大氣控制工程課程設計--某車間氣體凈化系統(tǒng)中吸收塔的設計

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p>　　題 目 某車間氣體凈化系統(tǒng)中吸收塔的設計</p><p>　　學 院 資源與環(huán)境學院 </p><p>　　專 業(yè) 環(huán)境工程</p><p>　　二O 一二年十一月二十三日</p><

2、p>　　題 目 某車間氣體凈化系統(tǒng)中吸收塔的設計 </p><p>　　指導小組或指導教師評語：</p><p>　　評定成績 </p><p>　　2012年 月 日 負責人或指導教師

3、 </p><p>　　設計題目： 某車間氣體凈化系統(tǒng)中吸收塔的設計 </p><p><b>　　課程設計原始資料</b></p><p>　　甲苯濃度500mg/m3,所處理的氣體流量為28500m3/h</p><p>

4、;　　允許的排風速度最大1.5m/s；車間有3個，相距5m。</p><p><b>　　平均風速為4</b></p><p>　　車間平均溫度：25℃</p><p>　　允許罩內最大負壓：25Pa；</p><p>　　允許壓力損失：1000pa</p><p>　　按中國(GB16297-1

5、996)大氣污染物綜合排放標準最高允許濃度排放</p><p><b>　　環(huán)境溫度：-9℃</b></p><p>　　當?shù)貧鈮海?00KPa</p><p>　　凈化系統(tǒng)布置場地在車間北側20-25米以內</p><p>　　二、課程設計應完成的工作</p><p>　　1、根據(jù)被凈化氣體的性

6、質，選擇合適的吸收劑；</p><p>　　2、確定吸收劑的最小用量，計算吸收塔的高度和塔徑；</p><p>　　3、完成凈化裝置、風機、煙囪的位置及管道布置</p><p>　　4、按照工程制圖要求繪制一張吸收塔和系統(tǒng)A3 圖。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>

7、　　1.緒論...........................................................1</p><p>　　1.1吸收塔的特點................................................1</p><p>　　1.2吸收塔的設計任務及步驟....................................

8、..1</p><p>　　2. 填料塔設計原始資料............................................2</p><p>　　3. 型號的確定....................................................2</p><p>　　3.1 填料塔的主體結構..................

9、..........................3</p><p>　　3.2 吸收設備工藝簡述............................................3</p><p>　　3.3 填料塔的工作原理............................................4</p><p>　　3.4 吸收劑的選擇

10、................................................4</p><p>　　3.5 吸收劑用量與液氣比..........................................5</p><p>　　3.6 填料塔塔徑的確定............................................6</p>

11、<p>　　3.7 填料塔塔高的確定............................................6</p><p>　　3.7.1傳質單元數(shù)............................................6</p><p>　　3.7.2 傳質單元高度.......................................

12、...6</p><p>　　4. 設計計算......................................................7</p><p>　　4.1基礎物性數(shù)據(jù)與填料塔物料數(shù)據(jù)的計算..........................7</p><p>　　4.1.1氣相與液相物性數(shù)據(jù)的計算.....................

13、.........7</p><p>　　4.1.2亨利系數(shù)的計算........................................7</p><p>　　4.1.3填料塔物料衡算........................................7</p><p>　　4.1.4吸收劑最小用量的計算....................

14、.............8</p><p>　　4.2 填料塔直徑的計算...........................................9</p><p>　　4.2.1填料塔泛點氣速的計算.................................9</p><p>　　4.2.2填料塔直徑的計算...................

15、..................9</p><p>　　4.3 填料塔高度的計算...........................................10</p><p>　　4.3.1傳質單元數(shù)的計算.....................................10</p><p>　　4.3.2傳質單元高度的計算.........

16、..........................10</p><p>　　4.3.3填料塔高度的計算.....................................11</p><p>　　5. 課程設計小結.................................................11</p><p>　　參考文獻 ......

