& & & &河北盛伟基业玻璃钢集团有限公司位于河北省衡水，注册资金4538万元，拥有固定资产1.6亿。企业员工1180 人，其中，高级职称5人，中级职称36人，初级技术人员236人。河北盛伟基业玻璃钢集团有限公司和北京玻璃钢研究设计院、机械电子工业部第四设计院、石家庄北方设计院、核四院、核七院、山东建科院、武汉工业大学、清华大学、哈尔滨建工学院等十几个科研单位和大专院校有长期协作关系，技术力量雄厚，年生产能力达到两亿元。 河北盛伟基业玻璃钢集团有限公司拥有完整、科学的质量管理体系，公司的诚信、实力和产品质量获得业界的认可。 &&
& & &固定电话：
& & &手机： & & & & & 联系人：孙经理
& & pp尾气吸收塔由进风段，贮液箱，多级喷淋段（填料，喷嘴，喷淋管道），挡水板，出风锥帽，基座等组成，结构紧凑，占地面积小。可采用不锈钢或玻璃钢制作。
& & 废气净化塔适用范围：
& & 适用于NOX，SO2，H2SO4，HCL，金属烟尘等有毒有害气体的净化，并适用于氨，硫化氢，甲醛，甲醇，胺类等恶臭物质的除臭处理。
& & pp尾气吸收塔，又叫酸性气体净化塔、酸雾吸收塔、废气净化塔及pp尾气吸收塔，起到祛除废气中有害气体的作用，具有适用范围广，净化效率高，设备阻力低，占地面积小的特点。
& & 净化塔主体：
& & （1）复合玻璃钢贮液箱、加液管，在吸液管上加有滤液装置，进风段采用复合玻璃钢制作。
& & （2）第一、二级喷液段均采用一排Y-1型尼龙喷嘴，保尔环滤料和有机玻璃检视孔。
& & （3）有效挡水段设有旋流板啬挡水的效果。
& & （4） 玻璃钢风帽盖。
& & （5） F4-72型玻璃钢离心通风机。
& & （6）塑料水泵或不锈钢离心泵。
& & （7）其它配件如塑料管件阀门、固定支架、检修爬梯和进风管道等，用户可在订货时定制。
& & pp尾气吸收塔-选型 ：
& & 我公司目前生产的型号有：1.5型、3型、5型、7.5型、10型、20型、30型、40型、50型九种规格。
& & 1、选定设备时，所需净化空间的排风量必须和设备处理风量及废气的初始浓度相符，否则达不到排风净化环境的要求。
& & 2、我公司生产的玻璃钢净化塔耐一般酸碱介质，如用户有特殊要求，应在订货时注明，我公司可特殊加工。用户需提供废气的成份、废气中每种成份的最高浓度、废气的最高温度、废气 每小时的排风量及排风方式。
& & 3、订货时必须注明风机进、出口方向，出风口角度，供水管及排污管位置，以满足设计及安装需要。
& & 4、酸雾净化塔前后管道，如用户需要玻璃钢管道者，须另行订货。非标准管道可根据设计图纸代加工，本公司实行优惠供应。
& & 5、我公司代为用户办理包装托运，（包装材料及运费由用户自理）。
& & 6、设备可用户自行安装，我公司免费为用户提供安装图纸及电话技术支持，也可为用户提供有偿现场技术指导安装。
& & pp尾气吸收塔的详细描述：
& & （1）复合玻璃钢贮液箱、加液管，在吸液管上加有滤液装置，进风段采用复合玻璃钢制作。
& & （2）第一、二级喷液段均采用一排Y-1型尼龙喷嘴，保尔环滤料和有机玻璃检视孔。
& & （3）有效挡水段设有旋流板啬挡水的效果。
& & （4）玻璃钢风帽盖。
& & （5）F4-72型玻璃钢离心通风机。
& & （6）塑料水泵或不锈钢离心泵。
& & （7）其它配件如塑料管件阀门、固定支架、检修爬梯和进风管道等，用户可在订货时定制。
& & & &我公司在废气处理及各种配管工程的施作上拥有相当丰富的经验，并且我们会依照客户的实际需求来作废气处理及管路的规划，我们从规划设计开始，到设备及管阀件的制造及安装施工，至完工试车。同时，我们亦提供一完整之产品线包括以PP、PVC、FRP等防腐蚀材料所制之管路、风机、加药、循环系统等。由于所有零配件皆专为我们的空污系统所设计制造，因此在整体系统零件供应上机动性较大可以为您节省大量维修费用。
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官方公共微信成绩目录第一节 前言 1.1 设计方案简介……………………………………………….3 1.1.1 设计项目…………………………………………….……..3 1.1.2 设计条件…………………………………………………..3 1.1.3 设计内容…………………………………………………..3 1.2 填料塔的主体结构与特点………………………………….3
