化工原理課程設(shè)計(jì)---填料吸收塔的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　題 目：填料吸收塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　教 學(xué) 院： 化學(xué)與材料工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝（精細(xì)化工方向）</p><p>　　學(xué) 號： &l

2、t;/p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012 年 5 月 31 日</p><p>　　《化工原理課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書</p><p>　　2011～2012 學(xué)年第2學(xué)期&l

3、t;/p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)題目：填料吸收塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容（含技術(shù)指標(biāo)）</p><p>　　1. 工藝條件與數(shù)據(jù)</p><p>　　煤氣中含苯2%（摩爾分?jǐn)?shù)），煤氣分子量為19；吸收塔底溶液含苯≥0.15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；吸收塔氣-液平衡y*=0.125x；解吸塔氣-液平衡為y*=3.16x；吸收回收率≥95

4、%；吸收劑為洗油，分子量260，相對密度0.8；生產(chǎn)能力為每小時(shí)處理含苯煤氣2000m³；冷卻水進(jìn)口溫度＜25℃，出口溫度≤50℃。</p><p><b>　　2. 操作條件</b></p><p>　　吸收操作條件為：1atm、27℃，解吸操作條件為：1atm、120℃；連續(xù)操作；解吸氣流為過熱水蒸氣；經(jīng)解吸后的液體直接用作吸收劑，正常操作下不再補(bǔ)充新鮮

5、吸收劑；過程中熱效應(yīng)忽略不計(jì)。</p><p><b>　　3. 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　?、?吸收塔、解吸塔填料層的高度計(jì)算和設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　② 塔徑的計(jì)算；</b></p><p>　?、?其他工藝尺寸的計(jì)算。</p><p><b&

6、gt;　　三、進(jìn)度安排</b></p><p>　　1．5月14日：分配任務(wù)；</p><p>　　2．5月14日-5月20日：查詢資料、初步設(shè)計(jì)；</p><p>　　3．5月21日-5月27日：設(shè)計(jì)計(jì)算，完成報(bào)告。</p><p><b>　　四、基本要求</b></p><p>

7、　　1. 設(shè)計(jì)計(jì)算書1份：設(shè)計(jì)說明書是將本設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合介紹和說明。設(shè)計(jì)說明書應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想闡明設(shè)計(jì)特點(diǎn)，列出設(shè)計(jì)主要技術(shù)數(shù)據(jù)，對有關(guān)工藝流程和設(shè)備選型作出技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的論證和評價(jià)。應(yīng)按設(shè)計(jì)程序列出計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果，對所選用的物性數(shù)據(jù)和使用的經(jīng)驗(yàn)公式、圖表應(yīng)注明來歷。</p><p>　　設(shè)計(jì)說明書應(yīng)附有帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。</p><p>　　設(shè)計(jì)說明書具體包括以下內(nèi)容：封面；目

8、錄；緒論；工藝流程、設(shè)備及操作條件；塔工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算；塔機(jī)械結(jié)構(gòu)和塔體附件及附屬設(shè)備選型和計(jì)算；設(shè)計(jì)結(jié)果概覽；附錄；參考文獻(xiàn)等。</p><p>　　2. 圖紙1套：包括工藝流程圖(3號圖紙)。</p><p><b>　　教研室主任簽名：</b></p><p>　　年 月 日</p><p><

9、;b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1吸收技術(shù)概況1</p><p>　　1.2吸收過程對設(shè)備的要求及設(shè)備的發(fā)展概況1</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)任務(wù)2</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容

10、2</b></p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)要求2</b></p><p>　　2.3設(shè)計(jì)方案介紹3</p><p>　　3 吸收塔的工藝計(jì)算4</p><p>　　3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)計(jì)算4</p><p>　　3.1.1 物料衡算4</p><

11、p>　　3.1.2 液氣比的計(jì)算5</p><p>　　3.1.3 吸收劑的用量5</p><p>　　3.2 塔徑的計(jì)算及校核5</p><p>　　3.2.1 填料選擇5</p><p>　　3.2.2 泛點(diǎn)氣速、塔徑的計(jì)算6</p><p>　　3.2.3 數(shù)據(jù)校核7</p>&l

12、t;p>　　3.3 填料層高度的計(jì)算7</p><p>　　3.3.1 傳質(zhì)單元高度計(jì)算7</p><p>　　3.3.2 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算9</p><p>　　3.3.3 總高度的計(jì)算10</p><p>　　3.4流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算10</p><p>　　3.4.1 吸收塔的壓力降10</

