《化工机械基础填料塔设计方案》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化工机械基础填料塔设计方案(28页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、化工机械基础填料塔设计方案1.水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介1.1任务及操作条件混合气(空气、NH3 )处理量: 2600;进塔混合气含NH3 7% (体积分数);温度:20;进塔吸收剂(清水)的温度:20; NH3回收率:96%;操作压力为常压101.3k Pa。1.2填料的选择 塔填料是填料塔的核心构件,它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面,其性能优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面积越大,气液分布也就越均匀,传质效率也越高,它与塔件一起决定了填料塔的性 质。因此,填料的选择是填料塔设计的重要环节。塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。散装填料是一个个具有一定几何形
2、状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔,又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同,可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等,国一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好,可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好,可长期在100以下使用。设计选用填料塔,填料为散装聚丙烯DN50阶梯环填料。 国阶梯环特性数据材质外径d,mm外径高厚dH比表面积at,m2/m3空隙率,m3/m3个数n,个/m3堆积密度p,kg/m3干填料因子at/3,m-1填料因子,m-1塑料253850762517.51.43819150301
3、.576373228132.5114.289.950.900.910.9270.92981500272009980342097.857.576.868.4313175.6143.111224012080722. 工艺尺寸计算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。由手册查的,20水的有关物性数据如下:密度:1 =998.2Kgm3粘度:L=1.005mPaS =0.001PaS=3.6Kg(mh)表面力:L =72.6dyncm=940 896Kgh2氨气在水中的扩散系数:DL=1.8010-9 m2/s=1.8010-93600 m2/
4、h=6.480 10-6m2/h2.1.2气相物性的数据混合气体平均摩尔质量: MVM=yiMi=0.07017+0.93029=28.16混合气体的平均密度:vm=10028.16(8.314293)=1.166Kgm3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册的20空气的粘度:V=1.81105Pas=0.065Kg(mh)查手册得氨气在20空气中扩散系数: Dv= 0.189 cm2/s=0.068 m2/s2.1.3气液相平衡数据20下氨在水中的溶解度系数:,常压下20时亨利系数:=998.2(0.72518.02)=76.40Kpa 相平衡常数:2.1.4 物料衡算进塔气相摩尔比:Y
5、1=0.070(10.070)=0.075出塔气相摩尔比:Y2=Y1(1)=0.075(10.998)=0.00015进塔惰性气相流量:V=260022.4273(273+20)(10.070)=100.6Kmolh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计算,即:()min=对纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为 X2=0,则()min=(0.0750.00015)0.075(0.7560)=0.762取操作液气比为最小液气比1.8倍,则=1.80.762=1.354, 因此 L=1.372100.6=138.02Kmolh由全塔物料衡算得: V(Y1Y2)=L(X1X2), 得
6、X1=100.6(0.0750.00015) 138.02=0.054562.2 填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1 塔径的计算 混合气体的密度: 塔径气相质量流量为:=26001.166=3032Kgh液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即: =138.0218.02=2512/h塑料阶梯环特性数据据如下用贝恩霍根关联式计算泛点气速: =查表得比表面积: =114.2m2/m3 ,A=0.204,K=1.75,=0.927 ,得:=0.610 因此计算得: = 3.93m/s 取u =uF=14.23m/s =3.93m/s由 D= (426003600)(3.143.93) 0.5=0.48