1.2.1 结构………………………………………………………..3 1.2.2 特点…………………………………………………..……4 1.3 吸收剂选择………………………………………………….4 1.4 填料的选择……………………………………………….. ..5 1.5 工艺流程说明………………………………………...……..6 第二节 平衡关系及物料衡算 2.1 平衡关系…………………………………………………….7 2.2 物料衡算…………………………………………………….9 第三节 填料塔工艺尺寸计算 3.1 塔径的计算………………………………………………....10 3.1.1 填料层啉密度核算……………………………………..12 3.2 填料层高度计算……………………………………………12 3.2.1 传质单元高度计算………………………………………..15 3.2.2 传质单元数计算………………………………………….16 3.3 填料层压降的计算…………………………………………16 第四节 填料塔内件的选型和计算 4.1 支承装置……………………………………………………17 4.2 分布装置……………………………………………………18 4.3 进出口管的计算……………………………………………18 4.4 泵的选取……………………………………………………18 注： 1 计算结果总表………………………………………………….20化工原理课程设计2 填料塔设计主要符号一览…………………………………….21 3 参考文献……………………………………………………….23 4 后记…………………………………………………………….24 5 附录……………………………………………………………25 附件一：塔设备流程图…………………………………………..25 附件二：X-Y 相图………………………………………………..25 附件三：塔设备设计图…………………………………………..25第一节1.1 设计方案简介 1,1,1 设计项目回收甲醇的填料吸收塔前言1.1.2 设计条件① 混合气体流量 3800m3（标）.h-1 ② 混合气体组分含甲醇 6%，空气 94%（体积比） ③ 混合气体温度 40℃ ④ 吸收率 96% ⑤ 吸收剂温度 25℃ ⑥ 操作压强 1atm1.1.3 设计内容① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 确定操作流程,绘制流程图 选择吸收剂、填料 确定吸收平衡关系，绘制 X-Y 图、进行物料衡算 计算塔径、填料层高度 填料层压降核算、喷啉密度核算 附属设备选型和计算 绘制设备图1.2 填料塔的主体结构和特点 1.2.1 结构：2化工原理课程设计1.2.2 特点:填料塔【1】的塔身是一个直立式圆筒，底部有填料支承板，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 经液体分布器喷啉到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底流入，经气体分布装置 （小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙， 在填料的表面上，气液两相密切接触进行传质。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在分布器两部分，上层填 料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体在分布器，经重新分布后喷啉到下层填 料上。其中填料是填料塔的主要结构，塔的特性主要由他确定。工业上采用填料形式 分为散装填料，规整填料和格栅填料。工业上要求填料的传质分离效率高，压降小， 气液相通量大。填料流体力学和传质性能的最基本特性为比表面积和空隙率，以及填 料干因子。 为了使填料塔的设计获得满足分离要求的最佳设计参数（如理论板数、热负荷等） 和最优操作工况（如进料位置、回流比等），准确的计算出全塔各处的组分浓度分布 （尤其是腐蚀性组分）、温度分布、气液流率分布等，常采用高效填料塔成套分离技 术。而且，20 世纪 80 年代以来，以高效填料及塔内件为主要技术代表的新型填料塔 成套分离技术在国内受到普遍重视。由于其具有高效、低阻、大通量等优点，广泛应 用于化工、石化、炼油及其它工业部门的各类物系分离。1.3吸收剂的选择3化工原理课程设计对填料吸收塔，其吸收装置的流程主要由逆流操作、并流操作、吸收剂部分再循 环操作、多塔串联操作和串联-并联混合操作。逆流操作由于其传质平均推动力大，传 质速率快，分布效率高，吸收剂利用率高的特点在工业生产中得到广泛应用。 吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂性能的优劣，是 决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几个方面。 ① 溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的需要 量。 ② 选择性 吸收剂对溶质组分要有良好的吸收能力，而对混合气体中的 其他组分不 吸收或者吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离。 ③ 挥发度要低 操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的 挥发损失。 ④ 黏度 吸收剂在操作温度下黏度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和 传热速率的提高。 ⑤ 其他 所选用的吸收剂应尽量满足无毒性、无腐蚀性、不易爆燃、不发泡、冰点低、 价廉易得以及化学性质稳定等要求。 一般来说，任何一种吸收剂都很难满足以上所有要求，选用时应针对具体情况和 主要矛盾，既要考虑工艺要求又兼顾经济合理性。 用水吸收甲醇属易溶解的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收过程，因用 水作为吸收剂，且甲醇不作为产品，故采用纯溶剂。1.4 填料的选择塔填料(简称为填料)是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料 塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。 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两大类。 散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料 等。工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。工业生产对填料的基本要求 如下： （1）传质分离效率高 ①填料的比表面积 a 大，及单位体积填料具有表面积要大，因为它是汽液两相 接触传质的基础。 ②填料表面的安排合理，以防止填料表面的叠合和出现干区，同时有利于汽液两 相在填料层中的均匀流动并能促进汽液两相的湍动和表面更新，从而使填料表面真正 用于传质的有效面积增大，总体平均的传质系数和推动力增高。 ③填料表面对于液相润湿性好，润湿性好易使液体分布成膜，增大有效比表面积。 润湿性取决于填料的材质，尤其是表面状况。塑料的润湿性比较差，往往需要进行适 当的表面处理，金属表面粘着的加工用油脂需经过酸洗或碱洗清除。 (2)压降小，气液通量大 ①填料的孔隙率 ε 大压降就小，通量大。一般孔隙率大，则填料 8 的比表面积 小。分离效率将变差。散装填料的尺寸大，孔隙率大，比表面积小，规整填料波纹片4化工原理课程设计的峰高增大，孔隙率大，比表面积也大。如果填料的表面积安排合理，可以缓解 a 和 ε 的矛盾，达到最佳性能。 ②减少流道的截面变化，可减少流体的流动阻力。 ③具有足够的机械强度，陶瓷填料容易破碎，只有在强腐蚀性场合才采用。 ④重量轻，价格低 ⑤具有适当的耐蚀性能。 ⑥不被固体杂物堵塞其表面不会结垢。工业塔常用的散装填料主要有 DN16、DN25、DN38、DN50、 DN76 等几种规 格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加 很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使 塔的分离效率降低。表 1 塔径与填料公称直径的比值 D／d 的推荐值填料种类 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍 D/d 的推荐值 D/d ? 20~30 D/d ? 15 D/d ? 10~15 D/d&8 D/d&8综上所述：选择塑料鲍尔环 DN505化工原理课程设计1.5 工艺流程说明采用常规逆流操作流程(图形见附录)流程说明:混合气体进入吸收塔，与水逆流接触后，得到净化气排放;吸收甲醇后的水 若其值符合国家废水排放标准，则直接排入地沟，若不符合待处理之后待处理之后再 排入地沟第二节2.1 平衡关系平衡关系及物料衡算? ( xn ? xn?1 ) ? CL (tn ? tn?1 )tn ? tn?1 ?L?CL( xn ? xn?1 ) ? tn?1 ?m?CL?x-1C ―水在塔温度 t =(塔顶+塔底)/2 下的比热 kJ ?(kmol ?K) ?―甲醇的微分溶解热，kJ?kmol 。? =6310+r-1 -1r―入塔气体温度下甲醇的冷凝潜热，kJ?kmol 查《化工工艺算图》第一册，常用物料物性数据，得吸收剂水的平均比热容 CL=75.366 kJ／kmol?℃ 取△X=0.04，查阅相关资料得到，T1=25℃，T2=27.2287℃，由上式计算得出 ?