化工原理课程设计 吸收塔.docx

化工原理课程设计课题：设计水汲取半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料汲取塔设计者：王涛学号：1043082002指导老师：曹丽淑书目第章设计任务311设计题H31.2设计任务及操作条件31.3设计内容3其次章设计方案42.1设计流程的选择及流程图4第三章填料塔的工艺设计43.1 气液平衡关系43.2 汲取剂用量53.3 计算热效应53.4 定塔径63.5 喷淋密度的校核63.6 体积传质系数的计算73.7 填料层高度的计算83.8 附属设备的选择9第四章设计结果概要15第五章设计评价以下计*以第一组数据(1.nXn)为例3.3、计算物效应水汲取C02的量:Gt=V(Y1-Y2)=186.9509X(0.1223-0.0063)=21.6863Kmo1/h三化工原理设计导论图4-5得C02的溶解热q=97Kca1./Kg杳化工原理上册附录5,得水的Cp=4.174KJ/(KgK)则由1.×18×Cp×t=GA×44×q×4.18.21.6863X44X97X4.18.CC得:AtI=28192.1957、TBX1.174-0.1827C同理可求得At2=。.1583,t3=0.13190C,由于Ah,t2,At3均小于1。以所以温度改变不大，故此过程可视为等温汲取过程。3.4、 确定塔径a,确定混合气体的密度混合气体平均摩尔质量:查化工原理上册附录4得各组分的临界压力匕与临界温度1.：(如表二所示)COjH2CH,CO0,Pt(MPa)7.381.303.394.623.505.04Tf(K)30433.3126：'.'1133155各组分临界压力与临界温度(表二)混合气体的平均摩尔痂量：M-O.109×44+0.653×2+0.21X28+0.005×16+0.022×28+0.1.×32=12.71OOKgZKmo1.混合气体假临界压P,.=0.109X7.38+0.653×1.30+0.21×3.39+0.005X4.62+0.022X3.50+0.001×5.04=2.4470MPa混合气体假临界温度：T.=0.109×304+0.653X33.3+0.21X126+0.005×191+0.022X133+0.001X155=85.3769K-T303.15则对比湿度T尸仁二话所而-3.5507P18对比压力Pr=西07356由£化工原理设计导论图2-1得压缩系数Z=I,*PMIBOOX12.7100混合气体密度Pv=而=1.X83MX303.150772Kgm'b确定填料：选择塑料维尔环填料，规格：外径x'x厚mm=38X38X1.干填料因T220m1.比表面积a=15Sm2m3关联系数A=0.0942C.计算泛点空塔气速uf:由6化工原理3上册附录查得汲取剂水在30°C的液体粘度：=0.8007mPas混合气体痂量流速：G1=MV=12.7100X4700/22.4=2666.8304Kg/h汲取剂质量流速：G111=M1.=18×28192.1957=507459.5226Kgh.同理可求得G=585530.2188Kg/h.GE=7026362622Kgh由Ba1.n-Hougen关联式：用：，>；阳=h.75(：)°"(疗代入数据：.IUf901.7021./7521962.402s.0772x0,25IgHr220菽70.80072=0.0942-1.75(瓯而)()求得：Uf1.=o.0785ms.同理可求得Uf2=0.0675ms,u1.3=0.0552msd.取1=0.8山刚U1.=o.8Uf=0.8×0.0785=0.0628ms,同理可得，u2=0.0540ms,u3=0.0442ms该操作条件下气体体积流量：4700x(30+273,15)x101.3253,YS=273.15x1800x3600三816mIS则DI=忌=Jd黑8=1.2866««例整后(化工原理设计导论P123):D】=1.3m,同理可得，D2=1.而，D3=1.6m3.5、 喷淋密度的校核对于直径小于76三的环形填料，其最低润湿率1.W=o.08m3(mh)则最小喷淋密度UmiWa-0.08×155=12.4m3(m2h)G1.ii1i-4X507459.5226,1.1.UI=Q1.x中！=5X3.14X!3?=384.1639m"(m2h)>umi11,同理可得，u2=382.2039m3(m2h)>umin,u3=351.1498m3(m2h)>um*11故符合要求，3.6、 体积传质系数的计算由于传质阻力IJ要集中在液相，即此过程为液膜限制过程，则有与产口故此处计算液相传质系数口即可.采纳恩田式计算：液相扩散系数(化工原理设计导论式2-36)：1.173x1.