环境工程原理课程设计丙酮吸收填料塔要点.pdf
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1、环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 1 环 境 工 程 原 理 课 程 设 计 题目水吸收丙酮填料塔设计 学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2014 年 6 月 16 日 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 2 目录 第一章 设计任务书 . 3 1.1 设计题目 3 1.2 设计任务及操作条件 3 1.3 设计内容 3 1.4 设计要求 3 第二章 设计方案的确定 . 4 2.1 设计方案的内容 4 2.1.1 流程方案的确定 4 2.1.2 设备方案的确定 4 2.2 填料的选择 5 第三章 吸收塔的工艺计算 . 6 3.1 基础物性数据 6 3.1.1 液相物性数据
2、 6 3.1.2 气相物性数据 6 3.1.3 气液平衡相数据 7 3.2 物料衡算 7 3.3 填料塔塔径的计算 8 3.3.1 泛点气速的计算 8 3.3.2 塔径的计算及校核 9 3.4.1 气相总传质单元数的计算 . 10 3.4.2 气相总传质单元高度的计算. 10 3.5 填料塔流体力学校核 . 13 3.5.1 气体通过填料塔的压降 . 13 3.5.2 泛点率. 13 3.5.3 气体动能因子 . 13 第四章 塔内辅助设备的选择和计算 14 4.1 液体分布器 . 14 4.2 填料塔附属高度 . 15 4.3 填料支承装置 . 15 4.4 填料压紧装置 . 15 4.5
3、液体进、出口管 . 16 4.6 液体除雾器 . 16 4.7 筒体和封头 . 17 4.8 手孔. 17 4.9 法兰. 18 4.10 裙座 19 第五章 设计计算结果总汇表 21 第六章 课程设计总结 24 参考文献 . 25 附录. 26 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 3 第一章 设计任务书 1.1 设计题目 水吸收丙酮填料塔设计 1.2 设计任务及操作条件 (1)气体处理量: 1820 m 3/h (2)进塔混合气含丙酮5%(Vol) ,进塔温度 35 (3)进塔吸收剂(清水)温度:25,吸收剂的用量为最小用量的1.3 倍 (4)丙酮回收率: 90% (5)操作压力:常压
4、 (6)每天工作 24 小时,一年 300 天 1.3 设计内容 (1)确定吸收流程 (2)物料衡算,确定塔顶塔底的气液流量和组成 (3)选择填料、计算塔径、填料层高度、填料分层、塔高 (4)流体力学特性校核:液气速度求取、喷淋密度校核、填料层压降计算 (5)附属装置的选择与确定:液体喷淋装置、液体再分布器、气体进出口 及液体进出口装置、栅板 1.4 设计要求 (1)设计说明书内容 目录和设计任务书 流程及流程说明 设计计算及结果总汇表 对设计成果的评价及讨论 参考文献 (2)绘制填料塔设计图 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 4 第二章 设计方案的确定 2.1 设计方案的内容 2.1
5、.1 流程方案的确定 本工艺采用清水吸收丙酮, 为易溶气体的吸收过程, 由于逆流操作传质推动 力大,传质速率快,分离效率高,吸收剂利用率高,故选用逆流操作,即气体自 塔低进入由塔顶排出,液体自塔顶进入由塔底排出。 流程说明: 在该填料塔中, 丙酮和空气的混合气体经由填料塔的下侧进口进入塔中,与 从填料塔塔顶流下的清水逆流接触,在填料表面进行传质吸收, 经过吸收的混合 气体从塔顶排出, 吸收了丙酮的水由填料塔的下端流出。常规逆流操作流程见图 1-1。 图 1-1 常规逆流操作流程图 2.1.2 设备方案的确定 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备,塔身是一直立 式圆筒,底部装有填
6、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。 填料层的上方有液体分布装置,从 而使液体均匀喷洒在填料层上。 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 5 2.2 填料的选择 对于水吸收丙酮的过程, 选择 DN50 金属环矩鞍填料, 其具体结构特性参数 见表 2-1。 表 2-1 金属环矩鞍填料结构特性参数 1 公称尺寸 Dg/mm 外径 高 厚 dH /(mm m m mm) 堆积个数n/ (个 /m -3) 堆积密度 p/(kg/m 3) 空隙率/% 比表面积 a/(m 2/m3) 干填料因子 3 /Fa/m -1 50 50 40 1