=43091 kJ ／kmol. 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： tL=25+(4)△X 由此可依据6化工原理课程设计再根据△X 的值计算出不同的 t 值。 亨利系数 E 的计算1550 t ? 230 其中 t 的单位是℃，E 的单位是 atm。 lg E ? 5.478 ?E , y* ? mx P y* Y* ? 1? y * m?CL ? ? ? ? ? t ? E ? m ? y? ? Y ? ?x ? ?一直计算到 y*&y1 为止。 根据任务书：即 y*&0.06 依据上式 X 取 0，△X=0.04，求出相应 x 浓度下吸收液的温度 t L ，计算结果列于下表 由表中数据可见，浓相浓度 x 变化 0.004 时，温度升高 2.287℃，依此求取平衡线。各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据 x 0 0.004 0.008 0.012 0.016 0.02 0.024 0.028 0.032 0.036 0.04 0.044 0.048 0.052 0.056 T( c) 25 27.287 29.574 31.861 34.148 36.435 38.722 41.009 43.296 45.583 47.77 50.167 52.444 54.832 57.028。E（atm） 0.251 0.284 0.321 0.362 0.407 0.458 0.513 0.574 0.64 0.714 0.749 0.882 0.978 1.081 1.196m 0.251 0.284 0.321 0.362 0.407 0.458 0.513 0.574 0.64 0.714 0.749 0.882 0.978 1.081 1.197y*(× 10-3) 0 1.137 2.568 4.344 6.512 9.16 12.312 16.072 20.48 25.704 31.76 38.808 46.944 56.212 66.9677X(× 10-3) 0 4.016 8.065 12.146 16.26 20.408 24.59 28.807 33.058 37.344 41.667 46.025 50.42 54.852 59.232Y*(× 10-3) 0 1.138 2.575 4.363 6.555 9.245 12.475 16.335 20.908 26.382 32.812 40.375 49.255 59.56 71.874化工原理课程设计注： （1）平衡关系符合亨利定律，与液相平衡的气相浓度可用 y*＝mX 表示； （2）吸收剂为清水，x＝0，X＝0； （3）近似计算中也可视为等温吸收。 由前设 X 值求出液温 t L ℃，依上式计算相应 E 值，且 m＝E ，分别将相应 E 值 P及相平衡常数 m 值列于表 1 中第 3、4 列。由 y*＝mX 求取对应 m 及 X 时的气相平衡 浓度 y*，结果列于表 1 第 7 列。 根据 X―y*数据，绘制 X―Y 平衡曲线见附录。2.2 物料衡算⑴ 进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为 101.3kPa，故： 混合气量＝3800×（273 1 ）× =147.5 kmol／h 273+40 22.4混合气中甲醇量=147.5×0.06=8.84 kmol／h = 8.84×32= 282.88 kg／h混合气中空气量=147.5-8.84=138.16 kmol／h = 138.16×29=4006.64 kg／h ⑵ 进塔气相摩尔比为：Y1 ?y1 0.06 ? ? 0.06383 1 ? y1 1 ? 0.06出塔气相摩尔比为：Y2=Y1（1-?A）=0.06383×（1-0.96）=0.00256 进塔惰性气相流量为：V=（）×（273／273+40）×（1-0.06）8化工原理课程设计=139.1 kmol／h. 为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。即：Y ? Y2 Y ? Y2 ? L? 1 1 ? ? Lmin ? V ? ? * * X1 ? X2 X1 ? X 2 ? V ? min因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 X 2 ? 