化工原理课程设计--清水吸收废气中的氟化氢.doc

化工原理课程设计--清水吸收废气中的氟化氢 前 言为进行传质过程所选用的设备有多种类型其共同的要求首先是要提供给传质的两相或者多相一良好的接触机会包括增大相界面面积和增大湍动程度并要求两界在接触前尽可能完全的分离其中还要求结构简单紧凑操作便利稳定运转周期长能量消耗小等总之希望能以最小的代价保证传质任务的完成气液传质设备形式多式多样其中用的最多的是塔设备根据塔内气液接触部件的形式可以分为填料塔和板式塔板式塔属于逐级接触逆流操作填料塔属于连续接触操作塔设备广泛应用在炼油化工石油化工等生产中塔设备的评价指标主要有以下几个方面1生产能力大即单位时间单位面积的处理量大2分离效率高对板式塔是指每层塔板的分离程度大对填料塔是指单位高度填料层所达到的分离程度3操作弹性大即最大气速负荷与最小气速负荷之比大表明气速负荷波动较大时也能维持正常工作4气体阻力小即气体通过每层塔板或单位高度填料层的压降小5塔的结构简单造价低廉安装容易维修方便运行可靠 塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节选择时应考虑物料的性质操作的条件塔设备的性能以及塔设备的制造安装运转和维修等方面的因素目 录一 绪论 4 1设计方案简介 4 2填料塔的概述 5 3填料的类型 6 4填料的几何特性 7 5填料的性能评价 7二 基础物性参数 8 1气液相平衡数据 8 2物料衡算 8 3物性参数10三 填料塔工艺尺寸的计算及校核11 1塔径的计算及校核11 2填料高度的计算14四 填料塔塔结构设计17 1接管17 2圆筒壁厚18 3封头18 4法兰185裙座206手孔检查孔20五 辅助设备的选取21 1风机21 2除沫器22 3液体分布器23 4液体再分布器24 5填料支承板25 6填料压紧装置25六 设计结果总汇26设计评述 27主要参考文献 28一绪 论1设计任务及方案简介磷酸工业中会产生大量的含氟废气其主要是HFHF有剧毒且有强腐蚀性如果直接排放会造成严重的环境污染由于HF极易溶于水工业上通常用水左吸收剂吸收含氟废气中的HF然后再将其加工成氟化钠货冰晶石等有价值的氟化工业品本设计是以清水吸收废气中的氟化氢进气中氟化氢的体积分率为2混合气处理量为2400m3h操作条件为40℃操作压力为常压设计要求氟化氢的吸收率为995常压 P 1013kpa 下操作塔内压降小于10 kpa由任务的吸收要求选择吸收为单塔逆流操作考虑氟化氢溶于水生成酸性溶液对塔设备有很强的腐蚀性而且操作压降较低故选用填料塔吸收为宜同时由于鲍尔环环壁开孔大大提高了环内空间及环内表面的利用率气流阻力小液体分布均匀与拉西环相比气体通量可增加50以上传质效率提高30左右鲍尔环是一种应用较广的填料而且塑料鲍尔环填料价格便宜效率高故初步选用塑料鲍尔环填料参数 对操作的影响 常用数值 填料尺寸 一般填料尺寸越小传值效率越高但压力降越大为防止液体向壁流的倾向填料尺寸d与塔径D的比应小于一定值一般取 填料尺寸对塔径的推荐值 塔径m 填料尺寸mm 03031 1 2525505080 本设计选取塑料鲍尔环直径d 25mm查2 表11-4 常用散装填料的特性数据 得 塑料鲍尔环 25 填料名称 规格mm 比表面积 am-1 填料因子φ m-1 鲍尔环 25 209 170 表1 填料参数综上所述本设计的方案为清水作吸收剂采用塑料鲍尔环填料塔单塔逆流操作吸收空气中的氟化氢气2填料塔的概述填料塔是以塔内装有一定高度的填料层为相间接触构件的气液传质设备液体从塔顶加入经液体再分布器喷淋到填料上液体在填料表面形成液膜向下流动气体自下而上与液体呈连续接触由于填料塔的特定结构和由之决定的气液两相膜式接触传质使之具有以下特点1生产能力大2分离效率较高3压降低4持液量小5操作液气比和弹性较大填料塔也有一些不足之处如填料造价高当液体负荷较小时不能较好润湿填料塔表面是传质效率降低不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料对侧线出料和进料的不太适合等填料塔由塔体和内件构成塔体一般多为圆筒型少数亦可方型塔内件中核心组成部分是塔填料分散堆型和规整型此外为固定填料层设有填料支撑板和填料压板为使液体均匀分布在填料层顶部设有液体初始分布器为减少液体的壁流现象常将填料层分段放置在两段填料层之间这有液体收集再分布器在液体初始分布器上方装有除雾沫器对大直径填料塔气体入填料层前需经气体分布器还设有各种气液进出口视孔及人孔等部件3填料的类型填料是填料塔中的传质件填料的类型两大类拉西环矩鞍填料鲍尔环对填料的基本要求有传质效率高要求填料能提供大的气液接触面即要求具有大的比表面积并要求填料表面易于被液体润湿只有润湿的表面才是气液接触表面生产能力大气体压力降小因此要求填料层的空隙率大不移引起偏流和沟流经久耐用具有良好的耐腐蚀性较高的机械强度和必要的耐热性取材容易价格便宜 