(>i(M)°sT1.173XIOrSX(X6X川严X303.151.M1.Vb060JMO7×340*=2.3106×109m2s4G1.1i4X507459.5226,液相流率：W1.I=FrhIta3_=382511.9833Kg(m2h),同理可得，w2=380560.3918Kg(m2h),Wu=349639.8598K(m2h)由化工原理附录知：水在30C时,水的表面张力°G726X103Nm=9O896kgh)城利材质的临界表面张力：.=33O336()02=427680%填料总比表面积；0,="=155%；水的黏度：由工=80.07×IOiPaS=2.8825Kg(mh)重力加速改：g=9.81x3600'=1271376(X)/2水的密度：P1.=0=995.7%,填料潮湿表面积(参考书目式6-40)：(Of0-7三W1.1O1.Wif1.-005Wj%aw1.=1-e×p-1,45(一)(一)()>,.一，427680、075(38251.1.S01/382511.9S33×15S°-1=155×(1-e×p-1.45X(940896)X(155×i882sJX(995.72×i27i376)/382511.SSJf(995.7×94096X=127.2645m2m3同理可得，aw2-i27.1668m2m3,aw3=i25.5274m2m3由此可得液相传质系数(参考书目t6-46)雾滴。且由于操作塔径为1.3m,故采纳盘式液体分布器。a.2设计计算：&2.1液体进出口管径：液体进出管接口：4=,1.=1BX7，57=509.6510m3h由于是泵输送，所以取u=2.5ms)*41.j4×S09.6510则：d1.=(有=7114x2,5x3600H02686111根据热轧无缝钢管标准(GB8163-87),液体进出管接口尺寸0299mmX15mm,无缝钢管0299mm×15mm的内径：d=299-15×2=269mm,校验液体进出管接口速度:41.4×509.6510液体在管中的实际流速：U1.=嬴=*丽薪=24923ms,故选用0299mmX15mm钢管a.2.2分布板宣役：分布板直径D1=O.8×1.3m=1040mma.2.3分布板开孔数：月,液体流量：1.=O.141611r's流量系数*=0.6盘上小孔直径4=0.008板上液体高度66I0.14161.,则扎数：n三0785硒PdOz=0.785x0.6x0.0082xj2x1.3x9.81v=2279其结构图如图2和图3所示:盘式液体分布涔簿孔式（图2）喷头俯视图ES3）b.填料支撑板：填料支撑装置的作用是支撑塔内的填料和塔上的持液量，同时又能保证气液两相倾当通过。支撑板应有足够的机械强度和耐腐蚀实力。刷板式支掾装置是有直立的扁钢条饵接而成.扁钢条的间距应为填料外径的060.7倍.为防止填料从棚板条间空隙漏下，在装填料时，先在桶板上铺上一层孔眼小于填料直径的粗金属丝网。其结构如图4所示：柳板式支掾装置（图4）C-，体入口装置:填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的匀称分布。本设计采纳进气管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使气潦折转向上。其结构图如图5所示：2气体入口装置(图S)气体进出管接口直径：4=居303.15x101.325.且VS二4700X=293.6286ms因为操作压力为P=18OOKNm2,属高压操作，则UV取20ms,I4x293.6286得：=4×16x7=°°721m液体进出管接口：&=层1.18x28192.1957一“，一八,且，1.=9957=509.651011'h而I4×S09.6510取u=2.5ms得：儿=Jr=Ji4君7*600=°2686m由化工原理上册附录知：根据热轧无缝钢管标准(GB8163-87),气体进出管接口尺J选83nn×5mm；液体进出管接口尺寸299nn×15三校验气体进出管接口速度：气体进出管接口尺寸选083mmX5mm选择险算：083mmX5mm无缝钢管的内径：d=83-5×2=731.1.ra4V4X293.6286气体在管中的实际流速：Uv=m1.;=3Mx0.0734i丽=19.4976ms校验液体进出管接口速度：41.4X509.6510液体在管中的实际流速：U1.=嬴=而而嬴点=24923ms,d.封头：封头为压力容器的主要受压元件，此处采纳桶圆形封头，其由半个椭球和具有肯定高度的圆筒形亮体组成，此例简形壳体高度般称为直边高度设置直边高度的目的是为避开在封头和圆筒形壳体相交的这一结构不连续处出现饵缝，从而避开焊缝边缘应力问题。在制造难以程度上，由于椭圆形封头的深度较浅,冲压成形较易，是目前国内广泛应用的中低压容器的封头形式。如图6封头结构图（图6）由化工原理课程设计导论JB1.I54-73查表知:当塔径D=1.3m时，h=10mmmm.H=325ran泵的选择：由由299InnX15mm1U1.