《化工原理》课程设计--水吸收HCL填料塔设计.docx

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1、化工原理课程设计水吸收HCL填料塔设计设计任务书L水吸收HCl填料塔的设计(一)设计题目试设计一座填料吸收塔,用于回收空气中的HCl气体。混合气体处理量为3300mo进口混合气中含HCI8%(体积百分数);混合气进料温度为30。采用20清水进行吸收。要求:HCl的回收率达到99.9%,塔顶排放气体中HCl含量低于0.1%。(二)操作条件(1)操作压力101.3kPa(2)操作温度20(3)吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定(4)塔型与填料自选,物性查阅相关手册。(三)设计内容(1)设计方案的确定和说明(2)吸收塔的物料衡算;(3)吸收塔的工艺尺寸计算;(4)填料层压降的计算;(5)液体分布器简

2、要设计;(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)吸收塔接管尺寸计算;(三)设计参数一览表;(12)绘制生产工艺流程图(A3号图纸);(13)绘制吸收塔设计条件图(A3号图纸);(14)对设计过程的评述和有关问题的讨论。目录前言11、填料塔主体设计方案的确定21.1装置流程的确定2L2吸收剂的选择21.3填料的选择22、基础物性数据及物料衡算32.1基础物性数据32.1.2气相物性数据32.1.3气液相平衡数据32.141,42.2填料塔工艺尺寸的计算52. 2.1塔径的计算53. 2.3填料层压降计算:84. 2.4液体

3、分布装置93、附属设备的选择与计算95. 1填料支撑装置93.2填料压紧装置103.3吸收塔主要接管的尺寸计算103.4填料塔附属高度的计算113.5离心泵和风机的选择121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吸收塔设id一览表16对本设Vf的述16-XX.-A刖三填料塔不但结构简单,且流体通过填料层的压降较小,易于用耐腐蚀材料制造,所以她特别适用于处理量肖,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化,所

4、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用逆流操作:气相自塔低进入由塔顶排出,液相自塔顶进入由塔底排出,即逆流操作。逆流操作的特点是:传质平均推动力大,传质速率快,分离效率高,吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。1.2 吸收剂的选择因为用水做吸收剂,故采用纯溶剂。1.3填料的选择塔填料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D/d。综合考虑填料规格,种类和材质后,选用聚丙烯鲍尔环填料2、基础物性数据及物料衡算2.1 基础物性数据2.1

5、.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。由手册查得20水的有关物性数据如下:密度:pt=998.2kgm3黏度:Z=1.00510-3Pas表面张力.z=12.6dyn/cm=940896kg/h2Ha在水中的扩散系数:Dz=2.810-9m2s2.1. 2气相物性数据1 .混合气体的平均摩尔质量为MVm=0.0836.5+0.92X29=29.62 .混合气体的平均密度Pv= 1.190kgm3PMvm_101JxlO3X29.6X103RT8.314x303R=8.314KPakmolK3 .混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20。时,空气的黏度=1

6、.73XlOrPa7,=6228xl(Mg/机注:N=kgmCPa=N/m2=Ikg/S1mlPa.s=lkg(m.s)4 .查手册得HCL在空气中的扩散系数Dv=1.445105m25 .1.3气液相平衡数据由手册查得,101.3kPa,20C时,Ha在水中的亨利系数为E=220kPa,HCl在水中的溶解度系数kmoU(m3.kPa)相平衡常数:m=C=也=2.172pIOl.3溶解度系数:EMS998.2 22018.02=0.252 kmoll(my kpd)2.1.4物料横算1 .进塔气相摩尔比为=00872 .出塔气相摩尔比为1=0001对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为:X2=0(

7、清水)混合气体流量:273 3500-273+30 22.4惰性气体流量:V = 140.780 (1-0.08) = 129.51 SkmolZh最小液气比:minX;-Xz0.087-0.001= 2.147取实际液气比为最小液气比的3倍,则可得吸收剂用量为:minLV-=31.359=4.077VL=4.077129.518=528.0452?。/2,(KY)_(0.087-0.001)129.518528.045=-U.UZ1V单位时间内通过吸收塔的惰性气体量,kmol/s;L单位时间内通过吸收塔的溶解剂,kmol/s;Y1Y2分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比,kmol/kmol