0 ，由上表得到 X2*=0.052, 所以 Lmin=139.1×0.064-0.0 kmol／h. 0.052由于操作的液气比的范围为： L ? (1.1 ~ 2.0) Lmin 选择操作液气比为：L=1.6Lmin=1.6×164.4=263 kmol／h. =263×18=4734 kg/h ∵V（Y1-Y2）=L(X1-X2) ∴X1= V／L(Y1-Y2) 且 X2 =0 ∴X1= 139 ? X1= 0.0320.064-0.X1=x1 = 0.032 1 ? x1x1=0.031第三节 填料塔工艺尺寸计算3.1 塔径的计算【2】～【4】D??VS uu =（0.6~~0.8）uF （ 《化工单元操作及设备》4P206 16-45）⑴ 采用 Eckert 通用关联图法计算泛点气速 uF ① 相关计算 塔底混合气流量 V`S＝2.88 =4289.52kg／h 液相流量可近似按纯水的流量计算：L=263×18=4734 kg/h9化工原理课程设计埃克特通用关联图进塔混合气密度 ?G ＝273 29 × =1.13 kg／ m3 (混合气浓度低，可近似视为空气 22 .4 273+40的密度) 吸收液密度 ? L ＝996.95kg/ m3 吸收液黏度 ? L ＝0.8973 mPa?s 经比较，选 DG50mm 塑料鲍尔环(米字筋)。查《化工原理》教材附录可得，其填料10化工原理课程设计因子 ? =124 m ?1 ，比表面积 A＝109 m 2 / m3 ② 关联图的横坐标值 L ` ?G 1/2 ?( ) 0.5=0.037 ( ) = .95 V ` ?L③由图查得纵坐标值为 0.18?F 2 ? ?G uF 2 ?120 1.13 ?( ) ? 0...18 （ ）? L 0.2= 即 9.81 996.95 g ?L故液泛气速 uF = ⑵ 操作气速 u＝0.7 uF ＝0.7×4=2.8 m/s (3).塔径0.18 =4 m/s 0.0112D??VS u=m=579mm 3600 ? 4 ? 0.785取塔径为 0.6m4(4)．核算操作气速U= m/s 3600 ? 0.785 ? 0.62&uF(5)．核算径比D/d＝600/50＝12，满足鲍尔环的径比要求。3.1.1 填料层喷淋密度的校核：①填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。 ② 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。 对于直径不超过 75mm 的散装填料，可取最小润湿速率 ? Lw ?min 为0.08m3 / m ? h 。 最小喷淋密度 L喷min ? （MWR）A ＝0.08×106.4＝8.512 m3 /(m2?h) 因L喷 ＝ m3 /(m?h) 2 996.95 ? 0.785 ? 0.6满足最小喷淋密度要求。11化工原理课程设计3.2 填料层高度计算算填料层高度，即 Z＝ H OG NOG ?VB Y1 dY KYa ? ?Y2 Y ? Y *(1)．传质单元高度 HOG 计算HOG =VB ，其中 KYa = KGa P | KYa ?1 1 1 （ 《化工单元操作及设备》 P209 ? ? KGa kGa HkLa16-7本设计采用（恩田式）计算填料润湿面积 aw 作为传质面积 a，依改进的恩田式分 别计算 kL 及 kG ，再合并为 k La 和 kGa 。 ①列出备关联式中的物性数据 气体性质(以塔底 40℃，101.325kPa 空气计)： ?G ＝1.13 kg/ m3 (前已算出)； ?G ＝ 0.01885× 10?3 Pa.s (查附录)； DG ＝1．09× 10?5 m2 / s 液体性质(以塔底 25℃水为准)： ? L ＝996.95 kg/ m3 ； ? L ＝0.8973× 10?3 Pa?s；0.5 7.4*10?12 ? ms） T （ 式计算)(《化学工程手册》 10-89)， DL =1.344× 10 m / s (以 DL ? ?LVA0.6?92式中 VA 为溶质在常压沸点下的摩尔体积， ms 为溶剂的分子量， ? 为溶剂的缔合因子。? L ＝71．6× 10?3 N／m(查化工原理附录)气体与液体的质量流速： LG`=4734 kg （m2 .s） / 2 =4.65 3600 ? 0.785 ? 0.64289.52 / 2 =4.21 kg （m .s） 2 3600 ? 0.785 ? 0.6VG`=Dg 50mm 塑 料 鲍 尔 环 ( 乱 堆 ) 特 性 ： d p ＝ 50mm ＝ 0.05m;A ＝106.4 m 2 / m3 ; ? C =40dy/cm=40×10-3 N/m;查《化学工程手册，第 12 篇，气体吸收》 ，有 关形状系数? ，? =1.45（鲍尔环为开孔环）12化工原理课程设计②依式aw ?c 0.75 ? LG' ? 0.1 ? LG '2at ? ?0.05 ? L' G ?0.2? ? ? ? ? ? ? ? 