=*,=0.8007X10叩S算得雷诺数:0.8007×io-,=833703<ku1.p1.0.269×2,4923x995.7Re=K三化工原理（上册）P65表2.3得新的无缝钢管的肯定粗糙度£=0.2mm1.0.2=269=O-00074S化工原理（上册）3P64图2.原得4=0.017且取塔高Z=4.5+1.5+0325X2=6.65m1.R=15w取局部阻力系数1.x1828192.1957×183，4=0.17+0.75×2=1.67Mv=3600Pt=995.7X3600=0.1416ni-/sH1.="+Az+q,其中K=J，由于管PK2/Ikdkd）Jhd因此得壁相当于管径很小，所以dz=d=°269m="+ZPR(IeOo101,325)×1000995.7x9.8!÷6.65*8xA00171.1.1.671.×0.141629.81×3.142×0.2692=180.6153mH颔=H.×1.1=180.6153×1.1=198,6768m所以选择ZA200-100A型离心泵:扬程203m,120,流量850m3h第四章设计结果概要4.1主要符号说明(如表4)：T温度,rP压强，KPa;E一一亨利系数，KPa：M一一相平衡常数，无因次；1.汲取液量kmo1./hV一一气体量m一一空塔速度，m/s:UF一一液泛速度，m/s;«1.填料层的有效传质比表面积(t11tm3)U填料层的洵滑比表面积m2m3:熊一液膜汲取系数m/h;H1.一一液相传质单元高度，m;夕填料因子，11-1.:修正系数，无因次8重力加速度，kg(m2.h);N1.液相传质单元数，无因次；d填料直径，m；G情性气体i量，kmo1./hP一一密度kg11?符号说可4.2主要数据汇总(如表5)：3(表4)设计名称水汲取水煤气混合物中的二氧化碳的填汲取呀操作条件操作温度30T操作压力1800KNm2物料衡算数据Y1X1进塔气相流量进塔液相流量0.12230.00630.000770209.8214kmo1.h28192.1957kmo1.h工艺4段据塔径城料层高度填料Hf)1.3m1.5m塑料鲍尔环环De380.71136.2908填料塔附一设备液体喷淋装置填料支承板气体入口装置封头泵盘式液体分布器式装板挣置栅支管式分布结构椭圆形ZA200-400A型离心泵主要数据汇总（表五）叁考文献：张洪沅.化工原理设计导论.成都科技高校出版社.1991.4朱家骅，叶世超,夏素兰等.化工原理.科学出版社.2005.6匡国柱，史启才.£化工堆元过程及设备课程设计.化学工业出版社.2002.1王国胜.化工原理课程设计.大连理工高校出版社.2005.2陈英南，刘玉兰.常用化工单元设备的设计.华东理工高校出版社,2005.4压力容潜运用技术丛书编写委员会.&压力容器设计学问.化学工业出版社.2005.10化学工程手册编写委会组织.6化学工程手册3第6篇.化学工业出版社.1989第五章：设计评价通过参加此次课程设计，首先，自我体会到了如何将课本的学问运用到生产生活实际中：其次，由丁刚起先时对课程设计的J'解不深，致使自身没能很好的通过查阅资料了解到相关的一些信息，从而使得这次课程设计用时过长，并且没能刚好地与老师进行沟通，使得在前期的数据处理上与真实值出现较大的出入，而在另方面也表现出自身对填料塔的汲取过程相关学问要点没能很好的驾驭。本设计中的数据来源，物性参数，合适取值范围的确定都是查阅相关质料来确定的，其精确性相对较高。填料及与塔相关的附属设备都是选用的常用装置，塔高与塔径都在合理取值范围之内，其综合经济效益也较志向。本次化工原理课程设计历时两周，是学习化工原理以来第次独立的工业设计。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的平安性和经济合理性O这土期的化工原理学习中，我对于汲取塔的相识是很有限的，我们所遇到的汲取塔的计算也仅限于书上的例题和为了考试做的些资料，它们都是简化的或者局部的计算,而这次的课程设计让我接触到完完整整的汲取计算和一些协助设备的计算。让我感觉到，光是平常学习的内容对于在工程方面的应用是远远不够的，这须要我们平常自觉的培育自己的自学实力，设计中我学会了离开老师进行自主学习，参看多本指导书，完善自己的设计。通过本次课程设计的训练，让我对自己的专业有了更加感性和理性的相识，这对我们的接若学习是一个很好的指导方向，我们了解了工程设计的基本内容，驾取了化工设计的主要程序和方法，增加了分析和解决工程实际问题的实力。同时，通过课程设计，还使我们树立确的设计思想，培育实事求是、肃稗仔细、高度负奏的工作作风，加强工程设计实力的训练和培育严建求实的科学作风更尤为克要。最终，此次的课程设计过程中，由于刚起先对课程设计了解不深，在设计中也遇到许多问题,这里要感谢曹老师对我们的教育与楮助，感谢同学们的相江帮助，通过本次设计，我对汲取塔仃了更深层次的相识，体会到了如何把课本所学运用到设计中，并且初步r解至U/工业设计过程，是一次很不错的熬炼过程.让我在课程设计时相识到团队的力气，同时也得到了许多欢乐。