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1、1 YibinYibin UniversityUniversity 环境工程原理环境工程原理 课程设计课程设计 题题目目 专专业业环境工程环境工程 学生姓名学生姓名 年年级级20142014 级级 指导教师指导教师： 化学与化工学院化学与化工学院 1 目目录录 1. 前言(2) 2. 设计任务(2) 3. 填料塔主体设计方案的确定 (2) 3.1 装置流程的确定(2) 3.2 吸收剂的选择(2) 3.3 填料的选择(3) 4. 基础物性数据 （3） 4.1 液相物性数据（3） 4.2 气相物性数据（3） 4.3 气液相平衡数据（3） 5. 物料衡算 (4) 6. 填料塔的工艺尺寸计算 （4）
2、6.1 塔径计算（5） 6.2 填料层高度计算及分段（6） 6.3 填料层压降计算（9) 6.4 液体分布装置(9) 7. 附属设备的选择与计算（9） 7.1 填料支撑装置（9） 7.2 填料压紧装置（10） 7.3 吸收塔主要接管的尺寸计算（11） 7.4 填料塔附属高度计算（12） 7.5 离心泵和风机的选择（12） 8. 参考文献 (16) 2 1 1、前言、前言 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，所以它特别适用于处理量小，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
3、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。 2 2、设计任务、设计任务 原料气组成:氯化氢-空气双组份混合气体 氯化氢含量2（体积） 处理量:4300 wm3/y（标准体积流量） 年吸收能力：84.28wm3，年开工 8400 小时 操作条件:操作温度：293 K ，混合气体压力：101.3kPa 尾气要求:出塔气体中氯化氢含量不大于原料气中氯化氢含量 的 2% 3 3、填料塔主体设计方案的确定填料塔主体设计方案的确定 3.1 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
4、，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。） 3.2 吸收剂的选择 因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。 3.3 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 1。 3 综合考虑填料规格，种类和材质后，选用 DN38 聚丙烯鲍尔环填 料。 4 4、基础物性基础物性数数据据 4.1 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
5、为=998.2kg/m 粘度为=0.001Pas=3.6kg/（mh) 表面张力为L=72.6dyn/cm=940896kg/h 2 HCl 在水中的扩散系数为DL=2.810 -9m2/s=1.00810-5m2/h 4.2 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 MVm=yiMi=0.0236.5+0.9829=29.15 混合气体的平均密度为 Vm=PMVm/(RT)=101.329.15/（8.314293）=1.212kg/m 3 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册的 20空气的 粘度为V=1.7310 -5Pas=0.06228kg/(mh) 查手册得 HCl 在空气中的扩散
6、系数为 DV=1.5610 -5m2/s=0.156m2/h 4.3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下 20时 HCl 在水中的亨利系数为 E=279kPa 相平衡常数为 m=E/P=L/(HMsP)=2.751 溶解度系数为 H=/（EMs）=998.2/(27918.02)=0.199kmol/m 3 4 5 5、物料衡算、物料衡算 进塔气摩尔比为 Y1=0.02/（1-0.02）=0.0204 出塔气摩尔比为 Y2=Y1（1-A）=0.00041 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： 5119.05（273/293）1/22.4=212.93 kmol/
7、h 惰性气体流量： V=212.93(1-0.02)=208.67 kmol/h 最小液气比：（L/V）min=2.696 取实际液气比为最小液气比的 2.5 倍，则可得吸收剂用量为： L=2.5(L/V)minV=1406.28 kmol/h V(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1=0.00297 V单位时间内通过吸收塔的惰性气体量， L单位时间内通过吸收塔的溶解剂， Y1、Y2分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比， X1、X2分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比。 6 6、填料塔的工艺尺寸计算填料塔的工艺尺寸计算 6.1 塔径计算 混合气体的密度G=PM 均/(RT)=1.212kg