1 ? exp?? 1.45( ) ? ? 2 ? ? ? at?L ? ? ? 2 g ? ? ? ? at ? ?? g? ? ? ? ? ? L ? ? L ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 2 ? ?? ――液体表面张力，N/m；? c ――填料上液体铺展开的最大表面张力，N/m。要求σ &σ C。σ C 的值见表。GL ――液体空塔质量通率，kg/(s?m )；2? L ， ? L ――液体的粘度，N?s/m2 和密度，kg/m3。不同填料材质的 σ C 值 材质 碳 陶瓷 玻璃 聚氯乙烯 σ C/（mN/m） 56 61 73 40 材 聚乙烯 钢 涂石蜡的表面 质 σ C/（mN/m） 33 75 201 ? exp-1.45 （2 40 ?10-3 0.75 4.65 4.652 0.1 4.65 ?106.4 -0.05 0.2 ）（ ） （ ）（ ）} 71.6 ?10-3 106.4 ? 0. 996.952 ? 9.81 996.95 ? 71.6 ?10-3 ?106.4{= 1 ? exp {-1.45(0.228)(1.47)(1.52)(0.33)} = 1 ? exp (-0.243) =1-e-0.243=0.22 故 aw = ③根据 KL=0.0051( 式中LG ` 2/3 ?L 1/\3 ?Lg 1/3 ) ( ) ( ) (atdp)0.4 at?L ?L ?L DL2 aw . A =106.4×0.22=23.41 m A/ m3k L ――液相传质系数，kmol/（m2 s kmol/m3） ； DL ――溶液在液相中的扩散系数，m2/s；13化工原理课程设计d P ――填料的名义尺寸，m。=0.0051? （?3 4.65 0. 2/3 1/3 0.8973 ?10 ? 9.81 1/3 ） （ ） （ ） (23.41? 0.05)0.4 23.41? 0. 996.95 ?1.344 ?10-9 996.95=0.×8.56×0.02×1.06 =0.034 m/s ④依式 kG= 5.23(VG ` 0.7 ?G 1\3 atD G ) ( ) ( )(atdp) RT at?G ?GDG?5 4.21 1.885 ?10?5 0.7 1/3 106.4 ?1.09 ?10 （ ） （ ）( )(1.17) = 5.23 109 ?1.885 ?10-5 1.13 ?1.09 ?10?5 8.314 ? 313=5.23×(211.6)(1.15)(4.46×10 )(1.17) =6.64×10-4 kmol/(m2?S?kPa) 故 kL a ? kL aw =1.61× 10?4 ×23,41=3.3×10-3 (m/s)-7kG a ? kG aw =6.64×10-3×23.41=0.155 kmol /(m2 .s.kPa)(2)计算 KY aKY a ＝ KG aP ，而1 1 1 ? ? KGa kGa HkLa，H=?LEM S（《化工单元操作及设备》 P189 （16-21a） 。由于在操作范围内，随液相组成和温度 t L 的增加。E ＝2．54× 10 2 kPa , H ＝?LEI M S=996.95 =0.218 kmol /(m3.kPa) 2.54 ? 10 2 ? 181 = K Ga1 9.67 ? 10?2＋1 ＝414.34 0.218 ?1.04 ?10?2K Ga =1 =2.41×10-3 kmol /(m3.S.kPa) 414 .34-3 KYa = K Ga P=2.41×10 ×101.3=0.244 kmol /(m3.S )14化工原理课程设计3..2.1．传质单元数 NOG 计算NOG=?Y m ?Y1 ? Y 2 （ 《化工单元操作及设备》 P209 ?Ym16-54a） 16-26）(Y 1 ? Y 1*) ? (Y 2 ? Y 2*) （ 《化工单元操作及设备》 P212 (Y 1 ? Y 1*) ln (Y 2 ? Y 2*)YI-Y1*= YI-mx1=0.064-0.031×0.251=0.056 Y2-Y2*= Y2-mx2=0.×0.57?Ym ( ?) ?0.056 ? 0.01 0.056 ln 0.001570.064 ? 0.00256 ? 2.54 m 0.0151NOG ( I ) ?3.2.2 传质单元高度计算计算 HOGHOG =VB = KYaI?48.26 /
