3000+氨气+郭师济唐明月

塑料阶梯环填料塔第十三组郭师济唐明月2020年1月12日设计任务及操作条件1、吸收气体：NH32、地点：武汉3、年处理量为3000万m³4、起始浓度为3.5%5、回收率达到96%6、操作压力为0.1MPa7、操作温度：30℃2020年1月12日一、设计方案的确定（一）填料吸收塔方案的确定1、装置流程的确定吸收装置流程主要有以下几种：（1）逆流操作（2）并流操作（3）吸收剂部分再循环操作（4）多塔串联操作等本次设计采用逆流操作：气相自塔底进入由塔顶排出，液体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。2020年1月12日（二）、吸收剂的选择a)对吸收质的溶解度大,以提高吸收速率并减少吸收剂的需用量。b)对吸收质的选择性好,对吸收质组分以外的其他组分的溶解度要很低或基本不吸收。c)挥发性低,以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。d)对设备腐蚀性小或无腐蚀性,尽可能无毒。e)操作温度下吸收剂应具有较低的黏度,且不易产生泡沫,以实现吸收塔内良好的气流接触状况。f)要考虑到价廉,易得,化学稳定性好,便于再生,不易燃烧等经济和安全因素。2020年1月12日操作条件操作温度：操作温度主要由当地的水温决定，建厂地点为武汉，查长江中下游近年水温，估算未来50年，水温最高为30摄氏度。操作压力：由吸收过程的气液平衡关系可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加压利于吸收。随着压力的增加，对相应的设备要求也提高，且耗能增加，因此需结合工艺条件综合考虑。2020年1月12日二、填料的选型与选择填料的选择包括填料的种类、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。（一）填料的类型：（1）散装填料拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩鞍填料、金属环矩鞍、填料球形填料等。（2）规整填料金属规整填料有孔板波纹填料、板网波纹填料、刺孔板波纹填料、丝网波纹填料及环形波纹填料塑料规整填料有蜂窝斜管、直管，塑料板波纹填料和塑料丝网波纹填料等。2020年1月12日国内塑料阶梯环特性数据2020年1月12日我们采用的值Φ=38是的塑料阶梯环。主要设计步骤工艺结构尺寸的计算筒体封头裙座载荷计算支座反力设计计算塔径填料层高度的计算填料层压降计算液体分布器装置液体再分布装置填料塔支撑装置床层限制板除沫装置流体进出口流差填料塔附属高度泵效率计算确定物性数据液相物性数据气相物性数据气液相平衡数据物料守恒2020年1月12日确定物性数据2020年1月12日液相物性数据3995.645/Lkgm32Lδ=70.08510/Nm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，有手册差得，30℃的有关物性数据如下：密度：粘度：表面张力：-30.810LPas确定物性数据2020年1月12日气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为0.03917(10.039)2928.5iiMyM混合气体的平均密度为3101.328.51.13kg/m8.314308mMRT51.8610.PasLD混合气体的黏度可以近似取为空气的粘度，查手册35℃是的粘度为查手册NH3在空气中的扩散系数为=1.76×10-9m2/s=6.336×10-5m2/h确定物性数据2020年1月12日气液相平衡数据确定物性数据2020年1月12日物料守恒设计计算2020年1月12日（一）塔径的计算：塔径直径的计算采用下式：式中流量由设计任务给定u为空塔气速（用泛点气速法确定空塔气速）uVDS4泛点气速法确定空塔气速根据贝恩-霍根关联式填料的泛点气速可由贝恩霍根泛点关联式计算：81412.022)()())((lgLVllvtfVLKAagu2020年1月12日设计计算•传质单元法求吸收塔高度2020年1月12日OGOGZHN传质单元高度传质单元数OGOGHN不同类型填料的A、K值2020年1月12日散装填料类型AK规整填料类型AK塑料鲍尔环0.09421.75金属阶梯环0.1061.75金属鲍尔环0.11.75瓷矩鞍0.1761.75塑料阶梯环0.2041.75金属环矩鞍0.062251.75采用埃克特泛点关联式计算泛点速度6.9m/s，取泛点率为0.7，则空塔气速u=4.8m/s。经计算及核算，塔径D=0.5m合适。2020年1月12日2.98143.40.67645.3mVSL脱洗因子数12221ln[(1)]110.04060ln[(10.67)0.67]6.0110.670.002030OGYYNSSSYY传质单元高度的计算•修正的恩田公式：2020年1月12日20.750.10.052820.242768041147.641147.6132.51exp{1.45()()()940896132.52.88995.61.271041147.6()}0.26995.6940896132.5wtaa气质量通量为2241671.1316662.1()0.7850.6VUkgmh2020年1月12日10.7310.7320.237()()()16662.10.068132.50.0730.237()()()132.50.0681.130.0738