13、p><p>　　3.4.2 氣體動(dòng)能因子11</p><p>　　3.4.3 吸收因子11</p><p>　　3.5 吸收塔輔助設(shè)備計(jì)算及選型12</p><p>　　3.5.1 液體初始分布器12</p><p>　　3.5.2 液體再分布器12</p><p>　　3.5.3 其他附

14、屬塔內(nèi)件12</p><p>　　4 解吸塔工藝計(jì)算13</p><p>　　4.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算13</p><p>　　4.1.1 最小氣液比及吸收劑用量13</p><p>　　4.2塔徑的計(jì)算及校核14</p><p>　　4.2.1 填料的選擇14</p><p>　　4.2

15、.2 塔徑計(jì)算14</p><p>　　4.2.3 數(shù)據(jù)校核15</p><p>　　4.3.1 傳質(zhì)單元高度計(jì)算15</p><p>　　4.3.2 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算17</p><p>　　4.3.3 總高度的計(jì)算18</p><p>　　4.4 流體力學(xué)參數(shù)的計(jì)算18</p><p

16、>　　4.4.1 解吸塔的壓力降18</p><p>　　4.4.2 氣體動(dòng)能因子19</p><p>　　4.4.3 解吸因子19</p><p>　　4.5解吸塔的輔助設(shè)備的計(jì)算與選型20</p><p>　　4.5.1 液體初始分布器20</p><p>　　4.5.2 其他附屬內(nèi)件20<

17、/p><p>　　5設(shè)計(jì)結(jié)果及評述21</p><p>　　5.1設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表21</p><p>　　5.2設(shè)計(jì)評述21</p><p><b>　　6 參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><

18、;b>　　1.1吸收技術(shù)概況</b></p><p>　　氣體吸收過程是化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作，其基本原理是利用混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同，實(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作。</p><p>　　實(shí)際生產(chǎn)中，吸收過程所用的吸收劑常需回收利用，故一般來說，完整的吸收過程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分，因而在設(shè)計(jì)上應(yīng)將兩部分綜合考慮，才能得到較為理想的設(shè)計(jì)結(jié)

19、果。作為吸收過程的工藝設(shè)計(jì)，其一般性問題是在給定混合氣體處理量、混合氣體組成、溫度、壓力以及分離要求的條件下，完成以下工作：</p><p>　?。?）根據(jù)給定的分離任務(wù)，確定吸收方案；</p><p>　?。?）根據(jù)流程進(jìn)行過程的物料和熱量衡算，確定工藝參數(shù)；</p><p>　　（3）依據(jù)物料及熱量衡算進(jìn)行過程的設(shè)備選型或設(shè)備設(shè)計(jì)；</p><

20、;p>　?。?）繪制工藝流程圖及主要設(shè)備的工藝條件圖；</p><p>　?。?）編寫工藝設(shè)計(jì)說明書。</p><p>　　1.2吸收過程對設(shè)備的要求及設(shè)備的發(fā)展概況</p><p>　　近年來隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模的吸收設(shè)備已經(jīng)廣泛用于實(shí)際生產(chǎn)過程中。對于吸收過程，能夠完成分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種，如何從眾多的塔設(shè)備中選擇合適類型是進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。

21、一般而言，吸收用塔設(shè)備與精餾過程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求，用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，便于安裝、操作和維修等。</p><p>　　但是吸收過程，一般具有液氣比大的特點(diǎn)，因而更適用填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過程節(jié)能。所以對于吸收過程來說，以采用填料塔居多。近年來隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模的吸收設(shè)備已經(jīng)廣

22、泛用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。具有了很高的吸收效率，以及在節(jié)能方面也日趨完善。填料塔的工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容是在明確了裝置的處理量，操作溫度及操作壓力及相應(yīng)的相平衡關(guān)系的條件下，完成填料塔的工藝尺寸及其他塔內(nèi)件設(shè)計(jì)。在今后的化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)中，對吸收設(shè)備的要求及效率將會有更高的要求，所以日益完善的吸收設(shè)備會逐漸應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中。</p><p><b>　　2 課程設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p>&

23、lt;p><b>　　2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1. 工藝條件與數(shù)據(jù)</p><p>　　煤氣中含苯2%（摩爾分?jǐn)?shù)），煤氣分子量為19；吸收塔底溶液含苯≥0.15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；吸收塔氣-液平衡y*=0.125x；解吸塔氣-液平衡為y*=3.16x；吸收回收率≥95%；吸收劑為洗油，分子量260，相對密度0.8；生產(chǎn)能力為每小時(shí)處理含苯煤氣20

