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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