7、4m 圆整塔径,取 D=0.5m(常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200) 8泛点率校核: u=26003600(0.7850.52)=3.68ms3.683.93100=93.60(在允许围) 填料规格校核:Dd=50050=108液体喷淋密度校核:因填料为50mm25mm1.5mm,塔径与填料尺寸之比大于8,固取最小润湿速度为(Lw)min=0.08 m3/(mh),查常用散装填料的特性参数表,得at=114.2m2/m3 Umin=(LW)min at =0.08114.2=9.136m3m2h U=136.22
8、18.02998.2(0.7850.52)=12.53Umin经以上校核可知,填料塔直径选用D= 500mm是合理的。2.2.2 填料层高度计算查表知, 0,100 下,在空气中的扩散系数:由,则293,100下,在空气中的扩散系数:液相扩散系数:Y1*=mX1=0.7560.05528=0.042 , Y2*=mX2=0脱吸因数:S=mVL=0.764100.6138.02=0.5642气相总传质单元数:气相总传单元高度采用修正的思田关联式计算:液体质量通量为UL=138.0218.02(0.7850.52)=12673.2Kgm2h气体质量通量为Uv=26001.166 (0.7850.5
9、2)=15447.6Kgm2h气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:不同材质的c值见下表材质钢瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蜡的表面表面力,N/m10375613340567320查表知, 气膜吸收系数由下式计算: 液膜吸收系数由下式计算:查下表得:,各类填料的形状系数填料类型球棒拉西环弧鞍开孔环值0.720.7511.191.45 3.684.23100=93.6050, 由 得 由由Z=HOGNOG=0.275812.19=3.36m,Z=1.43.36=4.704m设计取填料层高度: Z=5m,查表,对于阶梯环填料,设计填料层高度:。2.2.3 填料层压降计算采用Eckert通用关联图
10、计算填料层压降,横坐标为:已知:纵坐标为 通用压降关联图查图上图得:PZ=1009.81=981.00Pam填料层压降为:P=981.005=4.905KPa=4905(Pa)2.2.4 液体分布器简要设计液体分布器的选型:该吸收塔液相负荷较大,而气相负荷相对较低。故选用槽式分布器。 分布点密度计算:按Eckert建议值,D=400时,喷淋点的密度为330点m2,D=750时,喷淋点的密度为170点m2,设计取喷淋密度为280点m2。则总布液孔数为:n=0.7850.52280=55 , 实际总布液孔数:54点,布液计算:由 取,则 , 因此可知填料塔设计条件如下:填料塔类型聚丙烯阶梯环吸收填
11、料塔混合气体处理量(m3/h)2600塔径D(m)0.5填料层高度Z(m)5气相总传质单元高度(m)0.2578气相总传质单元数12.35泛点气速(m/s)3.68压降(kpa)4.905操作压力(kpa)100操作温度()20填料直径(mm)25孔隙率0.90填料比表面积a(/m3)223二、工艺计算第1章 填料塔的设计数据塔体径=500mm,塔高近似取H=8000mm。计算压力=0.1MPa,设计温度t=20设置地区:基本风压值=400N/,地震设防烈度为 8度,场地土类:I类,设计地震分组:第二组,设计基本 地震加速度为0.2g。填料层开设一个手孔,手孔的公称直径有DN=150mm和DN
12、=250mm两种,安装手孔DN=250mm塔外保温层厚度为=100mm,保温材料密度 =300kg/。塔体与封头材料选用16MnR,其=170 MPa, =170 MPa,=345 MPa,E=1.9 MPa。群座材料选用Q235-B。塔体与群座对接焊接,塔体焊接接头系数 。塔体与封头厚度附加量C=2mm。第2章 计算塔体和封头厚度2.1塔体厚度计算 (mm)由于工程上最小厚度为3mm,故取 考虑厚度附加量C=2mm,负偏差0.8mm,因此经圆整,取。 2.2 封头厚度计算 封头取标准椭圆形封头第3章 塔设备质量载荷3.1 筒体圆筒、封头、群座质量 圆筒质量: (kg) 封头质量: (kg) 群座质量: (kg) (kg) 注:(1)塔体圆筒总高度为H=8m (2)查得DN500mm,厚度6mm的圆筒质量为75kg/m; (3)查得DN500mm,厚度6mm的椭圆形封头质量为15.1kg/m(封头曲面深度850125mm,直边高度50mm); (4)群座高度1500mm,(厚度按6mm计)。 3.2 塔段件质量 填料封层高度5.0m由设计温度可知,填料选择金属半环填料 =(kg)(查得金属半环填料密度为97.8kg/)3.3 保温层质量= = +(kg) 其中,为封头保温层质