24、00m³；冷卻水進(jìn)口溫度＜25℃，出口溫度≤50℃。</p><p><b>　　2. 操作條件</b></p><p>　　吸收操作條件為：1atm、27℃，解吸操作條件為：1atm、120℃；連續(xù)操作；解吸氣流為過熱水蒸氣；經(jīng)解吸后的液體直接用作吸收劑，正常操作下不再補(bǔ)充新鮮吸收劑；過程中熱效應(yīng)忽略不計(jì)。</p><p><

25、b>　　3. 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　?、?吸收塔、解吸塔填料層的高度計(jì)算和設(shè)計(jì)；</p><p><b>　?、?塔徑的計(jì)算；</b></p><p>　?、?其他工藝尺寸的計(jì)算。</p><p><b>　　4. 進(jìn)度安排</b></p><p&

26、gt;　　5月14日：分配任務(wù)；</p><p>　　5月14日-5月20日：查詢資料、初步設(shè)計(jì)；</p><p>　　5月21日-5月27日：設(shè)計(jì)計(jì)算，完成報(bào)告。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1. 設(shè)計(jì)計(jì)算書1份：設(shè)計(jì)說明書是將本設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合介紹和說明。設(shè)計(jì)說明書應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)指

27、導(dǎo)思想闡明設(shè)計(jì)特點(diǎn)，列出設(shè)計(jì)主要技術(shù)數(shù)據(jù)，對有關(guān)工藝流程和設(shè)備選型作出技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的論證和評價(jià)。應(yīng)按設(shè)計(jì)程序列出計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果，對所選用的物性數(shù)據(jù)和使用的經(jīng)驗(yàn)公式、圖表應(yīng)注明來歷。</p><p>　　設(shè)計(jì)說明書應(yīng)附有帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。</p><p>　　設(shè)計(jì)說明書具體包括以下內(nèi)容：封面；目錄；緒論；工藝流程、設(shè)備及操作條件；塔工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算；塔機(jī)械結(jié)構(gòu)和塔體附件及附屬設(shè)備

28、選型和計(jì)算；設(shè)計(jì)結(jié)果概覽；附錄；參考文獻(xiàn)等。</p><p>　　2. 圖紙1套：包括工藝流程圖(3號圖紙)。</p><p><b>　　2.3設(shè)計(jì)方案介紹</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為填料吸收塔，設(shè)計(jì)中說明吸收劑為洗油，被吸收的氣體是含苯的煤氣，且混合氣中含苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.02.除了吸收塔以外，還需其他的輔助設(shè)備構(gòu)成完整的吸收-脫

29、吸塔。氣液采用逆流流動(dòng)，吸收劑循環(huán)再用，所設(shè)計(jì)的流程圖如圖所示。</p><p>　　圖中左側(cè)為吸收部分，混合氣由塔底進(jìn)入吸收塔，其中混合氣中的苯被由塔頂淋下的洗油吸收后，由塔頂送出（風(fēng)機(jī)在圖中未畫出來）。富液從富油貯罐由離心泵送往右側(cè)的脫吸部分。脫吸常用的方法是溶液升溫以減小氣體溶質(zhì)的溶解度。故用換熱器使送去的富油和脫吸的貧油相互換熱。換熱而升溫的富油進(jìn)入脫吸塔的頂部，塔底通入過熱蒸汽，將富油中的苯逐出，并帶出

30、塔頂，一道進(jìn)入冷凝器，冷凝后的水和苯在貯罐中出現(xiàn)分層現(xiàn)象，然后將其分別引出?；厥蘸蟮谋竭M(jìn)一步加工。由塔頂?shù)剿椎南从偷暮搅恳衙摰暮艿?，從脫吸貯罐用離心泵打出，經(jīng)過換熱器、冷凝器再進(jìn)入吸收塔的頂部做吸收用，完成一個(gè)循環(huán)。</p><p>　　3 吸收塔的工藝計(jì)算[1]</p><p>　　3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)計(jì)算</p><p>　　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算包括最小液氣比的計(jì)

31、算及吸收劑用量的計(jì)算。</p><p>　　3.1.1 物料衡算 </p><p>　　進(jìn)口氣相組成摩爾分?jǐn)?shù) y1=0.02</p><p>　　出口氣相組成摩爾分?jǐn)?shù) y2 =（1-0.95）y1=0.001</p><p>　　進(jìn)口氣相組成 kmol（苯）/kmol（煤氣）</p><p>　　出口氣相組成