8、/m 3 填料总比表面积at=115m 2/m3 水的粘度L=1.00510 -3Pas 采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度 5 9804. 0 2 .998 212. 1 212. 105.5119 1828.1406 75. 10942. 0 )() w w (lg 8 1 4 1 8 1 4 1 L 2 . 0 3 2 L V V L L VtF KA a g u 1046.0 2 .0 3 2 L L VtF g au smuF/2750. 2 005. 1212. 1115 2 .99889. 081. 91046. 0 2 . 0 3 F泛点气速，m/s g重力加速度，981m/
9、s 2 at填料总比表面积 m 2/m3 填料层空隙率 m 2/m3 V,L气相、液相密度，k/m 3 L液体粘度，mPas 取泛点率为 0.85，即 u=0.85uF=0.852.275=1.9337m/s m u V D S 9679. 0 36009337. 114. 3 05.511944 D塔径，m V操作条件下混合气体的体积流量，m 3/s u空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s 圆整后取D=1.0m 泛点率校核： 6 smu/8114. 1 0 . 1785. 0 3600 05.5119 2 7962. 0 2750. 2 8114. 1 F u u （对于散装
10、填料，其泛点率的经验值为 u/uF=0.50.85） 填料规格校核： D/d=1000/38=26.321015 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为(LW)min=0.08m 3/(mh) at=115m 2/m3 所以Umin=(LW)minat=9.20m 3/(m2h) min 23 22 )/(30.32 0 . 1785. 0 2 .9981828.1406 785. 0 Uhmm D L U h 经以上校核可知，填料塔直径选用 D=1.0m 合理 6.2 填料层高度计算及分段 查表知，0、101.3kPa 下，HCl 在空气中的扩散系数 D0=1.5610 -5m2/s=0.05
11、6m2/h 2 3 0 0 0 )( T T P P DDG由则 293K、101.3kPa 下 HCl 在空气中的扩散系 数为DG=0.1734cm 2/s=1.73410-5m2/s 液相扩散系数 DL=1.5010 -5m2/s 液体质量通量为)/(91.32245 0 . 1785. 0 1828.1406 2 2 hmkgUL 气体质量通量为)/(55.7903 0 . 1785. 0 212. 105.5119 2 2 hmkgUV 0 00817047. 000297. 0751. 2 2 * 2 1 * 1 mXY mXY 7 脱吸因数为4082. 0 28.1406 67.2
12、08751. 2 L mV S 气相总传质单元数为 7390. 5 4082. 0 000041. 0 00204. 0 )4082. 01ln( 4082. 01 1 )1ln( 1 1 * 22 * 21 S YY YY S S NOG 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 )()()(45. 1exp1 2 . 0 2 05. 0 2 1 . 075. 0 tLL L L tL Lt L L c t w a U g aU a U a a ）（ 查表知，c=33dyn/cm=427680kg/h 2， L=940896kg/h 2 所以， 5006. 0) 1159408962 .9
13、98 91.32245 ( ) 1027. 12 .998 11591.32245 () 6 . 3115 91.32245 () 940896 427680 (45. 1exp1 2 . 0 2 05. 0 82 2 1 . 075. 0 t w a a 气膜吸收系数由下式计算 )/(0810. 0 ) 293314. 8 36001056. 1115 () 36001056. 1212. 1 065. 0 () 065. 0115 55.7903 (237. 0 a )()(237. 0 2 5 3 1 5 7 . 0 t 3 1 7 . 0 v kPahmkmol RT D Da U k
14、 V VV V t V G ）（ 液膜吸收系数由下式计算 1199. 1 ) 2 .998 1027. 16 . 3 () 3600108 . 22 .998 6 . 3 () 6 . 31155006. 0 91.32245 (0095. 0 )()(0095. 0 3 1 8 2 1 9 3 2 3 1 2 1 3 2 L L LL L Lw L L g Da U k ） （ 查表得，=1.45。则 8 h akak kPahmkmolakak wGL wGG 1 8023.7445. 11155006. 01199. 1 )/(0174. 745. 11155006. 00810. 0 4 . 04 . 0 31 . 11 . 1 7962. 0 2750. 2 8114. 1 F u u 0.5 由 ak u u ak ak
