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化工原理课程设计说明书水吸收氨气填料塔.doc

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华北水利水电大学 North China University of Water Resources and Electric Power 课 程 设 计 题目 水吸收氨过程的 填料吸收塔设计 学 院 专 业 姓 名 学 号 指导教师 完成时间 教务处制 化工原理课程设计任务书 课程设计名称 化工原理课程设计 专业班级 (学生人数) 指导教师 本学期承担相应课程教学任务情况 课程设计目的及任务 化工原理课程设计是 本① 混合气含氨量%(体积分数,下同),塔顶排放气体中含氨量低于0.02%。 ② 操作压力-常压 ③ 操作温度-20℃ ④ 填料类型 20℃时氨在水中的溶解度系数H=0.725 kmol/(m3?kPa) 课程设计要求 设计中需要学生自己做出决策,即自己定方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备计算,并要求对自己的选择做出论证和核算,经过反复的分析比较,择优选定最理想的方案和合理的设计。 本次设计要求具体如下: ① 吸收塔的物料衡算; 聚丙烯阶梯环填料。氨气在水中溶解度较大,故吸收剂选用清水;温度在填料的适宜温度下选择20℃。 第2章 工艺计算及主体设备选型 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℃时水的有关物性数据如下: 密度:;粘度: 表面张力:; NH3在水中的扩散系数: 2.1.2气相物性数据 ①进塔前混合气体的流量2000 m3/h为标况下,所以0℃时气体有关物性数据由手册查得如下: 混合气体的平均摩尔量:; 混合气体的平均密度:; ② 进塔后操作温度为20℃,20℃时气体有关物性数据如下: 混合气体的平均密度:; NH3在20℃空气中的扩散系数:; 混合气体粘度可近似取为空气的粘度; 混合气体的粘度:; 2.1.3气液相平衡数据 已知20℃时氨在水中的溶解度系数H=0.725 kmol/(m3?kPa) 常压下20℃时氨在水中的亨利系数【1】为: MS为溶剂的摩尔质量,kg/kmol; ρS为溶剂即水的密度,kg/m3 相平衡常数为: 2.1.4.物料衡算 G—惰性气体的流量,;L—纯吸收剂的流量,; Y1,Y2—进出吸收塔气体的摩尔比; X1,X2—出塔及进塔液体中溶质物质量的比 进塔气体摩尔比: 出塔气体摩尔比: 进塔惰性气体的流量: 该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式【1】计算,即; 对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为: 代入数值,得: ; 取实际液气比为最小液气比的1.8倍,即 有: 得: 由,求得吸收液出塔浓度为: 2.2填料塔的工艺尺寸的计算 2.2.1塔径的计算 气相质量流量为 ; 液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即 ; 填料的泛点气速可用经验方程式计算,即贝恩-霍根关联式【2】: 式中: ——泛点气速,m/s;g——重力加速度,9.8m/s2; ——填料总比表面积,m2/m3;——填料层空隙率,%; A、K——关联常数; 常数A和B与填料的形状及材质有关,本次所选的塑料阶梯环填料的A、K值经查手册得:A=0.204,K=1.75 本次选用的是聚丙烯阶梯环填料,所以 ,,,, 代入关联式: 解得:,空塔气速一般取泛点气速的50%—80%, 取; 由 (注:Vs为操作条件下混合气体流量,即20℃下气体流量,m3/s) 圆整塔径,取 。 泛点率校核: (在允许的范围之内) 填料规格校核: 液体喷淋密度校核: 选择填料直径为50mm,小于75mm,取最小润湿速率为 ; ; 液体喷淋计算式为 ; 式中 液体喷淋密度,;液体喷淋量,; 塔填料直径,; 数据代入得: 经以上校核可知,填料塔直径选用D=500mm合理。 2.2.2填料层高度计算 ; 脱吸因数为: 气相总传质单元数为【2】: 气相总传质单元数采用修正的恩田关联式【2】计算: 气膜传质系数: 气膜传质系数: ; 其中 式中 气体质量通量: 液体质量通量: ; (20℃); ;(20℃) ; 填料材质的临界表面张力(查表得): 代
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