7、10400 291 96 74.9 84 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 6 第三章 吸收塔的工艺计算 3.1 基础物性数据 3.1.1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程, 溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查 得,25时水的有关物性数据如下: 密度 2 : 3 997.08/ L kg m 黏度 3 :0.89373.22/ () L mPa skgm h 表面张力 4 :71.97/ L mN m=932731.2 2 /kgh 查手册 5 得 15时丙酮在水中的扩散系数为: 92 1.25 10/ L Dms 又因液体中扩散系数 6 : 81 / 2 r , 2 12
8、 0.6 2,1 7.4 10 (M) m T D V AB D 溶质 1 在溶剂 2 中的扩散系数, 2 /cms; ,2r M 溶剂 2 的分子量; T 温度, K ; 2 溶剂 2 的粘度; m , 1 V 溶质 1 在正常沸点下的分子体积; 溶剂 2 的缔合参数,无因次,水为2.6;甲醇为 1.9;乙醇为 1.5; 其他非缔合液体为1 故 25时丙酮在水中的扩散系数为: 80 . 5 0 . 6 9262 7. 41 0( 2. 61 8. 0 2 )( 2 7 3. 1 52 5 ) 0. 8 9 3 77 5. 6 1. 2 6 11 0/4. 5 3 9 61 0/ L D ms
9、mh 3.1.2 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量: 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 7 y0. 0 55 8. 0 80. 9 52 93 0. 4 5 V mii MMk gkm o l 混合气体的平均密度: 3 1 0 1. 33 0. 4 5 1. 2 0 4 0/ 8. 3 1 4( 2 7 3. 1 53 5 ) Vm Vm PM kgm RT 混合气体的粘度可近似取空气的粘度,查手册 7 得 35空气的粘度为: 5 1. 8 3 21 00. 0 6 5 9 5/ ( m h ) V P a sk g 查手册 8 得丙酮在空气中扩散系数为: 1 . 5 0. 0 0
10、 4 3 V Dk T 0 . 0 0 4 2 6k 故 35时丙酮在空气中的扩散系数为: 1 . 522 0. 0 0 4 30. 0 0 4 2 6( 2 7 3. 1 53 5 )9 9 0. 8 8/0. 0 3 5 6 7/ V Dmhmh 3.1.3 气液平衡相数据 由 2040 lg9.171E T 可知: 常压下 25时丙酮在水中的亨利系数为: 2040 9.171 273.15 25 10213.209EkPa 相平衡常数为: 213.209 2.105 101.3 E m P 溶解度系数为: 3 9 9 7. 0 8 0. 2 5 9 5/ () 2 1 3. 2 0 91
11、 8. 0 2 L s Hk m o lk P am EM 3.2 物料衡算 进塔气相摩尔比为: 1 1 1 0. 0 5 0. 0 5 2 6 110. 0 5 y Y y 出塔气相摩尔比为: 21(1 )0.0526 (1 0.9)0.00526 A YY 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 8 进塔惰性气体流量为: 1 8 2 02 7 3 . 1 5 (10 . 0 5 )6 8 . 4 2/ h 2 2 . 42 7 3 . 1 53 5 Vk m o l 该过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算,即: 12 min 12 () / mX YYL VY 对于纯
12、吸收过程,进塔液相组成为: 2 0X m i n 0 . 0 5 2 60 . 0 0 5 2 6 ()1 . 9 0 6 5 0 . 0 5 2 6 / 2 . 1 0 50 L V 取操作液气比为: m i n 1 . 3 ()1 . 31 . 9 0 6 52 . 4 7 8 4 LL VV 故吸收剂用量为: m i n ()2 . 4 7 8 46 8 . 4 21 6 9 . 5 7 2/ L LVk m o lh V 由物料衡算式 1212 ()()V YYL XX可知: 12 1 (YY )68.42(0.05260.00526) 0.0191 169.572 V X L 3.3
13、 填料塔塔径的计算 3.3.1 泛点气速的计算 采用埃克特( Eckert)泛点气速关联图进行计算,关联图见图3-1。 气相质量流量为: = 1 8 2 01. 2 0 4 0 = 2 1 9 1. 2 V Wk gh 液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即: 1 6 9. 5 7 21 8. 0 23 0 5 5. 6 L Wk gh Eckert 通用关联图的横坐标为: 0 . 50 . 5 3 0 5 5. 6 91. 2 0 4 0 ()()0. 0 4 8 2 1 9 1. 2 89 9 7. 0 8 VL VL W W 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 9 、 图 3-1
