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业界资讯

填料吸收塔设计说明书-废气治理设备

  目录

  前 言…………………………………………….…………..………………….2

  水吸收氨气填料塔设计………………………………….……………………….2

  一 任务及操作条件………………………………….….………………………..3

  二 吸收工艺流程的确定……………………………………………....................3

  三 物料计算………………………………………………………………………6

  四 热量衡算…………………………………………….………….......................7

  五 气液平衡曲线…………………………………………………...…………….7

  六 吸收剂(水)的用量Ls及塔底吸收液浓度X1….……………..........................8

  七 操作线…………………………………………….......……………………….9

  八 塔径计算…………………………………………………………………......10

  九 填料层高度计算………………………………...…………………………...12

  十 填料层压降计算…………………………………………..............................15

  十一 填料吸收塔的附属设备……………………….…………..……………...16

  十二 课程设计总结………………………………...…………………………...16

  十三 主要符号说明……………………………………...…………...................17

  十四 参考文献………………………………………..…………………………18

  十五 附图……………………………………………………………………….14

  前言

  在化学工业中,经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离,其主要目的是回收气体混合物中的有用物质,以制取产品,或除去工艺气体中的有害成分,使气体净化,以便进一步加工处理,或除去工业放空尾气中的有害成分,以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一,它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。

  氨是化工生产中极为重要的生产原料,但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气都会造成和污染,因此,为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染,需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收,本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气,使其达到排放标准。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况,从而使吸收过程易于进行,而且,填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点,从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。

  一 任务及操作条件

  设备型式:填料吸收塔

  混合气(空气、氨蒸汽)处理量:2940m3/h

  操作条件:

  进塔混合气体含氨3.51%(体积分数);相对湿度:66 %;温度36℃

  进塔吸收剂(清水)的温度:25 ℃

  氨回收率:91 %

  操作压力为常压。

  建厂地址 浙江宁波

  二 吸收工艺流程的确定

  2.1填料塔技术

  填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。气体从塔底送入,经气体分布装置分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。

  当液体沿填料层向动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。

  填料塔具有生产能力大,分离效率高,压降小,持液量小,操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处,如填料造价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面,使传质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料;对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等

  2.1.1 填料的类型

  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。

  2.1.2 填料的几何特性

  填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等,是评价填料性能的基本参数。

  2.1.3填料的选择

  填料的选择包括填料种类的选择、填料规格的选择(散装填料规格的选择、规整填料规格的选择)、填料材质的选择等,所选填料既要满足生产工艺的要求,又要使设备投资和操作费用最低。

  2.1.4填料塔的内件

  填料塔的内件主要有填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理地选择和设计塔内件,对填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。

  2.1.5工艺流程的现状和发展趋势

  填料塔技术用于各类工业物系的分离,虽然设计的重点在塔体及塔内件等核心部分,但与之相配套的外部工艺和换热系统应视具体的工程特殊性作相应的改进。例如在DMF回收装置的扩产项目中,要求利用原常压塔塔顶蒸汽,工艺上可以在常压塔及新增减压塔之间采用双效蒸馏技术,达到降低能耗、提高产量的双重效果,在硝基氯苯分离项目中;改原多塔精馏、两端结晶工艺为单塔精馏、端结晶流程,并对富间硝基氯苯母液进行精馏分离,获得99%以上的间硝基氯苯,既提高产品质量,又取得了降低能耗的技术效果。

  塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备,根据塔内气液接触构件的结构形式,可分为板式塔和填料塔两大类。

  板式塔内设置一定数量的塔板,气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层,进行传质与传热。在正常操作下,气相为分散相,液相为连续相,气相组成呈阶梯变化,属逐级接触逆流操作过程。

  填料塔内装有一定高度的填料层,液体自塔顶沿填料表面,气体逆流向上流动,气液两相密切接触进行传质与传热。在正常操作下,气相为连续相,液相为分散相,气相组成呈连续变化,属微分接触逆流操作过程。

  工业上,塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元操作过程。蒸馏过程多选用板式塔,而吸收过程多选用填料塔。

  2.2设计方案的确定

  用水吸收 属中等溶解度的吸收过程,为提高传质效率,选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂,且 产品,故采用纯溶剂。

  2.3填料的选择

  对于水吸收 的过程,操作温度及操作压力较低,工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中,塑料阶梯环填料的综合性能较好,故此选用 聚丙烯阶梯环填料。

  聚丙烯阶梯环主要参数

  143

  三 物料计算

  3.1基础物性数据

  3.1.1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《化学工程手册》查得,25℃时水的有关物性数据如下:

  密度为

  黏度为

  表面张力为

  在水中的扩散系数为

  3.1.2气相物性数据

  混合气体的平均摩尔质量为

  混合气体的平均密度为

  3.1.3气液相平衡关系

  由题目已经25℃下氨在水中溶解度系数为

  则常压下25℃时 在水中的亨利系数为

  相平衡为m=0.764

  3.2物料衡算

  进塔气相摩尔比为

  出塔气相摩尔比为

  进塔惰性气体流量为

  该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算,即

  对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为

  四 热量衡算

  热量衡算为计算液相温度的变化以判明是否为等温吸收过程。假设氨气溶于水放出的热量全被水吸收,且忽略气相温度变化及塔的散热损失(塔的保温良好)。

  查《化工工艺算图》第一册,常用物料物性数据,得氨气的微分溶解热:

