3.1636(X)×0.1566×0.07()65=0.8406m考虑到计算公式的偏差，事实上取Hog=1.2×0")6=1.(XK7m3.3.2 传质单元数的计算全塔的物料衡算方程为二(K-X?)依据该方程可以确定说明塔底洗油中苯的组成Kq(X1.X2)+:q*3897.56Y1=()(0.117-5025x1(尸)+0=0.2465kmo1.(苯)kmo1.(水蒸气)7.805于是，可以计算该塔德塔底、塔顶以及平均传质推动力分别为AK=R-X=3.I6×O.II7-O.2465=0.12322ZiY2=Yi-Y13.16X5.025XK)T=().0158790.12322-0.015879=0.052390.015879N=21zAY1.n0.05239也纹=4.得则解吸塔填料高度:Z=Hog-Nog=1.ooS7X4.7()51=4.75m圆整实际填料层高度取为5m,依据阶梯环塔填料的分段要求(文献)ZD=5-5力ns6m故，可以不进行分段。3.3.3 总高度的计算塔上部空间高度，可取为1.2m,塔底液相停留时间按3min考虑，塔液高度=3.2nq、J_1.263×IO'6()3n,、=T14z300-d×()-44100O塔板到塔液高度取0.7m,则塔釜所占高度为:h=5+1.2+3.2+O.7+2.5=12.6m3.4流体力学参数的计算3.4.1 解吸塔的压力降(1)气体进出口压力降.取气体进出口接管内径为50mm,则气体的进出口液速近似为37ms,则进口压力降为：3 =0=；Xo.5588×372=382Pa出口压力降为：p,=O.5pr=O.5O.5588×31.2=1.9IPa(2)填料层压力降气体通过填料层的压力降采纳文献ECkCrt关联图计算，其中实际操作气速为：“=Jhi-=().8988WS三箭×(0.3/4 4q<1.XX)C)QSq«GP1.,3897.56.,Om588754.48),5=().831-u2pgg_0.89862400.8×0.5588gp1.9.81×754.48杳文献ECkCn关联图得每米填料的压力降为200Pa,所以填料层的压Ap,=200×4=800Pa<3)其他塔内件的压力降其他塔内件的压力降W较小，在此可以忽视。于是得汲取塔的总压力降为：邸<=M+a+).=382+191+800=1373Pa3.4.2气体动能因子解吸塔内气体动能因子为：F=“、点=0.8988XJo.5588=0.672kg,-.n,12由文献川知气体动能因子在常用的葩围内。3.4.3解吸因子解吸塔内气体解吸因子为:,%；(5-1)由公式(5-1)可得:5=%1.=必理1.=.493614.99由文献知S在解吸因子相宜的范闹内。从以上的各项指标分析,该解吸塔的设计合理,可以满意解吸操作的工艺要求。3.5设计结果3.5.1设计结果一览表项目汲取塔解吸塔掾作气速u,nVs1.96760.8988泛点气速rn's3.2821.1997喷淋密度U,n,(zn2-)17.2468.96塔径Dm0.600.3商度h,m13.3412.6塔压降Ap，z«pa，m500200m科规格及名称聚内端阶梯环38×19×1)聚丙烯阶梯环(25x125x1.4)液体分布器蓬蓬式唉酒器多孔直管式液体再分布甥豉椎式再分器支撑板横极式榔板式压板桩条板榔条形气体进出口尺寸219x6”0x2，液体进出口尺寸”0x2.5”0x2.5表5-1设计结果一览表4附录4.1 主要符号说明：a1填料的总比表面积,一m'&填料的涧湿比表面积,球7m'd一填料直径,mA塔径,mD1.液体扩散系数,m：/Sm相平衡常数NOG-气相总传质单元数P-压力降,PaUf-泛点气速，m/sqMi.-液体质垃流R，kg/sX-液相摩尔分数y-气相摩尔分数乙填料层高度m4.2 希腊字母：B-充气系数。-表面张力NZtn冷开孔率或孔流系数6-填料因子D、-气体扩散系数,Msg-重力加速度,9.81ms?h-填料层分段高度,mH-塔高，IDH1.气相总传质单元高度,mUv-气体质量通量.kg(m±h)P-操作压力,PaU-空塔气速，m/sU-液体喷淋密度m3(m2h)q.MG-气体质i流疥kg/sX-液相摩尔比Y-气相摩尔比P-密度kgnr'£-孔隙率U-弑度mpa.sW-液体密度校正系数参考文献IU化工单元过程及设备课程设计.其次版.北京：化学工业出版社,2010.6:|2)石油化工设计手册第三卷.第版北京：化学工业出版社,2(X)1.12：(3化学工艺设计手册.第四版上册.北京：化学工业出版社，2009,6：(4化学工程手册.第一版.北京：化学工业出版社，1989,10：化工原理.第四版.北京：化学工业出版社，2010.2：