17、.................................................11</p><p>　　車間氣體凈化系統(tǒng)中吸收塔的設計</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　甲苯是有機化工的重要原料，但與同時從煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的產量相對過剩。一些車間在生產中會制造大量的甲苯，對環(huán)

18、境造成一些潛在的威脅。甲苯的危險性具體體現(xiàn)為：</p><p>　　健康危害：對皮膚、粘膜有刺激性，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用。 </p><p>　　急性中毒：短時間內吸入較高濃度該品可出現(xiàn)眼及上呼吸道明顯的刺激癥狀、眼結膜及咽部充血、頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、胸悶、四肢無力、步態(tài)蹣跚、意識模糊。重癥者可有躁動、抽搐、昏迷。 </p><p>　　慢性中毒：長期接觸可

19、發(fā)生神經(jīng)衰弱綜合征，肝腫大，女工月經(jīng)異常等。皮膚干燥、皸裂、皮炎。 </p><p>　　環(huán)境危害：對環(huán)境有嚴重危害，對空氣、水環(huán)境及水源可造成污染。 </p><p>　　燃爆危險：該品易燃，具刺激性。</p><p><b>　　1.1吸收塔的特點</b></p><p>　　工業(yè)生產和氣態(tài)物污染控制中需要吸收分離處

20、理的其他混合物中，溶質組分大多低于10%，而且，從經(jīng)濟性考慮，吸收最適合于低濃度氣體的分離和凈化。</p><p>　　吸收塔不但結構簡單，且流體通過填料層的壓降較小，易于用耐腐蝕材料制造。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進行傳質。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以吸收塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質設備。</p>

21、<p>　　1.2吸收塔的設計任務及步驟</p><p><b>　　設計任務設計步驟：</b></p><p>　　1、根據(jù)被凈化氣體的性質，選擇合適的吸收劑；</p><p>　　2、確定吸收劑的最小用量，計算吸收塔的高度和塔徑；</p><p>　　3、完成凈化裝置、風機、煙囪的位置及管道布置<

22、/p><p>　　4、按照工程制圖要求繪制一張吸收塔和系統(tǒng)A3 圖。</p><p>　　2. 填料塔設計原始資料</p><p>　　（1） 氣體成分：空氣和甲苯</p><p>　?。?） 甲苯濃度500mg/m3</p><p>　?。?） 混合氣體流量28500m3/h</p><p>　　

23、（4） 車間平均溫度298K</p><p>　?。?） 當?shù)貧鈮?00kPa</p><p>　?。?) 平均風速4m/s</p><p>　　（7） 吸收設備選用填料塔</p><p>　?。?）允許的排風速度最大1.5m/s；車間有3個，相距5m。</p><p>　　（9）允許罩內最大負壓：25Pa；<

24、/p><p>　?。?0）允許壓力損失：1000pa</p><p>　　（11）按中國(GB16297-1996)大氣污染物綜合甲苯排放標準最高允許濃度60mg/m3排放</p><p>　?。?2）環(huán)境溫度264K</p><p>　?。?3）凈化系統(tǒng)布置場地在車間北側20-25米以內</p><p><b>

25、;　　3. 型號的確定</b></p><p>　　3.1 填料塔的主體結構</p><p><b>　　圖1 填料塔結構圖</b></p><p>　　3.2 吸收設備工藝簡述</p><p>　　吸收操作是一種氣、液接觸傳質的過程，實現(xiàn)這種過程最常用的設備是吸收塔，吸收塔有氣、液兩相在塔內連續(xù)接觸的填料塔

26、。在吸收塔內，氣、液兩相的流動方式可以是逆流，也可以是并流，通常采用逆流方式：吸收劑從塔頂加入，自上而下流動，與從下向上流動的混合氣體接觸，吸收溶質，吸收液從塔底排出；混合氣體從塔底送入，自下而上流動，溶質被吸收后，尾氣從塔頂排出。逆流操作的優(yōu)點在于，黨兩相進出口濃度相同時，逆流時的平均傳質推動力大于并流，而且利用氣、液兩相的密度差，有利于兩相的分離。但是逆流時，上升的氣體對下降的液體將產生較大的曳力限制了塔內允許的氣、液相流量。<

27、;/p><p>　　填料塔的傳質推動力和傳質系數(shù)沿塔高是變化的，每一個截面上的傳質速率都是不同的，只能在一個微元填料層高度內認為傳質速率相同，進行氣、液相物料衡算。</p><p>　　3.3 填料塔的工作原理</p><p>　　填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備[1]。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承