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体一般以随机的方式堆积在塔内又称为乱堆填料或颗粒填料散装填料根据结构特点不同又可分为环形填料鞍形填料环鞍形填料及球形填料等4 填料的几何特性填料的几何特性是评价填料性能的基本参数填料几何特性数据主要包括比表面积空隙率填料因子等比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积以表示其单位为m2m3填料的比表面积愈大所提供的气液传质面积愈大因此比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标2空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率以 表示其单位为m3m3或以表示填料的空隙率越大气体通过的能力越大且压降低因此空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标3填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值即称为填料因子以表示其单位为填料因子分为干填料因子与湿填料因子填料未被液体润湿时的称为干填料因子它反映填料的几何特性填料被液体润湿后填料表面覆盖了一层液膜和均发生相应的变化此时的称为湿填料因子它表示填料的流体力学性能值越小表明流动阻力越小5 填料的性能评价填料性能的优劣通常根据效率通量及压降三要素衡量在相同的操作条件下填料的比表面积越大气液分布越均匀表面的润湿性能越好则传质效率越高填料的空隙率越大结构越开敞则通量越大压降亦越低丝网波纹填料综合性能最好拉西环最差二基础物性参数1汽液相平衡数据查2 附录二氟化氢在水中的溶解度得40℃时氟化氢在在水中的溶解度数据x 00452 00909 01371 01837 02308 02784 03750 y10-4 1776 4551 8011 13813 23022 34994 89590 相平衡曲线如图1所示由图1查得 当yb 2时 xb 0466 xb 0466 图1 40℃时氟化氢在水中溶解度曲线2物料衡算已知 xa 0 yb 2 ya 10×10-4 xb 0466则 操作气液比 427 又 427解得xb 00058 xb 00058 G 9345 kmolh L ×G 427×9345 39907 kmolh L 39907 kmolh 所以操作线方程为y 427x00001所做操作线如图2 所示图2 操作线方程3 物性参数1由能量恒算得操作温度C HF 1463 KJKgK 1017 KJKgK C H2O 4174KJKgKm HF C HF m air ×323-T m H2O C H2OT-313即 XHF 002×2001002×2001098×29 0013886 1- XHF 0986114 0013886×2693229×71912×4174× T-313 解得 T 31400K T 4100℃ 2气相气体平均摩尔质量MG 002×2001098×29 2802kgkmol MG 2802kgkmol3混合气体密度4100℃时 ρG P×MGRT 1013×28028314×31408 11219 kgkmol ρG 11219 kgkmol4气液质量流率P 1013kpaT 4100℃由1附录五得 9922 kgm3液体的质量流率m L 1802×39907 71912kgh m L 71912kgh气体的质量流率m G MGG 2802×9345 2693229 kgh m G 2693229 kgh5黏度 由1附录五 知4100℃时 6气体扩散系数由2表82 知DG DG 03447 cm2s 03447 cm2s三 填料塔工艺尺寸的计算及校核1塔径的计算及校核1泛点气速uF的确定因为溶液中氟化氢的浓度很低故取液体的密度近似为水的密度FP 00899由2中图11-27 埃克特泛点和压降的通用关联图查得YF 0148YF 则uF 296 ms 2塔径的计算假定液泛分率为08则u 08uF 08×296 2368ms校正后气体的体积流量为VSVS 0767 m3s所需塔径 D 064 m D 07m将D 圆整取07 m即D 07m塔截面积A πD24 0384654m2 A 038465m23泛点率校核u 1986 ms u 1986 ms 067在05 到09 之间符合条件4塔径校核Dd 70025 28＞8满足鲍尔环的径比要求5喷淋密度校核喷淋。