二 基础物性参数的确定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,2 气相物性参数设计压力:101.3kPa ,温度:20C ︒氨气在水中的扩散系数:92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=⨯=⨯ 氨气在空气中的扩散系数:查表得,氨气在0°C ,101.3kPa 在空气中的扩散系数为0.17 2/cm s , 根据关系式换算出20C ︒时的空气中的扩散系数:332200022293.150.171273.150.189/0.06804/VP T D D P T cm s m h ⎛⎫⎛⎫⎛⎫==⨯⨯ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭==混合气体的平均摩尔质量为m i 0.05170.982929.27V i M y M ==⨯+⨯=∑混合气体的平均密度为3m 101.329.27 1.2178.314293.15V Vm PM kg m RT ρ⨯===⨯混合气体的粘度可近似取空气的粘度,查手册得20C ︒空气粘度为51.81100.065()V Pa s kg m h μ-=⨯•=•3 气液相平衡数据由手册查得,常压下20C ︒时,氨气在水中的亨利系数76.3a E kP =相平衡常数76.30.7532101.3E m P ===溶解度系数3s998.20.726076.318.02LH kmol kPa m EM ρ===•⨯4 物料衡算进塔气相摩尔比1=110.050.05263110.05y Y y ==-- 出塔气相摩尔比321(1)0.05263(10.98) 1.05310A Y Y ϕ-=-=-=⨯混合气体流量330.1013(273.1520)16.10100.1013273.15V N Q Q m h ⨯⨯+==⨯⨯惰性气体摩尔流量273.15(10.05)636.1622.4273.1520V Q V kmol h =⨯-=+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:1212L Y Y V Y m X -⎛⎫= ⎪-⎝⎭对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成 20X =min0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -⎛⎫== ⎪⎝⎭ 取操作液气比为 min1.4L L V V ⎛⎫= ⎪⎝⎭1.40.7381 1.0333LV=⨯= 1.0333636.16657.34L kmol h =⨯=1212()636.16(0.052630.001053)0.0499657.34V Y Y X X L -⨯-=+==表2-4-15 吸收塔的工艺尺寸计算5.1 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3416.1010 1.217 1.959410V V Vm w Q kg h ρ==⨯⨯=⨯液体质量流量可近似按纯水的流量计算: 657.3418.0211845.267L w LM kg h ==⨯=S Eckert 通用关联图的横坐标为0.50.5411845.267 1.2170.021111.959410998.2Vm L V L w w ρρ⎛⎫⎛⎫== ⎪⎪⨯⎝⎭⎝⎭根据关联图对应坐标可得20.20.18V F L L u gρφψμρ⎛⎫= ⎪⎝⎭由表2-4-1可知 F φ=260 1m -0.20.20.180.189.81998.22.360/26011 1.217LF F L Vg u m s ρφψμρ⨯⨯===⨯⨯⨯取 0.80.8 2.360 1.888/F u u m s ==⨯=由1.737D ===m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:224416100/36001.424/3.142.0s V u m s D π⨯===⨯ 1.424100%60.34%2.360F u u =⨯= 因为填料塔的适宜空塔气速一般取泛点气速的50%-80%,泛点率值在允许范围内。
填料塔规格校核:200080825D d ==>(在允许范围之内) 液体喷淋密度校核: 取最小润湿速率为3min ()0.08/W L m m h =• 由表2-4-1可知:23min min min22228()0.0822818.284/411845.267/998.2 3.783.14 2.0w L L m m U L w U U D σσρπ-===⨯=⨯===<⨯ 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。
5.2填料层高度计算*11*220.75320.04990.037580Y mX Y mX ==⨯===脱吸因数为0.7532636.160.7289657.34mV S L ⨯=== 气相总传质单元数为*12*221ln (1)110.052630ln (10.7289)0.72899.80710.72890.0010530OG Y Y N S S S Y Y ⎡⎤-=-+⎢⎥--⎣⎦-⎡⎤=-+=⎢⎥--⎣⎦ 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:0.10.20.750.052221exp 1.45w c L t L L t L t L L L L t U U U a g ασαασμρρσα-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭查表2-4-1得233/427680c dyn cm kg h σ== 液体质量通量为2220.750.10.050.222284411845.2673772.38/()3.14 2.04276804619.2851.45940896228 3.61exp 04619.2852284619.285998.2 1.2710998.2940896228L L w t w U kg m h D παα-⨯===•⨯⎧⎫⎛⎫⎛⎫-⨯⨯⎪⎪ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⎪⎪=-=⎨⎬⎛⎫⎛⎫⨯⎪⎪⨯ ⎪ ⎪⎪⎪⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎩⎭.2222 气膜吸收系数可由下式计算:10.730.237V V t VG t V V V U Dk D RTμααμρ⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 气体质量通量为:32224416.1010 1.2176240.03()3.14 2.0V V V Q U kg m h D ρπ⨯⨯⨯===•⨯ 10.7327640.060.0652280.068040.2372280.065 1.2170.068048.314293.150.1102/()G k kmol m h kPa ⨯⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=•• 液膜吸收系数由下式计算:211323121833260.00953772.38 3.6 3.6 1.27100.00952280.2222 3.6998.2 6.33610998.20.2313/L L L L W L L L L U g k D m h μμαμρρ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭= 由 1.1G G W k a k a ψ=得1.1 1.130.11020.2222228 1.458.402/()G G W k a k a kmol m h kPa ψ==⨯⨯⨯=•• 0.40.430.23130.2222228 1.4513.596/()L L W k a k a kmol m h kPa ψ==⨯⨯⨯=••73.90%50%Fuu => ,需选用下面的关系式对气膜和液膜系数进行校核修正。
1.42.219.50.51 2.60.5GG F LL F u k a k a u u k a k a u ⎡⎤⎛⎫'⎢⎥=+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎡⎤⎛⎫'⎢⎥=+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦修正结果:()()1.432.2319.50.73900.58.40219.163/()1 2.60.73900.513.59615.1126/()GLk a kmol m h kPa k a kmol m h kPa ⎡⎤'=+⨯-⨯=••⎣⎦⎡⎤'=+⨯-⨯=••⎣⎦则311111119.1630.726015.11266.977/()G GL K a k a Hk a kmol m h kPa ==++''⨯=•• 2636.160.26027.687101.3 1.440.26029.807 2.5518OG Y G OG OG V V H m K a K aP Z H N mπ====ΩΩ⨯⨯⨯==⨯=考虑恩田公式的最大误差,为了安全取设计填料层高度为 1.25 2.5518 3.1898Z m '=⨯= 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,max 8~15,6hh mm D=≤,取8hD=,则 8200016000h mm =⨯=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0.50.02111Vm L V L w w ρρ⎛⎫= ⎪⎝⎭由表2-4-1得,1176P m φ-= 纵坐标为220.20.21.7441761 1.21710.066539.81998.2V P L L u gρφψμρ⎛⎫⨯⨯=⨯⨯= ⎪⎝⎭查Eckert 通用关联图,P ∆/Z 位于40g ~50gPa/m 范围内,取P ∆/Z=45g=441.45Pa/m填料层压降为P ∆=441.45⨯4.0=1765.80Pa6 液体分布器的简要设计6.1 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。
6.2 分布点密度计算按Eckert 建议值,1200D ≥时,喷淋点密度为42点/2m ,由于该塔喷淋密度较小,设计区分喷淋点密度为90点/2m 。
布液点数为 22.090282.72834n π=⨯⨯=≈点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 。