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填料塔计算部分 (2)

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2020-10-26 15:26
tags:2223

笔记本英语-十四英语怎么读

2020年10月26日发(作者:曹亚范)


二 基础物性参数的确定


本设计方案信息如下表所示:

装置流程

逆流操作

吸收剂



操作温度

20?C

操作压力

常压

填料类型

聚丙烯阶梯环(塑料填料)

填料规格

D
N
25
(
Dd?8
)


1 液相物性数据
对于低浓度吸收过程,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
时水的有关物性数据如下:

密度(
?
L


998.2kg
m
3

粘度(
?
L


?
=3.6kg(m
?
h)

表面张力(
?
L


940896kg
h
2


2 气相物性参数
设计压力: ,温度:
20?C

氨气在水中的扩散系数:
D
2
L
?1.76?10
?9
cms?6.336?10
?6
m
2
h

氨气在空气中的扩散系数:

查表得,氨气在0°C,在空气中的扩散系数为
cm
2
s


根据关系式换算出
20?C
时的空气中的扩散系数:


?
P
0
?
?
T
?
?
293.15
?
D?D?0.17?1?
??
0
?
??
?

V
?
273.15
?

?
P
?
?
T
0
?
?0.189cm
2
s?0.06804m
2
h

3
2
3
2
混合气体的平均摩尔质量为

M< br>Vm
?
?
y
i
M
i
?0.05?17?0. 98?29?29.27
混合气体的平均密度为

?
Vm
?
PM
Vm
101.3?29.27
??1.217kgm
3
RT8.314?293.15
混合气体的粘度可近似取空气的粘度,查手册得
20?C< br>空气粘度为


?
V
?1.81?10
?5
Pa?s?0.065kg(m?h)

3 气液相平衡数据
由手册查得,常压下
20?C
时,氨气在水中的亨利系数

E?76.3kPa

相平衡常数

m?
E76.3
??0.7532

P101.3
溶解度系数

H?
?
L
EM
s
?
998.2
?0.7260kmolkPa?m
3

76.3?18.02
4 物料衡算
进塔气相摩尔比

Y
1
=
y
1
0.05
??0.05263

1?y
1
1?0.05
出塔气相摩尔比

Y
2?Y
1
(1?
?
A
)?0.05263(1?0.98)?1. 053?10
?3

混合气体流量


Q
V< br>?Q
N?
0.1013?(273.15?20)
?16.10?10
3
m
3
h

0.1013?273.15
惰性气体摩尔流量

V?
Q
V
273.15
?(1?0.05)?636.16kmolh

22.427 3.15?20
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:

Y
1
?Y
2
?
L
?
?

??
VY
1
m?X
2
??
对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组 成

X
2
?0

0.05263?0.001053
?
L
?
??0.7381

??
0.052630.75 32
?
V
?
min
取操作液气比为



L
?
L
?
?1.4
??

V
?
V
?
min
L
?1.4?0.7381?1. 0333

V

L?1.0333?636.16?657.34kmolh


X
1
?

V(Y
1
?Y
2
)636.16?(0.05263?0.001053)
?X
2
??0.0499

L657.34
填料物性参数查表得:

聚丙烯阶梯环
D
N
25
散装填料物性参数

塔径与填料公称直径的比值Dd
Dd
>8

的推荐值

关联常数A

关联常数K



散装填料泛点填料因子平均值
?
F
260


(1m)

散装填料压降填料因子平均值
?
P
176

(1m)

填料材质的临界表面张力值
?
c
33

(dyncm)

直径
?

?


比表面积
?
(m
2
?m
?3
)

空隙率
?
(m
3
?m
?3
)

堆积密度
?
P
(kg?m
?3
)

个数n(
m
?3


干填料因子
?
(m
?1
)

填料形状系数

散装填料分段高度推hD

荐值


h
max

??

228



81500

312


8
~
15

?
6

表2-4-1


5 吸收塔的工艺尺寸计算
塔径计算

采用Eckert通用关联图计算泛点气速。

Eckert通用关联图:



气体质量流量为
< br>w
V
?Q
V
?
Vm
?16.10?10
3< br>?1.217?1.9594?10
4
kgh

液体质量流量可近似按纯水的流量计算:


w
L
?LM
S
?657.34?18.02?11845.267kgh

Eckert通用关联图的横坐标为

w
L
?
?
Vm
?

