【正文】 分布器中槽的寬度、高度、長(zhǎng)度、數(shù)量、溢流口夾角和排布等，由于由塔徑、液相負(fù)荷、噴淋點(diǎn)數(shù)、液 體在槽內(nèi)流速、氣相流通截面積等因素決定，需要全面協(xié)26 調(diào)后確定，較為復(fù)雜，故在本設(shè)計(jì)中并未深入討論，僅做了簡(jiǎn)單的計(jì)算了初步的溢流槽液位高度和溢流口夾角。 （ 3）本設(shè)計(jì)中，由于考慮到在高壓操作條件下，實(shí)際氣體對(duì)理想氣體偏差，而進(jìn)行了一系列的計(jì)算，后計(jì)算結(jié)果得出其壓縮因子 Z 很小，即與理想氣體相差很小 （ 4）在選定液氣比用量時(shí)，取最小液氣比的 、 、 倍分別進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出塔高塔徑后，比較三組數(shù)據(jù)。因此，先初步取流速 /u m s? 。 在本設(shè)計(jì)中，由于塔徑為 ，較小，故采用進(jìn)氣管末端制成向下彎的喇叭形擴(kuò)大口，或制成多環(huán)管式分布器。此種支撐裝置具有氣體流通自由截面積率大，阻力小，承載能力強(qiáng)，氣液兩相分布效果好等優(yōu)點(diǎn)。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些 ，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。 塔附屬高度 塔的附屬空間高度包括上部空間高度，安裝液體分布器和液體再分布器所需的空間高度，塔底部空間高度以及塔裙座高度。 溢流堰口一般為倒三角形或矩形。就本設(shè)計(jì)而言，液體體積流量： VL = L（ kmol/h） MρL= = ， 考慮到液體流量較大，本人選用二級(jí)槽式溢流型分布器，如下圖所示： 槽式溢流型分布器適用于高液量和易堵塞場(chǎng)合，但其分布質(zhì)量不如槽式孔流型，常用于散堆填料塔中。但由于是采用塑料填料，價(jià)廉，且從吸收效率上來(lái)說(shuō)，較小的塔徑更有利于吸收過(guò)程的進(jìn)行。圓整后可得填料塔直徑： D1 = ,D2 = ,D3 = 。 ： 在填料的選擇上主要考慮填料的流體力學(xué) 性能和質(zhì)量傳遞性能，一般應(yīng)具有以下特點(diǎn)： ； ，有效傳質(zhì)面積大； 3.結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于氣液相的均勻分布； ； 隙率，氣體通過(guò)填料時(shí)的壓降小，不易發(fā)生液泛現(xiàn)象。 金屬材質(zhì)主要是：碳鋼，鋁及合金 0Cr13,1Cr13 等低合金鋼及 1Cr18Ni9Ti（不銹 鋼）等。 ： 選塔填料時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)工藝的物料腐蝕性和操作溫度，確定填料用材。其缺點(diǎn)是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，使傳質(zhì)效率降低。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高 30%左右。 混合氣體的密度 由各組分濃度計(jì)算平均摩爾質(zhì)量 ： kg/kmol.%.%.%.%%%.M 67612103223285016212865221044 ?????????????由《化工原理（上冊(cè)）》附錄四，查得各組分的臨界壓力和臨界溫度為： 2CO ： Tc= C? , Pc= ， 2H ： Tc= C? , Pc= 2N ： Tc= C? , Pc= ， 4CH ： Tc= C? , Pc= CO ： Tc= C? , Pc= ， 2O ： Tc= C? , Pc= 求得假臨界壓力： ? ?????????? %%%% PyP%% ????? 假臨界溫度：CTyT ciicm???????????????????? ?)(%)(%)(%)%(21)%(% 由《工程熱力學(xué)》附圖 1 查得 Z=，3/)( mkgTZR MPmv???? ???? 填料的選擇 ： 填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了塔內(nèi)氣 液兩相接觸而進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的表面，與塔的結(jié)構(gòu)一起決定了填料塔的性能。 提高他的液體噴淋密度，控制塔內(nèi)的溫升，提高吸收劑的使用率，特別適用于相平衡常數(shù)很小的情況下。因此，合成氨生產(chǎn)中，二氧化碳的脫除極其回收利用往往是脫碳過(guò)程的雙重目的。 各種操作的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下表 1 所示： 逆 流 并流 部分回流 多塔串聯(lián)操作 優(yōu)點(diǎn) 傳 質(zhì) 推動(dòng) 力比 較大，傳質(zhì)速率快，分離效率高。