1、本科毕业论文（20 届）日处理 100 吨高温浓海水吸收塔的设计所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘要本设计采用填料塔来进行热量交换,属于直接接触式换热，是一种高效的传热形式 ,冷热介质通过直接混合来实现热量的传递。在填料塔内气、液直接接触过程中,液体在填料表面分散并形成液膜,从而增大与气体的接触面积,极大地强化了换热。通过对大量实验数据的研究分析，得到了水流速、空气流速、进出口气液温度及湿度等操作条件等因素对体积传热系数、体积传热速率等参数的变化规律，为空气-水直接接触传热过程和装置的研究和设计应用提供一定的指导和参考。通过
2、规律的发现，确定装置的最优操作条件，并将实验进行扩大设计，完成日处理 100 吨高温浓海水的设计。关键词： 填料塔；换热；体积传热系数；焓差法；直接接触本科生毕业论文II100 ton/day Absorber Design for high temperature concentrated seawaterAbstractThis design uses packed column for carry on the interchange of heat, it belongs to the direct contact heat transfer, is one kind of highl
3、y effective heat transfer form, the cold and hot medium realizes the thermal transmission through the direct mix. In the packed column the process of gas and liquid contacted directly , the surface of the liquid in the filler dispersion and the formation of liquid film, thus increasing the contact a
4、rea with the gas, which greatly enhanced heat transfer. By analyzing the data of the research , obtained of the variation by the water flow, the air flow rate, import and export of liquid temperatures and the humidity and other factors of operating conditions to the volume heat transfer coefficient,
5、 volumetric heat transfer rate and other parameters. Through the rule of the discovery ,determine that the installment the most superior operating condition ,and will text carries on the expanded design ,completes the design of dealing with 100 ton of high temperature thick sea water everyday .Key w
6、ords packed column ;heat transfer ;volumetric heat transfer coefficient ;本科生毕业论文III目 录中文摘要 .I英文摘要 .II1、前言 .12、填料塔直接接触式换热 .22.1 填料塔内空气-水直接接触传热传质过程理论 .22.1.1 直接接触基本原理 .22.1.2 增湿过程的传热与传质 .22.1.3 气液平衡线和操作线 .32.1.4 传热和传质速率方程 .42.2 实验装置 .62.2.1 填料塔 .62.2.2 散装填料 .72.2.3 规整填料 .93、实验部分 .113.1 实验装置 .113.2 实验设
7、计依据 .113.3 填料塔 .123.3.1 填料选择 .123.3.2 塔内件 .123.3.3 物料输出及加热装备 .133.3.4 测量及控制仪表 .133.4 实验方案和进程 .133.4.1 与水质量有关的实验方案和进程 .133.4.2 与空气流量有关的实验方案和进程 .133.5 实验数据分析及研究 .133.5.1 实验操作条件的控制及测量 .133.6 实验数据及处理 .144、实验结果讨论 .214.1 操作条件对体积传热系数的影响 .21本科生毕业论文IV4.2 水的质量流速对体积传热系数的影响 .214.3 空气质量流量对体积传热系数的影响 .234.4 液体分布对体
8、积传热系数的影响 .244.5 填料种类对体积传热系数的影响 .244.6 气体流速变化对气体出口温度的影响 .254.7 液体进口温度上升对气体用量的影响 .255、设计任务 .265.1 设计任务书 .265.2 塔径计算 .265.3 填料层高度计算 .275.4 填料层压降计算 .285.5 液体分布器简要设计 .285.6 设计小结 .296、结论 .30致 谢 .32参考文献 .33本科生毕业论文11、前言现在世界上正面临着严重的能源短缺和淡水资源短缺问题，各个国家都在加紧研发海水淡化技术。与国外不断发展的海水淡化产业相比，我国的海水淡化产业的发展仍存在一些问题，五大因素制约海水资