??
w
V
?
?
L
?
0.5
11845.267
?
1.217
?
?
??
1.9594?10
4
?< br>998.2
?
0.5
?0.02111

根据关联图对应坐标可得

u
F
2
??
g
?
?
V
?
?
?
L
?
0.2
??
L
?0.18

?
由表2-4-1可知



?
F
=260
m
?1


u
F
?
0.18 g
?
L
0.2
?
F
??
L
?
V< br>?
0.18?9.81?998.2
?2.360ms

0.2
260?1?1?1.217

u?0.8u
F
?0.8?2.360?1.888ms

4V
s
4?16.10?10
3
3600

D???1.737
m

?
u3.14?1.888
圆整塔 径(常用的标准塔径有400mm、500mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、2000mm、2200mm等)本设计方案取D=2000mm。

泛点率校核:


u?
4V
s
4?161003600
??1.424ms

22
?
D3.14?2.0
u1.424
??100%?60.34 %

u
F
2.360
因为填料塔的适宜空塔气速一般取泛点气速的5 0%-80%,泛点率值在
允许范围内。

填料塔规格校核:

D2000
??80?8
(在允许范围之内)

d25
液体喷淋密度校核:

取最小润湿速率为


(L
W
)
min
?0.08m
3
m?h

由表2-4-1可知:

?
?228m
2
m
?3

U
min
?(L
w
)
min
?
?0.08?228?18.28
4 w
?
4?11845.267998.2
U?
L
2
L
??3.78?U
min
2
?
D3.14?2.0
由于喷淋密度过 小,可采用增大回流比或采用液体再循环的方法加大液体


流量,以保证填料的润湿性能; 也可适当的增加填料层高度的办法予以补
偿。


填料层高度计算


Y
1
*
?mX
1
?0.7532?0.0 499?0.03758
Y?mX
2
?0
*
2

脱吸因数为


S?
mV0.7532?636.16
??0.7289

L657.34
气相总传质单元数为

??
Y
1
? Y
2
*
1
N
OG
?ln
?
(1?S)?S
?
1?S
?
Y
2
?Y
2
*
?
10.05263?0
??
?ln
?
(1? 0.7289)?0.7289
?
?9.807
1?0.7289
?
0.001053?0
?
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:

?
?
?
?
?
w
?
?1?exp
?
?1.45
?
c
?
?
t
?
?
L
?
?
?
0.75
2
?
U
L
?
?
U
L
?
t
?
??
?
2
?
a
?
?
tL
?
?
?
L
g
?
0.1
?0.05
0.2
2
?
U
L
?
?
?
??
?

?
?
L
?
L
?
t
?
?
?
查表2-4-1得

?
c
?33dyncm?427680kgh
2

液体质量通量为

4w
L
4?11845.267
2
??3772.38kg(m?h)
22
?
D3.14?2.0
0.750 .1
??
?
427680
??
4619.285
?
?
?1.45
?
?

?
?
??< br>?
940896228?3.6
????
?
w
??
? 1?exp
?
?0.2222
?0.050.2
?
22
?< br>t
??
?
4619.285
?
?
4619.285? 228
?
?
??
??
?
998.2
2
?1 .27?10
8
?
998.2?940896?228
????
??
U
L
?
气膜吸收系数可由下式计算:


?< br>U
??
?
?
?
?
D
?

k
G
?0.237
?
V
??
V
?
?
tV
?

?
?
t
?
V
???
V
D
V
?
?
RT
?
0.7
1
3
气体质量通量为:

4Q
V
?
V
4?16.10?10
3
?1.217
2
??6240.03kg(m?h)

U
V
?
22
?
D3.1 4?2.0
0.065
?
7640.06
????
228?0.06 804
?
k
G
?0.237
??????

?
228?0.065
??
1.217?0.06804
??
8.314?293.15
?

?0.1102kmol(m
2
? h?kPa)
0.7
1
3
液膜吸收系数由下式计算:

?
U
?
?
?
??
?
g
?
kL
?0.0095
?
L
?
?
L
??
L
?
?
?
W
?
L
?
?
?
L
D
L
??
?
L
?
2
3
2
3
?
1
2
1
3
3772.383.6
?????
3.6?1.27?10
?