當(dāng)然工業(yè)生產(chǎn)中一般工藝流程都涉及吸收和解吸聯(lián)合流程，雖然本設(shè)計(jì)中吸收劑為水，價(jià)值不高，極易得到，所吸收的溶質(zhì)為二氧化碳，無(wú)毒，直接排放對(duì)環(huán)境的影響不大，但作為一個(gè)完整的工藝流程還是必需有的，整個(gè)工藝流程圖如下圖所示： 5 6 第三章 吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 氣液平衡關(guān)系 本設(shè)計(jì)題目的操作壓力為 1700 2/KN m ， 屬于高壓，因此壓力影響產(chǎn)生對(duì)理想氣體定律的偏差需進(jìn)行校核。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應(yīng)用。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場(chǎng)合，均已被瓷矩鞍填料所取代。 值得注意的是：塑料填料表面有憎水特性，這使之不易被水所潤(rùn)濕，因此，使用初期有效濕潤(rùn)比表面積小，傳質(zhì)效果差。對(duì)強(qiáng)堿性介質(zhì)可選用耐堿配方制的耐堿瓷質(zhì)填料。一般說(shuō)來(lái)，填料的尺寸大，成本低，處理量大，但效率低。 總傳質(zhì)系數(shù) XKa計(jì)算 傳質(zhì)單元高度的計(jì)算采用修正的恩田（ Onde）公式： 2 3 1 2 1 30 . 0 0 9 5 ( ) ( ) ( )L L LLW L L L LUgk aD ??? ? ??? L Wk a k a ?? 其中： 221 e xp c L tLLt l t L L L L ta U aUUa a g a?? ? ? ? ????? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ??? 由《化工原理》附錄五查得： 30 C? 時(shí)水的表面張力： ?L = 10?3 N/m 由《化工原理課程設(shè)計(jì)》表 46，查得聚丙烯的表面張力 ： ?c = 5410?3 N/m LU 為液體質(zhì)量通量：由 WU D? 計(jì)算得： UL1 = = Kg/(m2 ? h) ， UL2 = = Kg/(m2 ? h) ， UL3 = = Kg/(m2 ? h) g 為重力加速度， 10 /mh? 代入上式可得填料的潤(rùn)濕比表面積： αw1 = m2/m3， αw2 = m2/m3， αw3 = m2/m3 LD 是二氧化碳在水中的擴(kuò)散系數(shù)，由《化工原理》表 ，查得 30 C? 時(shí) 2CO 在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 DL = 10?9 m2/s 14 水的黏度： L? = 10?5 Pa? s 填料形狀系數(shù)，由《化工原理課程設(shè)計(jì)》表 47 查得： ?? 由于二氧化碳溶于水為液膜控制，因此 LLKk? 則可以求得液相傳質(zhì)系數(shù)如下： 第一組： kL1 = ( 3600? 10?5)23 ( 10?5 10?9)?12( 10?5 )13 = 10?4 m/s ， (KLαw)1 ? (kLαw)1 = 10?4 = ； 第二組： kL2 = ( 3600? 10?5)23 ( 10?5 10?9)?12( 10?5 )13 = 10?4 m/s (KLαw)2 ? (kLαw)2 = 10?4 = ； 第三組： kL3 = ( 3600? 10?5)23 (10?5 10?9)?12( 10?5 )13 = 10?4 m/s (KLαw)3 ? (kLαw)3 = 10?4 = ； 將得到的傳質(zhì)系數(shù)換算成以摩爾分?jǐn)?shù)差 為推動(dòng)力的傳質(zhì)系數(shù)： X W L M WK a K C a? ， 其中 CM = nV = ρLML= = Kmol/m3 則可得： (KXαw)1 = = Kmol/(m3 ?s)； (KXαw)2 = = Kmol/(m3 ?s)； (KXαw)3 = = Kmol/(m3 ?s)； 填料層高度的計(jì)算 液相總傳質(zhì)單元高度計(jì)算公式為： OL XWLH Ka? ? 15 其中：塔截面積 D?? ? ∴ HOL1 = 3600? = HOL2 = 3600? = HOL3 = 3600? = 液相總傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算： X1? = 10?4 X2? = 10?5 由 的計(jì)算已知： X11 = 10?4， X21 = 10?4 ， X31 = 10?4 代入平均液相推動(dòng)力計(jì)算式： 1 1 2 21122( ) ( )l n ( )mX X X XXXXXX????? ? ????? 解得： ?Xm1 = 10?4， ?Xm2 = 10?4， ?Xm3 = 10?4； 由液相總傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算公式： 12OL mXXN X?? ?， 得： NOL1 = 10?4 10