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1、湖承法化工原理课程设计题目：填料汲取塔的设计教学院：化学与材料工程学院专业：应用化工技术2011(1)班学号：201130学0115学生姓名：罗全海指导老师：胡燕辉屈媛2013年6月14日书目1绪论11汲取技术概况I1.2 汲取过程对设符的要求及设备的发展概况11.3 汲取的应用概况22课程设计任务22.1 设计内容22.1.1 工艺条件与数据22.1.3 设计内容32.1.4 进度支配32.2 设计要求32.3 设计方案介绍33填料选择53.1 填料塔选择原则：53.2 填料种类53.3 填料尺寸的的选择：63.4 填料材质的选择：64汲取塔的工艺计算74.1 基础物性数据处理74.1.1
2、液相物性数据74.1.2 气相物性数据74.1.3 气液平衡数据84.1.4 物料衡算84.1.5 液气比的计算94.1.6 汲取剂的用fit94.2 塔径的计算及校核IO4.2.1 物性数据：IO4.2.2 泛点气速、塔径的计算IO4.2.3 数据校核II4.3 填料层高度的计算124.3.1 传质单元高度计算124.3.2 传质单元数的计算144.3.3 总同度的计算144.4 流体力学参数计算154.4.1 汲取塔的压力降154.4.2 气体动能因子164.4.3 汲取因子165解吸塔工艺计算165.1 基础数据计算165.1.1 最小气液比及汲取剂用量175.2 塔径的计算及校核175
3、.2.1 塔径计算175.2.2 数据校核185.3 填料层高度的计算19531传质单元高度计鸵19532传质单元数的计算215.3.3总高度的计算225.4 流体力学参数的计算225.4.1 解吸塔的压力降225.4.2 气体动能因子235.4.3 解吸因子235.5 设计结果235.5.1 设计结果一览表236附录246.1 主要符号说明246.2 希腾字母:256.3 参考文献251绪论1.1 汲取技术概况在化学工业中，利用不同气体组分在液体溶剂中的溶解度差异对其进行选择性溶解，从而将混合物各组分分类的传质过程称为汲取。气体汲取过程是化工生产中常用的气体混合物的分别操作，其基本原理是利用
4、混合物中各组分在特定的液体汲取剂中的溶解度不同，实现各组分分别的单元操作。实际生产中，汲取过程所用的汲取剂常需回收利用，故一般来说，完整的汲取过程应包括汲取和解吸两部分，因而在设计上应将两部分综合考虑，才能得到较为志向的设计结果.作为汲取过程的工艺设计，其一般性问题是在给定混合气体处理量、混合气体组成、温度、压力以及分别要求的条件下，完成以下工作：（1）依据给定的分别任务，确定汲取方案：（2）依据流程进行过程的物料和热员衡算,确定工艺过程中的物性参数：（3）依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计：（4）绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图：（5）编写工艺设计说明书。1.2 汲取过程对设
5、备的要求及设备的发展概况对丁汲取过程，能够完成分别任务的塔设符有多种，如何从众多的塔设备中选择合适类型是进行工艺设计的首要任务。殷而言，汲取用塔设备与精储过程所须要的塔设备具有相同的原则要求,用较小宜径的塔设备完成规定的处理量.塔板或填料层阻力要小,具有良好的传质性能，具有合适的操作弹性，结构简沽,造价低，便于安装、操作和修理等。但是汲取过程，一般具有液气比大的特点，因而更适用填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能。所以对于汲取过程来说，以采纳填料塔居多。近年来随着化工产业的发展，大规模的汲取设备已经广泛用于实际生产当中。具有了很海的汲取效率，以及在节能方面也日趋完善.填料塔的工艺
6、设计内容是在明确了装餐的处理量，操作温度及操作压力及相应的相平衡关系的条件下，完成填料塔的工艺尺寸及其他塔内件设计。在今后的化学工业的生产中，对汲取设备的要求及效率将会有更高的要求，所以日益完善的汲取设备会渐渐应用丁实际的工业生产中。1.3 汲取的应用概况在化工生产中，原料气的净化,气体产品的精制等方面得到了广泛应用。在探讨和开发过程中，在方法上多以汲取过程的传质速率著手。在整个设备中气液两相为连续微分接触过程，这一特点与填料塔得到了良好结合，由于填料塔的通量大，阻力小，使其在汲取设备中得到了广泛应用。汲取在化工的应用中大致有以下几种：（I）原料气的净化：（2）有用组分的回收：（3）某些产品的