  = kJ/kmol

  吸收液(依水计)平均比热容 =67 kJ/kmol·℃,通过下式计算

  对低组分气体吸收,吸收液浓度很低时,依惰性组分及比摩尔浓度计算较方便,故上式可写为:

  依上式,浓相浓度x变化0.001时,温度升高0.52℃,吸收剂为清水,x=0,X=0;设系列X值,求出相应X浓度下吸收液的温度 ,计算结果列于表1第l,2列中,依此求取平衡线。

  五 气液平衡曲线

  图得,当Y1=0.04986时,X1=0.01783,求最小液气比,

  六 吸收剂水的用量及塔底吸收液浓度

  取实际液气比为最小液气比的1.5,则实际液气比

  七 操作线

  依操作线方程式

  =1.044X+1.0436

  将所求的操作线绘于下图中。

  物料衡算汇总表

  2289.5

  八 塔径计算

  采用Eckert通用关联图计算泛点气速。

  气相质量流量为

  液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即

  Eckert通用关联图的横坐标为

  查通用关联图得

  查《化工原理课程设计》141页散装填料泛点填料因子平均值表得

  由空塔器速为(0.5—0.85)

  取

  由

  圆整塔径,取

  泛点率校核:

  经以上校核可知,填料塔直径选用 合理

  填料规格校核:

  液体喷淋密度校核:

  取最小润湿速率为

  查 聚丙烯阶梯环填料参数表得

  九 填料层高度计算

  脱吸因数为

  气相总传质单元数为

  气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:

  查《化工原理课程设计》143页聚丙烯的临界便面张力值表得

  液体质量通量为

  气膜吸收系数由下式计算:

  气体质量通量为

  液膜吸收系数由下式计算:

  由 ,查《化工原理课程设计》143页常见条件形状系数表得

  则

  由 , 得

  则

  由

  由

  设计取填料层高度为

  查《化工原理课程设计》145页散装填料分段高度推荐值表,

  对于阶梯环填料,

  取 ,则

  计算得填料层高度为3000mm,故不需分段。

  十 填料层压降计算

  采用Eckert通用关联图计算填料层压降

  横坐标为

  查《化工原理课程设计》146页 聚丙烯阶梯环填料因子平均值得

  纵坐标为

  查埃克特通用关联图得

  填料层压降为

  液体分布器的选型

  该吸收塔液相负荷较大,而气相负荷相对较低,故选用槽式液体分布器

  分布点密度计算

  按Eckert值, 时,喷淋点密度为

  布液点数为

  按分布点几何均匀与流量均匀的原则,进行布点设计。设计结果为:二级槽共设七道,在槽面开孔,槽宽度为80mm,槽高度为210mm,两槽中心矩为160mm。分布点采用三角形排列,实际设计布点数为n=600点,布液点示意图如下图所示

  布液计算

  由

  取

  设计取

  计算结果列表

  900mm

  十一 填料吸收塔的附属设备

  1、填料支承板

  分为两类:气液逆流通过平板型支承板,板上有筛孔或栅板式;气体喷射型,分为圆柱升气管式的气体喷射型支承板和梁式气体喷射型支承板。

  2、填料压板和床层板

  在填料顶部设置压板和床层板。有栅条式和丝网式。

  3、气体进出口装置和排液装置

  填料塔的气体进口既要防止液体倒灌,更要有利于气体的均匀分布。对500mm直径以下的小塔,可使进气管伸到塔中心,管端切成45度向下斜口或切成向下切口,使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔,管的末端可制 成下弯的锥形扩大器。气体出口既要气流畅通,又要尽量除去夹带的液 沫。最简单的装置是除沫挡板(折板),或填料式、丝网式除雾器。

  液体出口装置既要使塔底液体顺利排出,又能防止塔内与塔外气体,常压吸收塔可采用液封装置。

  注:(1)本设计任务液相负荷不大,可选用排管式液体分布器;且填料层不高,可不设液体再分布器。

  (2)塔径及液体负荷不大,可采用较简单的栅板型支承板及压板。其它塔附件及气液出口装置计算与选择此处从略。

  十二 课程设计总结

  经过了一周多时间的课程设计,现在终于完成了这次的课程设计要求,现在终于有了一点的。

  在本学期,我们学习了《化工原理》这一课程,《化工原理》是化学工程专业的一门重要的专业基础课,它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成一定加工目的的基本过程,其特点是化工生产过程中以物理为主的操作过程,包括流体流动过程、传热过程和传质过程。在这里面,我们主要学习了流体输送、流体流动、机械分离、传热、传质过程导论、吸收、蒸馏、气-液传质设备,以及干燥等。

  这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计,这是关于吸收中填料塔的设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单,压降低,填料易用耐腐蚀材料制造等优点。

  十三 主要符号说明

  --填料塔高

  十四 参考文献

  [1] 王明辉编著. 《化工单元过程课程设计》. 化学工业出版社,2007.8

  [2] 时钧,汪国鼎,余国琮,陈敏恒编著. 《化学工程手册》. 化学工业出版社, 1996.1

  [3] 冷士良,陆清,宋志轩编著. 《化工单元操作及设备》. 化学工业出版,2007.8

  [4] 林,陈砺,编著. 《化工设计》. 华南理工大学出版社, 2005.1

  [5] 涂晋林,吴志泉编著. 《化工工业中的吸收操作》. 华南理工大学出版社, 1994.12

  [6] 潘国昌,丰,编著. 《化工设备设计》. 大学出版社,1996.12

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