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水吸收氨填料塔设计-高压防爆风机

  一.前言

  课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节,是理论联系实际的桥梁,是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计,要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识,进行融会贯通的思考,在的时间内完成指定的化工设计任务,从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计,要求学生了解工程设计的基本内容,掌握化工设计的程序和方法,培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时,通过课程设计,还可以使学生树立正确的设计思想,培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。

  课程设计是增强工程观念,培养提高学生工作能力的有益实践。

  二、设计任务:

  完成填料塔的工艺设计与计算,有关附属设备的设计和选型,绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔装置图,编写设计说明书。

  三、设计条件

  1、气体混合物成分:空气和氨;

  2、氨的含量: 4.5%(体积);

  3、混合气体流量: 4000m3/h;

  4、操作温度:293K;

  5、混合气体压力:101.3KPa;

  6、回收率: 99.8%。

  四、设计方案

  1.吸收剂的选择 根据所要处理的混合气体,可采用水为吸收剂,其廉价易得,物理化学性能稳定,选择性好,符合吸收过程对吸收剂的基本要求。

  2.流程图及流程说明

  该填料塔中,氨气和空气混合后,

  经由填料塔的下侧进入填料塔中,与从

  填料塔顶流下的清水逆流接触,在填料

  的作用下进行吸收。经吸收后的

  混合气

  体由塔顶排除,吸收了氨气的水 由填料

  塔的下端流出。(如右图所示)

  3.塔填料选择 该过程处理量不大,所用的塔直径不会太大,可选用38mm聚丙烯阶梯环塔填料,其主要性能参数如下:

  比表面积a:132.5 空隙率 :0.91

  干填料因子 :

  五、工艺计算

  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。混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。

  空气和水的物性如下:

  空气:

  水:

  1. 物料衡算,确定塔顶、塔底的气液流量和组成

  查表知,20 下氨在水中的溶解度系数

  亨利系数

  相平衡

  进塔气相摩尔比为:

  出塔气相摩尔比为:

  对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为: (清水)

  混合气体的平均摩尔质量为:

  混合气体流量:

  惰性气体流量:

  最小液气比:

  取实际液气比为最小液气比的1.5倍,则可得吸收剂用量为:

  液气比

  2.塔径计算

  混合气体的密度

  采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度:

  取泛点率为0.6,即

  圆整后取

  泛点率校核:

  (在允许的范围内)

  填料规格校核:

  液体喷淋密度校核:

  取最小润湿速率为:

  所以

  经以上校核可知,填料塔直径选用 合理。

  3. 填料层高度计算

  查表知, 0 ,101.3 下, 在空气中的扩散系数

  由 ,

  则293 ,101.3 下, 在空气中的扩散系数为

  液相扩散系数

  液体质量通量为

  气体质量通量为

  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:

  查表知,

  所以,

  气膜吸收系数由下式计算:

  液膜吸收系数由下式计算:

  查表得:

  则

  由 得,

  则

  由

  由

  设计取填料层高度为:

  查表:对于阶梯环填料,

  将填料层分为两段设置,每段6m,两段间设置一个液体再分布器。

  4.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:

  查表得:

  纵坐标为:

  查图得,

  填料层压降为:

  5.液体分布装置

  液体分布器的选型:

  液体在塔顶的初始均匀喷淋,是填料塔达到预期分离效果的重要条件。

  液体分布装置的安装,须高于填料层表面200mm,以提供足够的空间,让上升气流不受约束地穿过分布器。根据该物系性质,可选用目前应用较为广泛的多孔型布液装置中的排管式喷淋器。多孔型布液装置能提供足够均匀的液体分布和空出足够大的气体通道(截面一般在70%以上),也便于制成分段可拆结构。

  液体引入排管喷淋器的方式采用液体由水平主管一侧引入,通过支管上的小孔向填料层喷淋。

  由于液体的最大负荷低于 ,按照设计参考数据可提供良好的液体分布:主管直径---50mm,支管排数---5,排管外缘直径---760mm,最大体积流量---12.5

  排管式喷淋器采用塑料制造。

  分布点密度计算:

  为了使液体初始分布均匀,原则上应增加单位面积上的喷淋点数。但是,由于结构的,不可能将喷淋点设计得很多。根据Eckert,当 时,每 塔截面设一个喷淋点。则总布液孔数为:

  布液计算:

  由

  取 ,

  则

  6.液体再分布装置

  实践表明,当喷淋液体沿填料层向动时,不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态,液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加、填料主体的流量减小,影响了流体沿塔横截面分布的均匀性,降低传质效率。所以,设置再分布装置是十分重要的。可选用多孔盘式再分布器。分布盘上的孔数按喷淋点数确定,孔径为 3.6mm。为了防止上一填料层来的液体直接流入升气管,应在升气管上设帽盖。它的设计数据如下:分布盘外径---785mm,升气管数量---6.

  7.填料支撑装置

  填料支撑装置对于填料塔的操作性能具有重大作用。采用结构简单、截面较大、金属耗用量较小的栅板作为支撑板。为了改善边界状况,可采用大间距的栅条,然后整砌一、二层按正方形排列的瓷质十字环,作为过渡支撑,以取得较大的孔隙率。由于采用的是 的填料,所以可用 的十字环。

  塔径 ,设计栅板由两块组成。且需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400mm,每块重量不超过700N,以便从人孔进行装卸。

  8.气体的入塔分布

  设计位于塔底的进气管时,主要考虑两个要求:压力降要小和气体分布要均匀。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,本装置由于直径较小,可采用简单的进气分布装置。

  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。

  六、设计一览表

  填料吸收塔设计一览表

  七、对本设计的评述

  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。

  本设计中,开始的时候我打算采用Eckert通用关联图计算泛点气速,但是我发现用查图的方法误差很大,同时参考了其他的一些资料上的算法发现也有用贝恩(Bain)——霍根(Hougen)关联式计算泛点气速的,所以最后采用了关联式来计算泛点速度。

  在填料的选择中,我几乎是用排除法来选择的,后来认为DN38计算得的结果比比较好。虽然在同类填料中,尺寸越小的,分离效率越高,但它的阻力将增加,通量减小,填料费用也增加很多。用DN38计算所得的D/d值也符合阶梯环的推荐值。

  解决了的问题之后就是通过查找手册之类的书籍来确定辅助设备的选型,我选择栅板支承装置作为填料支撑。

  本设计我们所设计的填料塔产能大,分离效率高,持液量小,填料塔结构较为简单,造价适合。不过,它的操作范围小,填料润湿效果差,当液体负荷过重时,易产生液泛,不宜处理易聚合或含有固体悬浮物的物料等。

  课程设计是我们在校大学生必须经过的一个过程,通过课程设计的锻炼,可以为我们即将来的毕业设计打下的基础!

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