32、kmol（苯）/kmol（煤氣）</p><p>　　塔底出口液體濃度最低要求 </p><p>　　吸收塔液相進(jìn)口的組成應(yīng)低于其平衡濃度，該系統(tǒng)的相平衡關(guān)系可以表示為</p><p>　　于是可得吸收塔進(jìn)口液相的平衡濃度為：</p><p>　　吸收劑入口濃度應(yīng)低于，其值的確定應(yīng)同時(shí)考慮其吸收和解吸操作，兼顧兩者，經(jīng)優(yōu)化計(jì)算后方能確定，這里

33、?。?</p><p>　　kmol（苯）/kmol（煤氣）</p><p>　　入口氣體混合物的平均分子量為:</p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p>　　QvG=2000m3/h</p><p><b>　　kmol/h</b></p&g

34、t;<p>　　kg/h </p><p>　　3.1.2 液氣比的計(jì)算</p><p>　　求最小液氣比

35、，進(jìn)而確定適宜的液氣比:</p><p>　　3.1.3 吸收劑的用量</p><p>　　實(shí)際液氣比通常取最小液氣比的1.2~1.5倍[2]，這里取1.4倍：</p><p><b>　　kmol/h</b></p><p><b>　　kg/h</b></p><p>&

36、lt;b>　　m3/h</b></p><p>　　3.2 塔徑的計(jì)算及校核</p><p>　　工藝計(jì)算包括塔徑的計(jì)算，填料層高度的計(jì)算，總高度的計(jì)算。</p><p><b>　　物性數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　取P=101.325Kpa</p><p><b&

37、gt;　　kg/m3</b></p><p>　　液相密度可以近似取為： kg/m3</p><p>　　液體黏度[3]為： mPa·s</p><p>　　3.2.1 填料選擇</p><p><b>　　根據(jù)優(yōu)選原則：</b></p><p>　　單位

38、體積填料表面積大</p><p>　　單位體積填料孔隙率大</p><p>　　有較好的液體分布性能，對吸收劑有較好的潤濕</p><p>　　氣體通過阻力小，并且填料層能均勻分布?xì)怏w，壓降均衡</p><p><b>　　制造容易，耐腐蝕</b></p><p>　　對氣體和液體有較好的化學(xué)穩(wěn)定

39、性</p><p>　　選擇聚丙烯階梯環(huán)[4]</p><p>　　d=38mm 堆積密度 =57.5 kg/m³ 個(gè)數(shù)=27200個(gè)/m³ </p><p>　　孔隙率ε=0.91 比表面積a=132.5m2/m3 </p><p>　　散填料

40、A值=0.204 臨界表面張力σc=54 dyn/cm=0.0054 N/m</p><p>　　3.2.2 泛點(diǎn)氣速、塔徑的計(jì)算</p><p>　　利用 貝恩-霍根公式計(jì)算泛點(diǎn)氣速可得：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　由公式（3-1）可得：</p><

41、p>　　其中 a=132.5 ε=0.91</p><p><b>　　代入計(jì)算得：</b></p><p><b>　　m/s</b></p><p>　　取操作氣速是泛點(diǎn)氣速的0.6倍[5] m/s</p><p><b>　　m3/s</b></

42、p><p><b>　　m</b></p><p>　　圓整后取塔徑 D=600mm.</p><p>　　3.2.3 數(shù)據(jù)校核</p><p><b>　　m2</b></p><p>　　實(shí)際氣速： m/s</p><p>　　泛點(diǎn)率校正：

43、 (在50%—80%的范圍內(nèi))[6]</p><p>　　填料規(guī)格校核： D/d=600/38=15.79﹥15（滿足徑比條件）[7]</p><p><b>　　噴淋量的校核：</b></p><p>　　吸收劑的噴淋密U=L/S （3-2

44、)</p><p>　　U = （3-3）</p><p>　　由公式（3-3）可得：</p><p>　　m3/m2?h </p><p>　　潤濕率： （3-4)</p>&l

45、t;p>　　由公式（3-4）可得： m3/m2?h</p><p>　　對于直徑小于75mm的環(huán)形填料，必須滿足潤濕率的的最小值L0.08滿足最小噴淋密度要求。 經(jīng)以上校對可知填料塔徑選用600mm合理。 </p><p>　　3.3 填料層高度的計(jì)算</p><p>　　3.3.1 傳質(zhì)單元高度計(jì)算</p&