28、板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。</p><p>　　當液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸

29、增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質效率下降。因此，當填料層較高時，需要進行分段，中間設置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。</p><p>　　3.4 吸收劑的選擇</p><p>　　吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關鍵之一，選擇

30、吸收劑時應著重考慮一下幾個方面：</p><p>　　1、吸收劑對溶質組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的需用量。</p><p>　　2、吸收劑對溶質組分的選擇性吸收能力要好，對溶質組分以外的其他組分的溶解度要很低或基本不吸收。</p><p>　　3、操作溫度下吸收劑的揮發(fā)度要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)損失。</p><

31、p>　　4、操作溫度下吸收劑應具有較低的黏度，且不易產生泡沫，使其在塔內的流動性好，以實現(xiàn)吸收塔內良好的氣液接觸狀況，有利于提高傳質速率。</p><p>　　5、對設備的腐蝕性小或無腐蝕性，盡可能無毒。</p><p>　　并且甲苯能與乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，極微溶于水，故綜合這些條件，在此選擇乙醇作為吸收劑</p><p>　　3.5

32、 吸收劑用量與液氣比</p><p>　　在吸收塔的設計中，所處理的氣體流量、進出塔氣體溶質濃度均由設計任務而定，吸收劑的種類和入塔濃度X2由設計者選定，而吸收劑用量L和出塔溶液中吸收質濃度X1需通過計算確定。</p><p>　　圖2 吸收塔的最小液氣比</p><p>　　圖2為計算吸收塔最小液氣比的示意圖，由a可見，若A點（X2，Y2）位置確定，從A點按斜率L

33、/V引直線終止于縱坐標Y1的某點即為吸收操作線。當減少吸收劑流量L時，L/V減少，即操作線斜率變小，出塔吸收液濃度X1減小，如AC、AB及AD線所示，黨塔底操作點D與平衡線相交時，出塔吸收液濃度X1和進塔氣相中吸收質濃度Y1達平衡，這是理論上吸收液所能達到的最高濃度，以X1*表示，此操作線對應的液氣比稱為最小液氣比，以（L/V）min表示。</p><p>　　若為低濃度氣體吸收，且溶液為稀溶液，其氣液平衡關系服

34、從亨利定律，代入下式可得到最小液氣比：</p><p>　　3.6 填料塔塔徑的確定</p><p>　　吸收塔的塔徑可根據(jù)圓形管道內的流量公式計算[3]，即：</p><p>　　式中：VS——吸收任務要求處理的氣體體積流量m3/s；</p><p>　　u——按照空塔截面積計算的混合氣體線速度，即空塔氣速，m/s。</p>

35、<p>　　一般u=（0.5～1.0）uF。uF為“泛點氣速”,是剛出現(xiàn)“液泛”（即在一定噴淋量下，當氣速增大至一定數(shù)量時，吸收塔內液體不能及時下流而出現(xiàn)局部積液，壓力降急劇上升的現(xiàn)象）時的氣速?！胺狐c氣速”是吸收塔正常操作氣速的上限，可通過化工手冊中的?？颂兀‥ckert）通用關聯(lián)圖查得。</p><p>　　3.7 填料塔塔高的確定</p><p>　　3.7.1傳質單元數(shù)&

36、lt;/p><p>　　以NOG為例，根據(jù)積分中值定理，有</p><p>　　當所有要求的（Y1-Y2）為一定值時，平均傳質推動力（Y-Y*）愈大，則傳質單元數(shù)NOG就愈小，所需要的填料層高度就愈小。因此，傳質單元數(shù)的大小反映傳質的難易程度。為了減小NOG，應設法增大推動力。傳質推動力的大小與相平衡關系及液氣比有關。</p><p>　　3.7.2 傳質單元高度<

37、;/p><p>　　例如氣相總傳質單元高度HOG是傳質單元數(shù)NOG=1時的填料層高度。HOG為G/Ω與1/KYa的乘積，為單位塔截面積的惰性氣體摩爾流量，1/KYa反映傳質阻力大小。因此，當G/Ω為一定值時， HOG大小反映傳質阻力大小。若傳質阻力小，則HOG小，填料層高度可以小。</p><p>　　體積傳質系數(shù)KYa（或KXa，kYa，kXa）隨氣、液流量的變化較大，而傳質單元高度的變化較