8、;XlX2分别为出塔及进塔液体中溶质组分的摩尔比,kmol/kmol;2.2填料塔工艺尺寸的计算2.2.1塔径的计算气相质量流量为:yv=3300x1.190=3927kg/h液相质量流量可近似纯水的流量计算,即。L=528.04518.02=9515.371kg/h填料总比表面积:at=5jrtr,水的黏度4=1.005xl0-3&.s9515.37 z 1.190 05X ()3927998.2采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度:=0.084叱皿2=oi43Wl查表得%=184WUf(M43x981x9982支,528加S184l1.19Ol.OO502式中p泛点气速,m/s;g重力加速

9、度,9.81ms2,pv,pl气相、液相密度,k/m3;L液体粘度,mPas;取=0.8f=0.82.528=2.022m/5=0.8122 m/54x33003.142.0223600圆整后取D=I/?式中D塔径,m;V操作条件下混合气体的体积流量,m3s;u空塔气速,即按空塔截面积计算的混合气体线速度,ms.圆整后取D=Im(常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、140016002000、2200)泛点率校核:330336000.785 LO2= 1.168?/ S=(对于散装填料,其泛点率的经验值为/=050.85)填料UF2.528规格校核:D 1

10、00073= 26.3 10-15液体喷淋密度校核:取最小润湿速率为(LW)min=008/()at=115w2n3所以m.m=Wy)min.=0.08115=9.20/(加.ZOLh0.785D2= 10.55 加 3/(/.初 Umin459.3718998.20.785l.O2经以上校核可知,填料塔直径选用。=Lom合理。2.2.2填料层高度的计算及分段查表知,0,101.3ZPa下,HCI在空气中的扩散系数。=0.156Cm?/$由。G=2(g)(?)M则293k,202.6kpa下,HC/在空气中的扩散系数为Dr=0.156(-)(一)=0.0867cm25G202.6273液相扩散

11、系数A=I.50x10-562/液体质量通量为UL =459.37180.785 1.02= 10533.32(w2)气体质量通量为UV=言黑器=10919.11/(w2/?)X=mXl=1.3750.01857=0.02553=mX1=0脱吸因数为S=叱=L375x13685=4096L459.37气相总传质单元数为:=M(1-5)+53丫2丫2=!XLn(l-0,40969)X(U).汹一0十。4096=5.4881-0.40960.0015-0气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:22=l-exp-1.45.(区严$.(J严.(ElA)-o-o5.()0.2%LaIPLgPLbM查

12、表4知,c=33dyn/cm=427680kgh2-dexpi45x(3严5(l三333”xU5二匚“at9408961153.6998.221.27108所以,z(10533.32?02=03582998.2940896115气膜吸收系数由下式计算:KG=0.237(2产.(户.(i)44PVDVRT= 0237x严 * =0.0S03kmol(m2 h kpd)0.0652.449 1.56 105 36002 )1(1151.56360010-58.314293液膜吸收系数由下式计算:Ul=0.0095-(J)3(=0.0095x(410533.32Pldl0.35821153.62尸(

13、Pl3.6998.22.801093600H3.6l.27xlOy)2()3998.2=0.664查表得:=ASKGa=KGaw=0.08030.35821151.4511=4.9119kmol(m3hkpd)KLa=KLClWA=0.6640.3582115x1.454=31.7350%=0.58)0.5UF,a=1+9.5-(-0.5)4KGauf由得,,ka=1+2.6-(-0.5)22勺。WP,a=19.5(0.58-0.5)144.9779=6.3798ZmH/(,/hkpd)k,lci=1+2.6(0.58-0.5)2231.7350=32.0536%则KGa-jj=j!j=3.1746ktnoll(n,hkpci)+,aHl6.37980.19931.7350thVV136.85n07in由Hnr=0.2710mKya,KG尸C3.1746202.60.7851.02由Z=HogNog=0.27105.488=1.4872mZ=(L21.5)Z设计取

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