《化工原理》课程设计--水吸收HCL填料塔设计.docx
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3300m½o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2.1.1 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=1.005×10-3Pas表面张力.z=12.6dyn/cm=940896kg/h2Ha在水中的扩散系数：Dz=2.8×10-9m2s2.1. 2气相物性数据1 .混合气体的平均摩尔质量为MVm=0.08×36.5+0.92X29=29.62 .混合气体的平均密度Pv= 1.190kgm3PMvm_101JxlO3X29.6X103RT8.314x303R=8.314>KPakmolK3 .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=1.73XlOrPa7,=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=1.445×105m25 .1.3气液相平衡数据由手册查得，101.3kPa,20°C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:EMS998.2 220×18.02=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（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-=3×1.359=4.077VL=4.077×129.518=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;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=528.045×18.02=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S184×l×1.19O×l.OO502式中p泛点气速，m/s；g重力加速度，9.81ms2,pv,pl气相、液相密度，k/m3；L液体粘度，mPas；取"=0.8"f=0.8×2.528=2.022m/5=0.8122 m/54x33003.14×2.022×3600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、1400>1600>2000、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 100073= 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.=0.08×115=9.20/(加.ZOLh0.785D2= 10.55 加 3/(/.初 Umin459.37×18÷998.20.785×l.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?/$由。G=2(g)(?)M则293k,202.6kpa下，HC/在空气中的扩散系数为Dr=0.156×(-)(一)=0.0867cm25G202.6273液相扩散系数A=I.50x10-562/液体质量通量为UL =459.37×180.785 ×1.02= 10533.32(w2)气体质量通量为UV=言黑器=10919.11/(w2/?)X=mXl=1.375×0.01857=0.02553=mX1=0脱吸因数为S=叱=L375x13685=4096L459.37气相总传质单元数为：=M(1-5)+53丫2丫2=!XLn(l-0,40969)X(U).汹一0十。4096=5.4881-0.40960.0015-0气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：22=l-exp-1.45.(区严$.(J严.(ElA)-o-o5.()0.2%LaIPLgPLbM查表4知，c=33dyn/cm=427680kgh2-dexpi45x(3严5(l三333”xU5二匚“at940896115×3.6998.22×1.27×108所以，z×(10533.32?02=03582998.2×940896×115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×(115×1.56×3600×10-58.314×293液膜吸收系数由下式计算:U±l=0.0095-(J)3(=0.0095x(4"10533.32Pl'dl0.3582×115×3.62尸(Pl3.6998.2×2.80×109×3600H3.6l.27xlOy)2×()3998.2=0.664查表得：=ASKGa=KGaw=0.0803×0.3582×115×1.4511=4.9119kmol(m3hkpd)KLa=KLClW°A=0.664×0.3582×115x1.45°4=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=1÷9.5×(0.58-0.5)14×4.9779=6.3798ZmH/(，/hkpd)k,lci=1+2.6×(0.58-0.5)22×31.7350=32.0536%则KGa-jj=j!j=3.1746ktnoll(n,hkpci)+,aHl6.37980.199×31.7350thVV136.85n07in由Hnr=0.2710mKya,KG尸C3.1746×202.6×0.785×1.02由Z=HogNog=0.2710×5.488=1.4872mZ=(L21.5)Z设计取