46、gt;<p>　　塔內(nèi)的液相及氣象物性如下[9]</p><p>　　ρL=800Kg/m3 ρG=0.8198 Kg/m3 ηL=1.2×10-3Pa?s </p><p>　　表面張力[8]σL=20dyn/cm=0.02N/m 粘度[9]ηL=1.2×10-5Pa?s</p>

47、<p>　　苯在煤氣中的擴(kuò)散系數(shù)近似取苯在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)[10]：m2/s</p><p>　　苯在洗油中的擴(kuò)散系數(shù)查取得[11]：m2/s</p><p>　　氣相及液相的流速： </p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　由公式（3-5）可得：</p>&

48、lt;p><b>　　(Kg/m2?s)</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　由公式（3-6）可得：</p><p><b>　　(Kg/m2?s)</b></p><p>　　氣相傳質(zhì)系數(shù)[12]： </p>

49、;<p><b>　　（3-7）</b></p><p>　　由公式（3-7）可得：</p><p>　　Kmol/m2?s?Pa </p><p><b>　　(3-8）</b></p><p>　　由公式（3-8)可得 m2/m3 </p>&l

50、t;p><b>　　液相傳質(zhì)系數(shù)：</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　由公式（3-9)可得： m/s</p><p>　　將得到的傳質(zhì)系數(shù)換算成以摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的傳質(zhì)系數(shù)：</p><p>　　(3-10） </p>

51、<p>　　由公式（3-10）可得：</p><p><b>　　Kmol/m3?s</b></p><p><b>　　Kmol/m3?s</b></p><p><b>　　（3-11）</b></p><p>　　由公式（3-11）可得：</p>

52、<p><b>　　（3-12）</b></p><p>　　由公式（30-12）可得：</p><p><b>　　m</b></p><p>　　考慮到計(jì)算公式的偏差，實(shí)際上取[13]：</p><p><b>　　m</b></p><p&g

53、t;　　3.3.2 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算</p><p>　　全塔的物料衡算方程為：</p><p>　　依據(jù)該方程可以確定吸收塔底洗油中苯的組成：</p><p>　　于是，可以計(jì)算該塔的塔底、塔頂以及平均傳質(zhì)推動(dòng)力分別為：</p><p><b>　　則，填料層高度</b></p><p><

54、;b>　　m</b></p><p>　　圓整后實(shí)際填料層高度取為9m.依據(jù)階梯環(huán)填料的分段要求[14]：</p><p>　　Z/D=5~10 m</p><p>　　可將填料分為兩段,每段4.5m，兩段間設(shè)置一個(gè)液體再分布器.</p><p>　　3.3.3 總高度的計(jì)算</p><p>

55、;　　塔上部空間高度可取為1.2m，液體再分布器的空間高度約為1m。塔底液相停留時(shí)間按5min考慮，則塔釜液所占高度為：</p><p><b>　　m</b></p><p>　　塔內(nèi)塔釜液到填料支撐板的高度可取為1.2m，裙式支座的高度可取為2.5m，所以塔的總高度為：</p><p>　　h=h0+h+1.2+1+1.2+2.5=9+1.

56、34+1.2+1+1.2+2.5=16.24m</p><p>　　3.4流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.4.1 吸收塔的壓力降 </p><p>　?。?）氣體進(jìn)出口壓力降取氣體進(jìn)出口接管的內(nèi)徑為219mm，則氣體進(jìn)出口流速近似為16.52m/s，則進(jìn)口壓力降為： </p><p><b>　　Pa</b>&

57、lt;/p><p><b>　　出口壓力降為：</b></p><p><b>　　Pa</b></p><p>　?。?）填料層壓力降，氣體通過填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算，其中實(shí)際操作氣速為：</p><p><b>　　m/s</b></p><

58、;p><b>　　（3-13）</b></p><p>　　由公式（3-13）可得：</p><p><b>　　(3-14）</b></p><p>　　由公式（3-14）可得：</p><p>　　查Ecker圖可得每米填料的壓力降為500pa[15]，所以填料層的壓力降為：</p&

59、gt;<p><b>　　Pa</b></p><p>　　（3）其他塔內(nèi)件的壓力降，其他塔內(nèi)件的壓力降較小，在此可以忽略。于是得吸收塔的壓力降為：</p><p><b>　　Pa</b></p><p>　　3.4.2 氣體動(dòng)能因子 </p><p>　　吸收塔內(nèi)氣體動(dòng)能因子