38、小。例如，，而，所以。在常用的填料塔中，傳質單元高度的數(shù)量級為0.1~1.0m。</p><p><b>　　4. 設計計算</b></p><p>　　4.1基礎物性數(shù)據(jù)與填料塔物料數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　4.1.1氣相與液相物性數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取無水乙醇的物性數(shù)據(jù)。由化工手

39、冊查得℃乙醇的有關物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度為：</b></p><p><b>　　粘度為：</b></p><p>　　空氣的密度可近似取為：</p><p><b>　　甲苯的摩爾質量：</b></p><p>　　4.1.2

40、亨利系數(shù)的計算</p><p>　　℃下甲苯溶于乙醇溶液的亨利系數(shù)近似取為：</p><p><b>　　相平衡常數(shù)為： </b></p><p>　　4.1.3填料塔物料衡算 </p><p><b>　　惰性氣體流量： </b></p><p><b>　　甲

41、苯氣體流量： </b></p><p>　　進塔氣體組成： </p><p><b>　　假定排出甲苯濃度為</b></p><p><b>　　出口甲苯氣體流量：</b></p><p>　　出塔氣體組成： </p><p>　　進塔液體組成：（純溶劑

42、吸收）</p><p>　　4.1.4吸收劑最小用量的計算</p><p><b>　　吸收劑最小用量為：</b></p><p>　　一般取適宜液氣比為最小液氣比的，此處取1.5倍。</p><p><b>　　實際吸收劑用量為：</b></p><p>　　塔底出口液相組

43、成為： </p><p>　　4.2 填料塔直徑的計算</p><p>　　4.2.1填料塔泛點氣速的計算</p><p>　　通過 ?？颂仃P聯(lián)圖 查詢得： </p><p><b>　　填料塔泛點氣速為：</b></p><p>　　一般取 此處取0.8 ，則</p><

44、p>　　4.2.2填料塔直徑的計算</p><p>　　填料塔直徑的大小可根據(jù)流體力學公式計算：</p><p>　　4.3 填料塔高度的計算</p><p>　　4.3.1傳質單元數(shù)的計算</p><p>　　選擇對數(shù)平均推動力法求傳質單元數(shù)</p><p>　　4.3.2傳質單元高度的計算</p>

45、<p><b>　　填料塔的橫截面積：</b></p><p>　　入塔空氣的質量速度：</p><p>　　入塔甲苯的質量速度：</p><p>　　入塔混合氣體的質量速度：</p><p>　　入塔液體的質量速度：</p><p>　　由氣相轉移到液相的甲苯的質量速度：</

46、p><p>　　出塔混合氣體的質量速度：</p><p>　　出塔混合液體的質量速度：</p><p><b>　　塔頂?shù)奈障禂?shù)：</b></p><p><b>　　塔底的吸收系數(shù)：</b></p><p><b>　　傳質單元高度為：</b></

47、p><p>　　4.3.3填料塔高度的計算</p><p><b>　　填料塔高度為：</b></p><p><b>　　課程設計小結</b></p><p>　　課程設計是我們在校大學生必須經(jīng)過的一個過程，通過課程設計的鍛煉，可以為我們即將要準備的畢業(yè)論文打下堅實的基礎。</p>&l

48、t;p>　　此次設計基本能按照設計任務書、指導書、技術條件的要求進行并且順利完成</p><p>　　通過這次課程設計，我對本專業(yè)的知識有了更進一步的掌握，此次設計填料吸收塔的過程中，充分運用了大氣污染控制工程，化工原理，環(huán)境工程原理等課程的相關知識，同時在老師的指導下，熟練掌握了填料塔吸收劑最小用量以及塔徑塔高的計算，對今后的工作學習提供了很大幫助。</p><p><b&g

49、t;　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 郝吉明，馬廣大．大氣污染控制工程[M]．北京，高等教育出版社：2008</p><p>　　[2] 胡洪營，張旭，黃俠，王偉，環(huán)境工程原理[M]．北京，高等教育出版社：2005</p><p>　　[3] 王志魁，劉麗英，劉偉，化工原理[M]．北京，化學工業(yè)出版社：2010</p>&l