7、制取：（4）废气的处理。2课程设计任务2.1 设计内容2.1.1 工艺条件与数据煤气中含苯2%（摩尔分数），煤气分子量为19：汲取塔底溶液含苯015%（质量分数）：汲取塔气-液平衡y*=O125x:解吸塔气-液平衡为f=316x:汲取回收率95%:汲取剂为洗油，分子量260,相对密度0.8；生产实力为每小时处理含苯煤气2（）00m3：冷却水进口温度V25C,出口温度S5（C2.1.2 操作条件汲取操作条件为：1.atm、27C,解吸操作条件为：1.atm、120七：连续操作:图中左侧为汲取部分，混合气由塔底进入汲取塔，其中混合气中的苯被由塔顶淋下的洗油汲取后，由塔顶送出（风机在图中未画出来）。
8、富液从富油贮虢由离心泵送往右侧的解吸部分。解吸常用的方法是溶液升温以减小气体溶质的溶解度。故用换热器使送去的富油和解吸的贫油相互换热。换热而升温的富油进入解吸塔的顶部，塔底通入过热蒸汽，将富油中的苯逐出，井带出塔顶，一道进入冷凝微，冷凝后的水和苯在贮罐中出现分层现象，然后将其分别分出。回收后的苯进一步加工。由塔顶到塔底的洗油的含苯量已脱的很低，从脱吸贮价用离心泵打出，经过换热器、冷凝器再进入汲取塔的顶部做汲取用，完成一个循环。3填料选择3.1填料塔选择原则：单位体积填料表面积大：单位体积填料孔隙率大；有较好的液体分布性能，对汲取剂有较好的涧湿：填料层压降要低，且通量要大：制造简洁，耐腐蚀：填料
9、抗污阻性能强，拆装，检修便利；传质效率要高；对气体和液体有较好的化学稳定性。3.2填料种类工业上常用的填料有拉西环填料，鲍尔环填料，矩鞍形填料和阶梯环境料。 拉西环填料：拉西环是最早运用的种形态简洁的圆形环填料,高度与直径相等，这种原料的缺点是当横卧放置时，内表面不易被液体润湿，气体也不能从环内通过，致使流体阻力大，气液接触面大，因此拉西环的应用日趋削减。鲍尔环境料：蛇尔环是在拉西环的环壁上沿四周方向冲出几个长方形的小孔，小孔的母材并不剪下，而是向中心弯入，该结构提高了环内空间及环内面枳的利用程度，削减了流体阻力，增大了接触面积。因此鲍尔环是目前应用比较广泛地填料之一. 矩鞍形填料：矩鞍形是一
10、种半圆形马鞍状结构，四个边角为直角这种结构的填料在堆放时相互之间的接触面积较小，因而孔隙率较大，流体阻力较小，气液接触面积较大，是种性能优良的填料。 阶梯环填料：阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比,其高度诚小了半，并在段增加了个锥形的翻边，由于高彳仝比减小，似的气体绕填料外壁的平均路径大为缩短削减了气体通过填料层的阻力。徒p1.=0.8943.1=754.48kgm5液体黏度为查表得：7-=08IO1Pa.S3897.4*0.5588121.23754.48取4=0.204)8=-1.48851.-21.=-2fM-1.75(gPt.取a=228上x-*忍吸=IoT4KR5J().()325
11、gXP1.apG111.zO03259.81.O.9J754.182280.55880,82=1.1997m/s取u=0.8u,=0.81.1997ms=0.9598nVs=0.0635nVs=%=127674x0.06353.14x0.9598PG0.5588X3600=0.292in圆整后取D=300mm5.2.2数据校核Sw43.1.4=0.07065in?实际气速：泛点率校正:0tf5.=0.8988nVs0.070650-8988=O.75W(5O%8O%的葩围内)1.1997填料规格校正:喷淋量的校核:润湿率：。在曾=心8（满足径比条件）汲取剂的喷淋密度U=USU=Z1.4*72-
12、68.96m3m2hS0.070651.HInS=US=0.3025m5m2hmm228对于直径小于75mm的环形填料，必需满意润湿率最小值1.Wmm。.。8满意最小喷淋密度要求。经以上校核可知填料塔径选用300mm.5.3填料层高度的计算5.3.1传质单元高度计算行得塔内的气液相物性如下:p,=754.48kam5Ih=0.81.()Pas气相扩散系数为pG=0.5588kam5气体粘度=2.3741OTPa-S表面张力=15dyn/cm1.。X1.Fw冷f1.0x1.0-x(273+120)-xf!1.J178x18M2一:；1.12.77+(616.5+I9.86)5液相扩散系数=7.4
13、10*（阿=3.48IOvm2sT(1x260鼠(120+273)0.8(616.5+61.98716气相及液相的流速为Vq*、G360OS127.67360()0.07()65=0.502kgms15.32kg11rsqn1.,_3897.563600.$,36()00.07065气相传质系数t-0237(te)W,0n7xf0522.374x22281.78x10、45一(228x2.374x1.()TJ10.5588x1.7810刃8.314x393)k(;=6.()671.()ftKmoIZm2-S-KPa液相传质系数rdB、Ti陪11曾像11意2281-eJI45俨丫7北15.32?