60、為： (3-15）</p><p>　　由公式（3-15）可得：</p><p><b>　　Kg2/s?m2</b></p><p>　　氣體動(dòng)能因子在常用的范圍內(nèi)[16]。</p><p>　　3.4.3 吸收因子 </p><p>　　吸收

61、塔內(nèi)氣體吸收因子為： （3-16）</p><p>　　又公式(3-16）可得：</p><p>　　在吸收因子適宜的范圍內(nèi)[17]。</p><p>　　從以上的各項(xiàng)指標(biāo)分析，該吸收塔的設(shè)計(jì)合理，可以滿足解吸塔操作的工藝要求。</p><p>　　3.5 吸收塔輔助設(shè)備計(jì)算及選型<

62、/p><p>　　3.5.1液體初始分布器</p><p>　?。?）布液孔數(shù)，根據(jù)該物系性質(zhì)可選用蓮蓬式噴灑器取布液孔數(shù)為100個(gè)/m。則總布液孔數(shù)為：</p><p>　　n=0.2826100=29個(gè)</p><p>　　（2）液位保持管高度，取布液孔直徑5mm，則液位保持管中的液位高度為[18]：</p><p>

63、<b>　?。?-17）</b></p><p>　　由公式（3-17）可得： </p><p><b>　　m</b></p><p>　　則液位保持高度為：=1.15653=751mm</p><p><b>　　其他尺寸計(jì)算從略。</b></p><

64、p>　　3.5.2 液體再分布器 </p><p>　　采用截錐式再分布器[19]</p><p>　　3.5.3其他附屬塔內(nèi)件</p><p>　　支撐裝置選用柵板式，填料壓板選用柵條形壓板[20]，氣體分布裝置采用簡單的氣體分布裝置，同時(shí)，對排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴(yán)。</p><p><b>　　4 解吸

65、塔工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　4.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算</b></p><p>　　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算包括吸收劑用量的計(jì)算及最小液氣比的計(jì)算。</p><p>　　再生塔的設(shè)計(jì)條件為：</p><p>　　洗油處理量為 3637.73kg/h</p><p>　　洗油中苯的摩爾

66、比為 0.117kmol苯/kmol洗油</p><p>　　再生后洗油中苯的摩爾比為 5.025kmol苯/kmol惰性氣體</p><p>　　所用的汽提氣入口苯含量近似為0。</p><p>　　4.1.1最小氣液比及吸收劑用量</p><p>　　則提氣用量與吸收塔設(shè)計(jì)一樣，首先要缺定最小汽提氣用量，依據(jù)物料衡算方程，求取最小氣液比，

67、但需注意這里的 表示的是塔頂?shù)囊合嗪蜌庀嗄柋龋硎镜氖撬椎囊簹庀嗄柋?，于是得?</p><p>　　kmol 苯/kmol 洗油</p><p>　　?。?</p><p><b>　　氣的實(shí)際用量為：</b></p><p><b>　　=Kmol/h<

68、/b></p><p><b>　　m3/h</b></p><p><b>　　Kg/h</b></p><p>　　Kg/h m3/h</p><p>　　4.2塔徑的計(jì)算及校核</p><p>　　4.2.1填料的選擇</p><p>

69、;　　解吸塔的填料規(guī)格為聚丙烯階梯環(huán)（25251.4）散堆填料，氣體的進(jìn)出口尺為 502.5，液體的進(jìn)出口尺寸為502.5。</p><p>　　散堆填料A=0.204 公稱直徑d=25mm 孔隙率ε=0.9 </p><p>　　比表面積a=228m2/m3</p><p>　　堆積個(gè)數(shù)81500個(gè)/m3 堆積密度97.8Kg/m3

70、 </p><p><b>　　臨界表面張力N/m</b></p><p>　　4.2.2 塔徑計(jì)算</p><p>　　取P=101.325KPa </p><p>　　氣相密度 Kg/m3</p><p>　　液

71、相密度可以近似取為： </p><p>　　查表可知120℃時(shí) Kg/m3</p><p><b>　　Kg/m3</b></p><p>　　液體黏度為[21]：ηL=0.8×10-3Pa?s</p><p>　　利用貝恩-霍根泛點(diǎn)氣速方程可得：</p><p>&

72、lt;b>　　取A=0.204</b></p><p><b>　　取a=228 </b></p><p><b>　　m/s</b></p><p>　　取u=0.7u=0.71.1997m/s=0.8398m/s</p><p><b>　　m/s</b&g

