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1、化工原理课程设计水吸收HCL填料塔设学院专 业 班级2011级姓名学号指导教师2013年12月20日设计任务书1. 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 _3500_m3/h。进口混合气中含HCl 6%_ (体积百分数)；混合气进料温度为 30C。采用20C清水进行吸收。要求： HCl的回收率达到99.85%_。 塔顶排放气体中HCl含量低于_0.15%_(二) 操作条件(1) 操作压力202.6 kPa(2) 操作温度20C(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
2、(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；(11) 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。目录刖 言11、填料塔主体设计方案的确定21.1装置流程的确定21.2 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
3、.2气相物性数据32.1.3 气液相平衡数据32.1.4物料横算42. 2填料塔工艺尺寸的计算52.2.1塔径的计算52.2.3填料层压降计算： 92.2.4液体分布装置93、附属设备的选择与计算103.1填料支撑装置103.2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123.5离心泵和风机的选择12设计一览表141基础物性数据和物料衡算结果汇总：142填料塔工艺尺寸计算结果表：153吸收塔设计一览表16对本设计的评述16-A-刖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
4、。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、
5、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 I1o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 C水的有关物性数据如下：1 P = 998.2kg / m3 L l2.黏度：1.。5 x 10J3 Pa s3.表面张力为:=72.6dyn / cm - 940896kg / h24. 20C HCl : H=0.199 kmol：(m3 kPa)5. 20C HCl : Dl = 2.8X10-9 m26. 20C
6、HCl : Dv = 1.56X10-5m2/ 2.1.2气相物性数据1. 混合气体的平均摩尔质量为M - 0.06 x 36.5 + (1 - 0.06) x 29 - 29.45(kg / kmol)2. 混合气体的平均密度-2.449kg / m3PM _ 202.6 x 103 x 29.45 x 10-3RT8.315 x 293R=8.314 m3 KPa / kmol K3. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20 C时，空气的黏度K -1.73 x 10-5 pa s - 6228 x 10-5 kg / m h注：1N - 1kg m/ s2 1Pa - 1N / m2
7、 - 1kg / s2 m 1Pa.s=1kg/(m.s) 2.1.3气液相平衡数据由手册日查得，202.6 kPa, 200C时，HCl在水中的亨利系数为E=275kpa相平衡常数：m = = P l =9982= 1.375P HMP 0.199 x 18.00 x 202.6溶解度系数：H = 0.199kmol /(m3 - kpa)20 0C 时，HCl 在水中的溶解度：H=0.199kmol/(m3.kPa)2.1.4物料横算1.进塔气相摩尔比为Y = 0.06 = 0.063831 1 - 0.062.出塔气相摩尔比为Y = 0.0015对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：X 2
8、 = 0(清水)混合气体流量：3500x竺x 上 =145.59(kmol / h)293 22.4惰性气体流量：V = 145.59 x (1 - 0.06) = 136.85(kmol / h)最小液气比:/、 Y - Y -)=12，min X *- XY - Y 1 0.06383 - 0.00151=Y v 0.06383 八1 X 0m 21.375=1.3427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 = 1.3427 x136.85 x 2.5 = 459.37(kmol / h)V (Y - Y )12L0.06383 - 0.00151.3427 x 2.
9、5=0.01857V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;Y1 Y2分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;X1 X2分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;2.2填料塔工艺尺寸的计算2.2.1塔径的计算混合气体的密度PM _ 202.6 x 103 x 29.45 x 10-3RT8.315 x 293=2.449kg / m3填料总比表面积：a = 115m2 / m3水的黏度 R = 1.005 x10A-3Pa - S L采用贝恩-霍根泛点关联式h计算泛点速度:lg K 匕 日 0.2 =
10、A - Kg 83 P LL1/43 1/8P l 459.37 x 18 i2.449 1=0.0942-1.75x ()4 x ()83500 x 2.449998.2= -0.7241uf 气 Pv 日 o.2 = 0.1888g8 3 PLL0.18 8 8 x 9.81x 0.893 x 998.2:= 2.1405m / s115 x 2.449 x 1.0050.2Uf泛点气速，m/s；g重力加速度，9. 81m/s2a填料总比表面积，m2/m3e填料层空隙率，m 2m 3Pv，Pl气相、液相密度，k/m3；Ul液体粘度，mPa s;取泛点率为 0.6，即 u = 0.85尸=0
11、.85 x 2.1405 = 1.8194m/ s4VD =Sk兀u4 x 3500,=0.8250m / s3.14 x1.8194 x 3600圆整后取D = 1.0mD塔径，m；V操作条件下混合气体的体积流量，m3/s ;一一空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s.圆整后取 D=0.8m （常用的标准塔径为 400、500、600、700、800、1000、1200、1400、 1600、 2000、 2200）泛点率校核:3500u =3600 = 1.2385m / s0.785 xl.02U =12385 = 0.58（对于散装填料，其泛点率的经验值为u/u =0.5
12、0.85）uF 2.1405F填料规格校核：匕= 1。 = 26.3 10 - 15d 38液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为 0/min= 0.08m3/（m h）a = 115m 2 / m3所以 U i = (Lw) i a = 0.08x 115 = 9.20m3/(m2 h)L h 0.785 D 2=10.55m3 /(m2 h)Umin459.37 x18+998.20.785 x 1.02经以上校核可知，填料塔直径选用D = 1.0m合理。2.2.2填料层高度的计算及分段 查表知，0* ，101.3 kpa下，HCl在空气中的扩散系数D = 0.156cm2/s,P、,T、3由
13、 Dg = Do （P）（T）2o则293 k，202.6 kpa下，HCl在空气中的扩散系数为101.3 293 3Dg= 0.156x -2-)2 = 0.0867cm2 /s液相扩散系数D = 1.50x 10-5m2 /s液体质量通量为U = 459.37x18 = 10533.32kg/(m2 -h)l0.785 x1.02气体质量通量为UV3500 x 2.4490.785 x1.02=10919.11kg /(m2 - h)彳=mX1 = 1.375 x 0.01857 = 0.02553Y* = mX 2 = 0脱吸因数为 S = mV = L375 x 136.85 = 0.4096L 459.37气相总传质单元数为：1,Y - Y *L所(1 S) + S 1 - SY - Y *221x Ln(1 - 0.40969) x 0.06383 - 0 + 0.4096 = 5.4881 - 0.40960.0015 - 0NOG气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:a A r bU U 2 aU 2i = 1 一 eXp-1.45 ( d)0.75 (L )0.1 (-