14、228靖ej11?；(228X0,810-U754.482x9.81)754.480.015228=0.009:将得到的传质系数换免成以摩尔分数差为推动力的传质系数k、“=pk(:an=101.3256.()67106162.57=0.1kmo1.m,skxa=ck1.a,=X3.32XIoTX1.62.57=0.1566kmom3sg=g+%=qnr,+q“；mk；%k,o36(X)*j,5三)Ai,5=0.K406m7.O85I7.08513.16Hnr=+36000.10.0706536()00.15660.07()65考虑到计算公式的偏差，事实上取HOG=1.2().tt)6=1.(X
15、K7m5.3.2 传质单元数的计算全塔的物料衡算方程为心亿一yj=%(-j依据该方程可以确定说明塔底洗油中米的组成Y1.1.(X1.-X2)+Y2%3897.56Y1I1.7-5725x10)+0=0.2465kmo1.(苯)kmo1.(水蒸气)7.805于是，可以计算该塔德塔底、塔顶以及平均传痂推动力分别为AKn=3.16O.I17-O.2465=0.12322Ki=K-=3.65.025IO5=0.015879,m=Ay1.AK=AY20.12322-0.015879,0.12322In0.015879=0.05239=4.7051Y1-Y20.2465-0.05239A1.则解吸塔填料高
16、度：Z=gN。G=1.aMX4.7051=4.75m网整实际填料层高度取为5m,依据阶梯环塔填料的分段要求=5151.a6m故，可以不进行分段。5.3.3 总高度的计算塔上部空间而度，可取为1.2m,塔底液相停留时间按3min考虑，塔液高度,q0t1.26310,603,.F=一用44100O塔板到塔液高度取07m,则塔釜所占高度为：h=5+1.2+3.2+).7+2.5=12.6m5.4流体力学参数的计算5.4.1 解吸塔的压力降(1)气体进出口压力降.取气体进出口接管内径为50mm,则气体的进出口液速近似为37ms,则进口压力降为：p1.=1.pf?=10.5588372=382Pa出口压
17、力降为：p,=0.5Xprr=X().5O.5588312=191Pa(2)埴料层压力降气体通过填料层的压力降采纳Eckcrt关联图计算,其中实际操作气速为：0.0635八vr*4f“=-2U-=0.8988Ws3.14,八c、.-d(0.3)44X=(如)(&浮=(389756)X(丝邈_)。5=0.8317gP1.127.67754.48y=也/严=9蟠x24xyx55%8gW),2SP1.9.81x754.48杳Eckcrt关联图得每米填料的压力降为200Pa,所以填料层的压=200x4=80OPa(3)其他塔内件的压力降其他塔内件的压力降z，较小，在此可以忽视。于是得汲取塔的总压力降为
18、:邸(=p1+邸+邸、=382+191+MX)=1373Pa5.4.2气体动能因子解吸塔内气体动能因子为：F=p=0.8988JO.5588=0.672kg,-sm1.z2气体动能因子在常用的范围内。5.4.3解吸因子解吸塔内气体解吸因了为:(5-1)S=S%由公式（5/）可得:14.99S=3167851=1,4936在解吸因子相宜的范国内.从以上的各项指标分析，该解吸塔的设计合理，可以满意解吸操作的工艺要求.5.5设计结果5.5.1设计结果一览表项目汲取塔解吸塔操作气速,ms1.96760.8988泛点气速明,m3.2821.1997喷淋密度U,m3(,/)17.2468.96塔径Dm0.
19、600.3高度h.m13.3412.6增压降AWZaPMn500200填料规格及名称聚丙端阶梯环(38x1.9x1.)聚丙烯阶梯环(25x125x14)液体分布器蓬蓬式唉洒器多孔I1.管式液体再分布器裁椎式再分器支撑板梗板式榔板式压板战条板椭条形气体进出口尺寸M9x6”0x2，液体进出口尺寸502.5夕50x26表5-1设计结果一览表6.1 主要符号说明：a,填料的总比表面积,11Mn&填料的润湿比表面积,mmd一填料直径,m卜塔径,mD液体扩散系数.一/sm相平衡常数NOG-气相总传质单元数P-压力降R1.Uf-泛点气速.m/sqM1.-液体质过流iE.kg/sX-液相孽尔分数y-气相摩尔分
20、数Z-填料层高度m6附录IX-气体扩散系数,/Sg-重力加速度,9.81msh-填料乂分段高度,mH-塔高，mH1.气相总传质单元高度,mUV-气体J贞屈通量.kg(nEh)P-操作压力,PaU-空塔气速，m/sU-液体喷淋密度mnr.h)qMo-气体质fit流fitkg/sX-液相摩尔比Y-气相摩尔比6.2希腊字母：B-充气系数。-表面张力NZni归开孔率或孔流系数-填料因子P-密度kgnr-孔隙率U-黏度mpa.s中-液体密度校正系数6.3参考文献(1化工单元过程及设备课程设计.其次版.北京：化学工业出版社，2010.6:197-232(2石油化工设计手册第三卷.第一版.北京：化学工业出版社,2001,12：810810.1228-1229.15441544.16(X)-1602(3化学工艺设计手册.第四版上册.北京：化学工业出版社,2009,6：482-48210281028,10411O4I.IO93-1093|4化学工程手册.第一版.北京：化学工业出版社，1989,10：10-8910-9515化工原理下册.第:版.北京：化学工业出版社，2010,6：3737