? 0.785 ? 0.62=0.54m填料层高度 z 计算 Z＝HOG ×NOG＝0.54×2.54＝1.37m 则完成本设计任务需 Dg50mm 塑料鲍尔环的填料层高度 z＝1．37， 此时选择填料层 高度为 2m＜6m 故不需要分段3.3 填料层压降的计算15化工原理课程设计取 Eckert (通用压降关联图)；将操作气速 u ' (＝3.73 m/s) 代替纵坐标中的 uF 查 表，DG50mm 塑料鲍尔环的压降填料因子 ? ＝125 代替纵坐标中的． 则纵标值为：u 2? P? ?V 0 ? ? ? L.2 = 0.18 g ?L横坐标为：WL ? ? V ? ? ? WV ? ? L ?0.5? 0.037根据以上二数值在埃克特图中的点确定塔的操作点， 查图得，此点位于△P/Z=150Pa/m 与△P/Z=200Pa/m 两条等压线之间。用内插法 估算可求得每米填料层的压强降约为 190Pa/m?P ? 190Pa/m ?Z全塔填料层压降?P =190×2=380 Pa第四节 填料塔内件的选型和计算4.1 支承装置① 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 填料压板和床层限制板在填料顶部设置压板和床层限制板。有栅条式和丝网式。 ③ 气体进出口装置和排液装置16化工原理课程设计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位置， 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 出口既要保证气流畅通， 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串通，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。4.2 分布装置 1、液体分布器设计的基本要求：（1）液体分布均匀 （2）操作弹性大 （3）自由截面积大 （4）其他17化工原理课程设计2、 液体分布器布液能力的计算（1）重力型液体分布器布液能力计算 （2）压力型液体分布器布液能力计算 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。 (3) 由于填料高度较小，都不到 6m，可不用液体再分布器4.3 进出口管的计算填料塔接管尺寸计算 为防止流速过大引起管道冲蚀，磨损，震动和噪音，液体流速一般为 0.5C3m/s ，气 体流速一般为 10-30m/s。由于该填料塔吸收在低浓度下进行，故气液体进出口的管径 相同。甲醇与空气混合气体，由于进口气体流量为 3800m/h，取 u=20m/s， 由公式 qv 3800 / 3600 d? ? ? 0.26m ? 260mm 0.785u 0.785 ? 20 因此进出管的规格为 ?260×10mm4.4 泵的选取查阅相关书籍及数据，选定得： 封头：540mm 喷头高：42mm 塔釜法兰高：200mm 喷淋高度：72mm 支撑裙座：2000mm 支持板：驼形支撑板：300mm ? 2 填料压板：丝网压板：100mm ? 2 整个塔高：2+0.54+1.33+2+0.2+1+0.6+0.2=7.87m18塔釜：1330mm 喷头弯曲半径：90mm 喷头上方空隙：200mm 塔顶空隙：1000mm化工原理课程设计1．从进液口至底高： H1 ? 7.87 ? 0.54 ? 0.2 ? 7.13m 2．选取管道的相关数据，选定：? 260mm ? 10mm ， 则内径 D=0.24m3． 25 0 C 水进口下：? ? 996.95kg / m3? ? 0. pa ? su? Q 1 ? ? D2 4 ? 245 / 3600 1 ? 3.14 ? (0.24)2 4 =1.51m/sR? ?0.1?1.5 ? 996.95 ? 1.78 ? 105 1.005 ?10?34．取管道粗糙度： ? ? 0.1mm ， 则相对粗糙度：?d? 0.024? 68 ? ? 0.1( ? )0.23 ? 0.02078d Rel u2 W f ? ? ? ? ? 68.79 d 2得： h ? 5．Wf g? 7.012m总 H ? h ? H1 ? ?H ? 17.26mQ? ? 1.1Q ? 1.1? 245 ? 269.5m3 / h6．据《化工原理》书相关图及数据： 选得： 泵型号：IS200-150-25注： 1.