73、t;</p><p><b>　　m</b></p><p>　　圓整后取D=300mm</p><p>　　4.2.3 數(shù)據(jù)校核</p><p><b>　　m2</b></p><p>　　實(shí)際氣速: m/s</p><p>

74、　　泛點(diǎn)率校正: (在50%~80%的范圍內(nèi)）</p><p>　　填料規(guī)格校正: D/d=</p><p>　　噴淋量的校核：吸收劑的噴淋密度U=L/S</p><p><b>　　m3/m2?h</b></p><p>　　潤濕率： m3/m2?h<

75、;/p><p>　　對于直徑小于75mm的環(huán)形填料，必須滿足潤濕率最小值滿足最小噴淋密度要求。</p><p>　　經(jīng)以上校核可知填料塔徑選用300mm。</p><p>　　4.3 填料層高度的計(jì)算</p><p>　　4.3.1 傳質(zhì)單元高度計(jì)算</p><p>　　塔內(nèi)的氣液相物性如下：</p><

76、;p>　　ka/m3 ka/m3 氣體粘度[22]Pa?s</p><p>　　Pa?s 表面張力[23]dyn/cm</p><p><b>　　氣相擴(kuò)散系數(shù)為</b></p><p><b>　　m2/s</b></p><p><b>　　液相擴(kuò)散系數(shù)<

77、/b></p><p><b>　　m2/s</b></p><p><b>　　氣相及液相的流速為</b></p><p><b>　　kg/m2?s</b></p><p><b>　　kg/m2?s</b></p><p&g

78、t;<b>　　氣相傳質(zhì)系數(shù)</b></p><p>　　Kmol/m2?s?KPa</p><p><b>　　液相傳質(zhì)系數(shù)</b></p><p><b>　　m/m2</b></p><p><b>　　m/s</b></p><

79、p>　　將得到的傳質(zhì)系數(shù)換算成以摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的傳質(zhì)系數(shù)</p><p><b>　　Kmol/m3?s</b></p><p><b>　　Kmol/m3?s</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　考慮到計(jì)算公式的偏差，實(shí)際上取<

80、/p><p><b>　　m</b></p><p>　　4.3.2傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算</p><p>　　全塔的物料衡算方程為</p><p>　　依據(jù)該方程可以確定解釋塔底洗油中苯的組成</p><p>　　Kmol(苯)/Kmol(水蒸氣)</p><p>　　于是，可以計(jì)

81、算該塔德塔底、塔頂以及平均傳質(zhì)推動(dòng)力分別為</p><p><b>　　則解吸塔填料高度：</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　圓整實(shí)際填料層高度取為5m，依據(jù)階梯環(huán)塔填料的分段要求</p><p>　　Z/D=5~15hm故，可以不進(jìn)行分段。</p>

82、<p>　　4.3.3 總高度的計(jì)算</p><p>　　塔上部空間高度，可取為1.2m，塔底液相停留時(shí)間按3min考慮，塔液高度</p><p><b>　　m</b></p><p>　　塔板到塔液高度取0.7m，則塔釜所占高度為： </p><p>　　h=5+1.2+3.2+0.7+2.5=12.6m

83、</p><p>　　4.4 流體力學(xué)參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　4.4.1解吸塔的壓力降</p><p>　?。?）氣體進(jìn)出口壓力降.取氣體進(jìn)出口接管內(nèi)徑為50mm，則氣體的進(jìn)出口液速近似為37m/s，則進(jìn)口壓力降為：</p><p><b>　　Pa</b></p><p><b&g

84、t;　　出口壓力降為：</b></p><p><b>　　Pa</b></p><p>　?。?）填料層壓力降 氣體通過填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算，其中實(shí)際操作氣速為：</p><p><b>　　m/s</b></p><p>　　查Eckert關(guān)聯(lián)圖得每米填料的壓力降

85、為200Pa，所以填料層的壓</p><p><b>　　Pa</b></p><p>　　（3）其他塔內(nèi)件的壓力降 其他塔內(nèi)件的壓力降較小，在此可以忽略。于是得吸收塔的總壓力降為：</p><p><b>　　Pa</b></p><p>　　4.4.2氣體動(dòng)能因子 </p><

86、;p>　　解吸塔內(nèi)氣體動(dòng)能因子為：</p><p>　　Kg1/2/s?m1/2</p><p>　　氣體動(dòng)能因子在常用的范圍內(nèi)。</p><p>　　4.4.3解吸因子 </p><p>　　解吸塔內(nèi)氣體解吸因子為：</p><p><b>　　(4-1）</b></p>