?0.0095
?
??

??
?6
?
99 8.2
?
228?0.2222?3.6
??
998.2?6.336?10
?
??
?0.2313mh
?
1
2
8
1< br>3

k
G
a?k
G
a
W
?< br>1.1



k
G
a?k
G
a
W
?
1.1
?0.1102?0.2222?228?1.45< br>1.1
?8.402kmol(m
3
?h?kPa)


k
L
a?k
L
a
W
?
0.4
?0 .2313?0.2222?228?1.45
0.4
?13.596kmol(m
3
?h?kPa)


u
?73.90%?50%
,需选用下面的关系式对气膜和液膜系数进行
u
F
校核修正。

1. 4
?
?
u
?
?
?
a?
?
1?9. 5
?
?0.5
?
?
k
G
ak
G
?
?
u
F
?
?
??

?
?
u
?
?
a?
?
1?2.6
?
?0.5
?
k
L
?
?
u
F
?
?
2 .2
?
?
k
L
a
?
?

修正结果:

1.4
?
a?
?
1?9.5?
?
0.7390?0.5
?
?
?8.402?19.163kmol(m< br>3
?h?kPa)k
G
??
?
a?
?
1?2 .6?
?
0.7390?0.5
?
?
?13.596?15.112 6kmol(m?h?kPa)k
L
??
3
2.2




K
G
a?

1
11
?
?
aHk
L
?
ak
G
?< br>1
11
?

19.1630.7260?15.1126
? 6.977kmol(m
3
?h?kPa)
VV636.16
???0.26 02m
?
K
Y
a?K
G
aP?
7.687?101 .3??1.4
2



4
Z?H
OG
N
OG
?0.2602?9.807?2.5518m
H
OG< br>?
考虑恩田公式的最大误差,为了安全取设计填料层高度为


Z
?
?1.25?2.5518?3.1898m

设计取填料层高度为

Z
?
=4.0m

在填料塔计过程中,对于阶梯环填料,

h
?8
,则

D
h?8?2000?16000mm

h
?8~15,h
max
?6mm


D
计算得填料层高度为4000mm,故不需分段

5.3
填料层压降计算

采用Eckert通用关联图计算

横坐标为

w
?
?
?

L
?
Vm
?
w
V
?
?
L
?
0.5
? 0.02111

由表2-4-1得,
?
P
?176m
?1

纵坐标为

u
2
?
P
?
g
??
V
?
?
?
L
?
0.2
1.744< br>2
?176?11.217
0.2
??1?0.06653

?
?
L
?
9.81998.2
?
查Eckert通用关联图 ,
?P
Z 位于40g
~
50gPam范围内,取


?P
Z=45g=m

填料层压降为

6
?P
=
?
液体分布器的简要设计
液体分布器的选型

本设计的吸收塔气液相负荷相差不大,无固体悬浮物和液体粘度不大,
加上设计建议是优先 选用槽盘式分布器,所以本设计选用槽盘式分布器。

分布点密度计算

按Eckert建议值,
D?1200
时,喷淋点密度为42点
m
2
,由于该塔喷淋密
度较小,设计区分喷淋点密度为90点
m
2


布液点数为


n?
?
4
?2.0
2
?90?282.7点?283点

按分布点几何均匀与流量均匀原则,进 行布点设计。其结果为:二级槽共
设七道,在槽侧面开孔,槽宽度为80mm,槽高度为210mm,两 槽中心矩为
160mm。分布点采用三角形排列,实际设计布点数为n=140点,布液点示意
图如下:



布液计算


Ls
?
?
4
d
0
2
n
?
2g? H


?
?0.60,?H?160mm

?
4L
s

d
0
?
?
?
?
n
?
2g?H
?
?
?
4?7107. 232998.2?3600
?
?
?
?
?0.004m
< br>?
?
?
?
3.14?140?0.6?2?9.81?0.16
?
1
2
1
2
设计取
d
0
=4mm。



7 接口管径计算

根据圆形管道内的流量公式,即

?
4
D
2
u?V
s

,

conca-铀238


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