计算结果总表设计名称 操作压强 填料数据 种类 塑料鲍尔 环 填料尺寸 50×50× 0.6 124 泛点填料因子 压降填料因子 空隙率 比表面积 回收甲醇的填料吸收塔 1atm94m-10.96109 m / m2319化工原理课程设计物性数据 液相 液体密度 混合气体的平 996.95kg/ m3气相 1.13 kg／ m3均密度 混合气体的粘液体粘度 0.8973 mPa?s 液体表面张力 扩散系数 填充系数 892731kg/h2 1 0.68度 混合气体平均 摩尔质量 扩散系数 填充系数 物料衡算数据1.90×10-5 Pa?S29.3g/mol 1.25×10-9m2/s 3.1Y1Y2X1X2气相流量 G 4289.52kg液相流 量L 4734最小液 气比 1.1操作液气比0.0640.002560.0320／h 工艺数据1.6kg/h填料类型 塑料鲍尔 环塔速 2.8m/ s塔径气相总传质 单元数 2.54气相总传质单 元高度 0.54填料层 高度 2m填料层压降0.6m380 Pa填料塔附件 气体进口管径 气体出口管径 风机 离心泵? 260mm ? 10mm? 260mm ? 10mmIS100-80-160 IS200-150-2502.填料塔设计主要符号一览符号 ? HOG 说明 塔截面积 气相总传质单元高度 气相总传质单元数 以分压差表示推动力的 总传质系数20单位 m2 m ----kmol / ? m 2 ? s ? kPa ?NOGKG化工原理课程设计aW atkG单位体积填料的润湿面 积 填料总比表面积 以分压差表示推动力的气 膜传质系数 溶解度系数 以摩尔浓度差表示推动 力的液摩尔传质系数 气体常数 氨气在空气中中的扩散系 数及氨气在水中的扩散系 数 液体的表面张力 填料材质的临界表面张力 液体质量通量 气体质量通量 亨利系数 气体的粘度 平衡常数 填料形状系数 重力加速度 操作气速 分别为气体和液体的质 量流量 气相总体积传质系数 填料层高度 泛点气速 比热 吸收液密度 吸收液黏度 混合气体密度 液体空塔质量通率， 气体质量流速 液体质量流速 填料的名义尺寸 液体质量流量 气体质量流量 最小润湿速率m2m 2 / m3kmol / ? m 2 ? s ? kPa ?HkLkmol / ? m 2 ? kPa ?m/sRDv 、DL8.314kN ? m / ? kmol ? K ?m2 / h?L ?ckg / h2 kg / h2 kg/(O?h)kg/(O?h) atm Pa / s ---------m2 / s m/s K/hkmol / ? m3 ? s ?uL uVE uV m?g u WL WVKY aZuFCLmm/s-1?L ?L ?GGL LGkJ ?(kmol ?K) kg/ m3 mPa?skg / m3 kg/(s?m2)kg （m2 .s） /VGdP wL Wvkg （m2 .s） /m kg / s kg / sm3 / m ? h（Lw）21化工原理课程设计3．参考文献【1】 王树楹。现代填料塔技术指南，中国石化出版社，1997，贾绍义，柴诚敬。化 工原理课程设计。天津大学出版社 2002 【2】 柴诚敬，刘国维，李阿娜，化工原理课程设计。天津科学技术，1995. 【3】 潘国昌，郭庆丰。化工设备设计。清华大学出版社 1996 【4】 大连理工化工原理教研室，化工原理课程设计，大连理工大学出版社，199422化工原理课程设计4．后记化工原理课程设计是我们制药工程专业的学生在校进行的第一次设计，现在回想 起这一个多星期，近两个星期的课程设计，一路走来，感受颇多。两个星期的课程设 计，不仅让自己学到了实践过程，同时进一步加深了对理论知识的记忆与理解，使理 论与实践知识都有所提高。也让自己真正感受到对本专业知识的匮乏性。 这次课程设计给我提供了一个锻炼自己的平台。让我了解到在整个设计环节中要 努力去发现问题，研究问题，解决问题，提高了自己查找资料的动手能力，不能抱有23化工原理课程设计侥幸心理，要脚踏实地的完成任务，始终抱着一个科学严谨的态度。尽管困难摆在眼 前，但只要有了明显的目标，自己的信心便得到了维持和加强，自觉的去克服困难， 努力达到目标。这次报告的顺利完成离不了同学的帮助，离开不了老师的指导，为了 一个问题，同学们一起讨论，查阅资料。用了这么长的电脑，可是设计时 word 中的有 些操作还是不太灵敏，真正让我感受到学以致用的意义所在了，本次设计对电脑的要 求较高些，当初自己学 CAD 时就没学好，这次对自己来说挑战还真挺大的。现在这个 设计渐渐接近尾声了，自己心里还是挺开心，花了这么久，通过自己的努力，做出了 自己人生中的第一个几十页的课程设计，自豪感不可缺少的。 在不段的反复中走过来,有过失落,有过喜悦,这已不重要了,重要的是短短的 10 天, 磨历炼了我的心志,考验了我的能力,也证明了自己,也发现了自己的不足.为自己大四 的毕业设计打了坚实的基础！5．附录毕附件一：X-Y相图路24化工原理课程设计X-Y相图 250200150Y100500 0 20 40 X 系列1走来,感受颇多.不断的穿梭于大师们的思想缝6080100附件二：塔设备流程图 附件三：塔设备设计图25
化工原理课程设计
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