87、<p>　　由公式（4-1）可得：</p><p>　　在解吸因子適宜的范圍內(nèi)。</p><p>　　從以上的各項(xiàng)指標(biāo)分析，該解吸塔的設(shè)計(jì)合理，可以滿足解吸操作的工藝要求。</p><p>　　4.5解吸塔的輔助設(shè)備的計(jì)算與選型</p><p>　　4.5.1液體初始分布器</p><p>　　布液孔數(shù). 根

88、據(jù)該物系性質(zhì)可選用多孔直管式布液器，取布液孔數(shù)為100個(gè)/m,則總布液孔數(shù)為：</p><p>　　n=0.07065100=8個(gè)</p><p>　　4.5.2其他附屬內(nèi)件</p><p>　　支撐裝置選用柵板式，填料壓板選用柵條形壓板，氣體分布裝置采用簡單的氣體分布裝置，同時(shí)，對排放的凈化氣體的液相夾帶要求不嚴(yán)，可不設(shè)除液沫裝置。</p><

89、p><b>　　5設(shè)計(jì)結(jié)果及評述</b></p><p>　　5.1設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</p><p>　　表 5-1設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</p><p><b>　　5.2設(shè)計(jì)評述</b></p><p>　　本課題是通過給定的工藝條件，設(shè)計(jì)填料吸收塔，在設(shè)計(jì)過程中，我們按照工藝要求，操作安全可靠，所

90、需材料和操作較低的原則，參閱了部分文獻(xiàn)，從理論計(jì)算的角度設(shè)計(jì)出所需的填料吸收塔及解吸塔。在設(shè)計(jì)中，我們對填料進(jìn)行了選擇，計(jì)算了塔徑、塔高機(jī)流體力學(xué)參數(shù)，由此對塔進(jìn)行了適當(dāng)?shù)姆侄?，并選擇了再分布器。于此同時(shí)，對一些主要的性能參數(shù)進(jìn)行了校正，如泛點(diǎn)率校正、填料規(guī)格校核、噴淋量的校核。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)中，也存在不足。如在Eckert泛點(diǎn)氣速關(guān)聯(lián)圖中，對壓降的查找時(shí)，讀數(shù)存在一定的誤差。再者，物料衡算過程中

91、未考慮吸收劑洗油在循環(huán)利用中的損失，我們是用最理想的情況進(jìn)行計(jì)算，這是本設(shè)計(jì)的缺陷。</p><p><b>　　6 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,6:197～232</p><p>　　[2] 王松漢.石油化工設(shè)計(jì)手冊 第三卷.第一版.北京

92、：化學(xué)工業(yè)出版社，2001，12：1228～1228</p><p>　　[3] 吳德榮.化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊.第四版上冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009，6：1093～1093</p><p>　　[4] 王松漢.石油化工設(shè)計(jì)手冊 第三卷.第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001，12：1544～1544</p><p>　　匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)

93、計(jì).第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,6:211～211</p><p>　　[5] 王松漢.石油化工設(shè)計(jì)手冊 第三卷.第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001，12：1229～1229</p><p>　　[6] 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,6:225～225</p><p>　　[7] 匡國柱，史

94、啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,6:205～205</p><p>　　[8] 王松漢.石油化工設(shè)計(jì)手冊 第一卷.第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001，12：810～810</p><p>　　[9] 吳德榮.化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊.第四版上冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009，6：1028～1028</p><p>　　[1

95、0] 吳德榮.化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊.第四版上冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009，6：1041～1041</p><p>　　[11] 馮伯華.化學(xué)工程手冊.第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989，10：10-89～10-95</p><p>　　[12] 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,6:212～212</p><p&g

96、t;　　[13] 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,6:229～229</p><p>　　[14] 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社2010,6:214～214</p><p>　　[15] 吳德榮.化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊.第四版上冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009，6：482～482</p>

97、<p>　　[16] 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,6:226～226</p><p>　　[17] 譚天恩，竇梅，周明華.化工原理 下冊.第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,6：37～37</p><p>　　[18] 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,6:216～2

98、16</p><p>　　[19] 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,6:220～220</p><p>　　[20] 王松漢.石油化工設(shè)計(jì)手冊 第三卷.第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001，12：1600～1602</p><p>　　[21] 吳德榮.化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊.第四版上冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009