14、Eckert 通用关联图 9 查图 3-1 得: 2 0.2 0.045 FFV L L u g 查附表 1 得: 1 135 F m 0.50.5 0.20.2 0.0450.0459.81 997.08 ()()1.664/ s 1351 1.20400.8937 L F FVL g um 取0.80.8 1.6641.331/ F uum s 3.3.2 塔径的计算及校核 塔径的计算: 44 1820/ 3600 0.696 3.14 1.331 S V Dm u 塔径圆整,取 0.7Dm 泛点率校核: 2 1 8 2 0 / 3 6 0 0 1 . 3 1 4/ 0 . 7 8 50
15、. 7 ums 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 10 1. 3 1 4 1 0 0 %7 9. 0 % 1. 6 6 4 F u u (在允许范围内) 填料规格校核: 700 148 d50 D 液体喷淋密度校核: 取最小润湿速率为 3 m i n ()0. 0 8/ () W Lmm h 由表 2-1 可知: 23 74.9/amm 32 minmin ()0.08 74.95.99/ () W ULammh m i n 2 3 0 5 5 . 6 9 / 9 9 7 . 0 8 7 . 9 7 0 . 7 8 50 . 7 UU 经以上校核可知,填料塔直径选用700Dmm合理。
16、3.4 填料层高度的计算 3.4.1 气相总传质单元数的计算 * 11 =2.105 0.01910.0402YmX * 22 0YmX 脱吸因数为 2 . 1 0 56 8 . 4 2 0 . 8 4 9 1 6 9 . 5 7 2 mV S L 气相总传质单元数为 * 12 * 22 1 ln(1)S 1 10.05260 ln(10.849)0.8495.684 10.8490.005260 OG YY NS SYY 3.4.2 气相总传质单元高度的计算 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式 10计算: 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 11 22 0 . 7 50 . 10
17、. 0 50 . 2 2 1ex p1. 4 5()()()() wcLtLL tLtLLLLt aU aUU aaga 查附表 2 得 2 7 5/9 7 2 0 0 0/ C d y ncmk gh 液体质量通量为 2 2 3 0 5 5 . 6 9 7 9 0 3 . 8 0/ () 0 . 7 8 50 . 7 L Uk gmh 2 0 . 7 50 . 10 . 0 5 28 2 0.2 9720007903.807903.8074.9 1.45()()() 932731.274.9 3.22997.081.27 10 1exp 7903.80 () 997.08 932731.2
18、74.9 0.580 w t a a 气膜吸收系数由下式 10计算: 1 0 . 7 3 0. 2 3 7 ()()() VVtV G tVVV Ua D k aDR T 气体质量通量为 2 2 1 8 2 01 . 2 0 4 0 5 6 9 6 . 8 2/ () 0 . 7 8 50 . 7 V Uk gmh 1 0 . 7 3 2 5 6 9 6 . 8 20 . 0 6 5 9 57 4 . 90 . 0 3 5 6 7 0 . 2 3 7 ()()() 7 4 . 90 . 0 6 5 9 51 . 2 0 4 00 . 0 3 5 6 78 . 3 1 42 9 8 . 1 5
19、0 . 0 4 1 0/ () G k k m o lmhk P a 液膜吸收系数由下式 10计算: 211 332 21 32 6 8 1 3 0.0095()()() 7903.803.22 0.0095()() 0.5874.93.22997.084.539610 3.22 1.2710 ()0.3897/ 997.08 LLL L wLLLL Ug k aD m h 由 1 . 1 GGw kaka ,查附表 3 得 1. 4 5 则 1 . 1 GGw kaka 1 . 13 0. 0 4 1 00. 5 8 07 4. 91. 4 52. 6 8 0/ ()k mo lmh k P
20、 a 环境工程原理课程设计水吸收丙酮填料塔设计 12 0 . 4 LLw k aka 0 . 4 0. 3 8 9 70. 5 8 07 4. 91. 4 51 9. 6 4 2 1 /h 1. 3 1 4 7 9. 0 %5 0 % 1. 6 6 4 F u u 由 1 . 4 19. 5 (0. 5 ) GG F u k ak a u , 2.2 12.6(0.5) LL F u k ak a u ,得 1 . 43 19. 5( 0. 7 89 70. 5 )2. 6 8 07. 1 7 4/ () G k ak m o lmh k P a 2 . 2 12. 6( 0. 78 9 70
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