.3143030.167/()VVtVGtvVVUaDaDRTkmolmhkpa气膜吸收系数2211628.341147.6()0.7850.6LUkgmh211332211833260.0095()()()41147.62.882.881.27100.0095()()()0.26132.52.88995.66.1310995.61.74/LLLLwLLLLUgaDmh液体质量通量液膜吸收系数2020年1月12日填料类型球棒拉西环弧鞍开孔环Ψ值0.720.7511.191.45表4-4各类填料的形状系数45.1取2020年1月12日2143.40.9895.07101.30.7850.6OGYGVHKaVmaP则2020年1月12日0.9896.015.94OGOGZHNm1.35.947.7Zm8Zmmax8~15,6hhmmD设计取填料层高度为：对于阶梯环填料，将填料层分为2段设置，每段4m，两段间设置一个液体再分布器。设计计算（三）填料压强降的计算2020年1月12日设计计算•（四）液体分布装置本设计实验采用筛孔盘式液体分布器。2020年1月12日600Dmm20.7850.624067.868n分布点密度计算根据Eckert建议，当D≈750mm，每60cm2塔截面设一个喷淋点，即约为170点/m2。本实验令喷淋点的密度为240点/m2。布液点数34240.00324063.14680.629.810.167.56107.56SoLdngHmmm设计计算•（五）液体再分布装置•本设计选用（b）型截锥式液体分布器，截锥体与塔壁的夹角一般取为400，截锥下口直径D1=450mm。2020年1月12日设计计算•（七）床板限制装置•对于塑料填料，因其重量较轻，在流量压力差和冲击作用下，填料层逐渐膨胀而升高，以致改变填料层初始的堆积状态。这样，当填料层不均匀膨胀后，流体不均匀分布加剧，于是降低了塔的效率，有时，顶层的填料还会被气流带出塔外。因此，决定在填料层上放安装床层限制板。•创层压纸板的重量较轻，将其固定在塔壁上，对填料层起限制作用。安装时位置要准确，在确保限位的情况下，不应对填料层施加过大的附加载荷。2020年1月12日设计计算•（六）填料塔支撑装置•填料支撑装置的作用是支撑塔内的填料，其结构对填料塔的操作性能有很大的影响。设计填料时应考虑：•（1）具有足够的强度和刚度，一支撑填料的重量；•（2）具有足够大的自语截面，一般应大于填料的空隙面积；•（3）有利于液体再分布•（4）便于制造、安装和拆卸。•对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型支撑装置；对于规整填料，通常选用栅板型支撑装置。本设计采用驼峰型支撑装置。2020年1月12日设计计算•（八）除沫装置•氨气易溶于水中，进气是易产生气泡，故在塔顶需要除沫装置。本设计采用SP型丝网除沫器。（1）丝网除沫器的液泛速度＞u=4.8m/s•故可以采用。•式中K—气液过滤网常数，SP型K=0.201•（2)除沫器的直径2020年1月12日设计计算•(九）流体进出口流差2020年1月12日设计计算•（十）填料塔附属高度•塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高度，塔的底部空间等。•塔的上部空间是为了使随气体携带的液滴能够从气相中分离出来而留取的高度，可取1.2m。舍塔定液相停留时间为1min，则塔釜液所占空间高度为2020年1月12日22236001600.7850.78560645.3180.690.7850.6995.660LsLsLLLLwVVwhDDhm塔底液面与填料塔底部之间还应留有空间，以满足安装进气管要求，进气管的位置应在填料层以下约一个塔径的距离，且高于塔底液面300mm以上则塔底空间高度为H=8+1.2+0.69+0.3=0.6=10.79m，取.10.8m。筒体的选择和壁厚的计算•经综合考虑，筒体材料选Q235B，常温，T≤100℃，许用应力为：126MPa，筒体用双面焊全部无损伤探伤焊接，焊缝系数ψ=1，由设计条件操作压力为PW=0.2MPa，取PC=0.6MPa。又因为碳素钢σmin不应小于3mm，所以取σ=3mm。•2020年1月12日2citPD0.66001.4321126mm封头2020年1月12日封头选用标准椭圆形封头选材Q235-B,公称直径为600mm。曲面深度直边高度为25mm，封头材料及其受到的压力与筒体相同，所以其计算厚度和筒体相同所以σmin=3mm。封头与筒体之间用法兰连接，容器法兰选用甲型平焊法兰，垫片用橡胶垫片。60015044iDh裙座本设计选用圆筒形裙座，选用材质为Q235-A，焊接接头采用对接型式。裙座与塔体的连接方式采用全焊透的连续焊，且与塔封头的外壁圆滑过渡。令裙座筒体的端内直径与椭圆封头内直径相等。2020年1月12日载荷计算•填料的总质量：聚乙烯的密度为950kg/m3•筒体的总质量•封头的质量，查表得•冲水质量查表得封头的容积Vf=0.0353m3总载荷2020年1月12日21938191.2950272000.910.60.78584610mkg210.875810mkg317234mkg242240.7850.610.8995.620.0353995.63109wfwmDhpVkg1234468103431093999mmmmmkg支座反力计算•塔总重约为3999kg，整个塔也可以看作为一个受均布载荷的简直梁2020年1月12日ABRRN19999.5ABRRN2020年1月12日