9、源开发利用的发展：一是缺乏良好的政策环境；二是资金投入不足、规模示范不够；三是缺乏专门机构统筹规划协调；四是还缺乏技术持续创新为支撑；五是对海水资源开发利用重大意义的认识不足。因此导致我国海水利用产业发展较慢，海水淡化成本相对较高。如何降低海水淡化成本是海水产业化发展的关键问题之一。虽然经过几十年的研究，我国海水资源开发利用技术有了很大的发展，由于多种因素的制约，导致我国海水资源开发利用技术进展相对缓慢，一些重大和共用技术还需深入研究，与国外比较还有较大差距。要全面提升我国海水淡化技术水平，就要求研发海水淡化新技术、新工艺、新设备，提高海水淡化能力，降低成本。无论是蒸馏法还是反渗透海水淡化技术
10、，都是以消耗能源作为代价来换取淡水的技术。因此，降低能耗在一定程度下能降低海水淡化的成本。在这一点上，浙江省有着良好的地理环境优势，不仅有丰富的海水资源，周边的众多工业区提供热能的有力支持。目前可以通过研发新技术和能源回收利用降低淡化成本，在本设计中，主要研究的就是热能的循环利用。热法海水淡化将消耗大量的热能，如何将这些热能回收利用，减少能耗，是目前急待解决的问题 1-3。在设计中，采用空气-水直接接触式换热，将大大提高换热效率，提高能源的有效利用率，降低海水淡化的成本，以加快海水淡化产业化发展。本科生毕业论文22、填料塔直接接触式换热2.1 填料塔内空气-水直接接触传热传质过程理论2.1.1
11、 直接接触基本原理直接接触换热的特点是热量交换与质量交换同时进行。对于气液直接接触过程的传质传热，如果是挥发性液体表面，则同时存在两种机理的传热，即:显热传递(温差传热)和潜热传递(传质传热)。当冷凝体与热气体接触时，液体温度是升高还是降低，决定于上述两种热流相加或相抵的结果。热液体与冷气体接触时，也是如此。对于非挥发性的液体，在液体接触面上不产生蒸发或凝结，故只有显热传递。图 2.1 填料表面空气-水直接接触示意图换热的液体可以分散为液柱、液滴或雾状三种形式，以增加接触面积，因为影响直接接触换热传热性能的重要因素之一是两种介质接触面积的大小。当液滴变小时，空气与液滴的接触面积也增大，液滴的下
12、降速率越慢，气液的换热更加充分。但是，空气的流速不能过大，否则将把液滴吹走。图 2.1 是填料表面空气-水直接接触传热传质过程示意图。由于填料的存在，水在填料表面分散，形成了一层水膜，将液体分散，增大了与空气的有效接触面积 4-8。2.1.2 增湿过程的传热与传质填料塔内空气-水直接接触传热具有很高的换热效率。填料塔内空气- 水直接接触传热过本科生毕业论文3程，从化学工程角度看，就是一个增减湿的过程。而本文所研究的是空气-水直接接触过程则是一个增湿的过程。在气体与液体直接接触的增湿过程中，气液之间既存在温度差又存在湿度差，因此该过程同时存在热量传递和质量传递。如下图所示，在增湿塔内，未饱和的冷
13、气体从塔底进入，与塔顶的热液体逆流接触，气体被加热增湿，液体被冷却；出塔的气体温度及湿度应低于进塔的液体温度及该温度下的液体蒸汽饱和湿度，出塔的液体温度则要高于进塔气体的湿球温度，因进塔气体是未饱和的，湿球温度低于气温，故出塔液温可能低于进塔气温，在这种情况下，全塔传质过程是由液相传递到气相；而传热过程在塔的上部是由液相传递到气相，而在塔的下部由气相传递到液相，因此在塔内某一截面处气液温度相等，全塔传热方向不一致。因此，对于增减湿过程不能仅用温度差或者湿度差作为过程的推动力，故选用包括温度、湿度在内的焓差法作为过程推动力 9-11。图2.2 增湿塔内传质传热关系2.1.3 气液平衡线和操作线增
14、湿过程的气液平衡关系可以用饱和气体的焓和温度之间的关系来表示。湿空气的焓是以单位质量干空气为基准的湿空气的焓，如以0为基准温度，干空气和可凝蒸汽的液态在0时的焓为零，则湿空气的焓可以用下式表示：（2-1）dvIH(2-2)00()gvgHgCttCt对于水蒸气的湿空气，式（2-2）为：（2-3）1.8249It式中 I湿空气的焓， /dkJId干空气的焓， gIv可凝蒸汽的焓， /本科生毕业论文4 00时可凝蒸汽的冷凝潜热， ，对水为2409 。/vkJg/kJg如图2所示，平衡线上的焓是相对值，通常以0可凝组分的液态为基准。平衡线的位置与气体总压有关，总压增加时，饱和湿度减小，平衡线下移，反
15、之，平衡线上移。增减湿过程的气液操作状态也可以用气体的焓和液体温度之间的关系来表示，若塔内蒸发或冷凝的量远小于入塔液量，干气体和液体的质量流量可认为不变，设其分别为G和L，对全塔作能量平衡，可得到增减湿过程的操作线方程：(2-4)2121()LICtG式中：I 1，I 2塔顶、塔底气体的焓， /kJgTl2，t L1塔顶、塔底液相温度，L，G液相，气相质量流率，kg/sCL液相比热容，kJ/(kg.)。如图所示，增湿过程因气体的焓小于对应液体温度下饱和状态的焓，操作线在平衡线的下方；减湿过程因气体飞焓大于对应液体温度下气体饱和状态的焓，操作线在平衡线的上方12-13。图2.3 增减湿气液平衡线
16、和操作线2.1.4 传热和传质速率方程如图1.3所示的逆流填料塔内，取一微元塔高dZ，微元高度内的传递现象包括热量和质量传递。从气相主体到气液相界面的传热速率为：(2-5)1()HgZGCdttd从气相界面到气相主体传质速率为：(2-6)ik从气液相界面至液相主体的传热速率为：(2-7)()LiLZdttd本科生毕业论文5式中G、L 分别为干气体和液体在塔内的质量流速，kg/(mh)；tg、t 1、t i 分别为气相和液相主体以及相界面温度，； g、 L 分别为气相和液相的传热膜系数，kJ/(mh)；k H以湿度差为基准的气相传质系数，kg/(mh);CH气体的湿比热容，kJ/(k);CL液体
17、的比热容，kJ/（） 。根据能量守恒原理，气体热量减少应等于液体热量增加，在微元高度内的热量平衡关系为：(2-8)()LtGdI如果假使液体的比热为常数，塔内蒸发或冷凝的液量小于入塔的液量，则式（2-6）可以化简为: (2-9)LIC根据湿空气焓的定义，气体的焓值和表示为气温和湿度的关系：(2-10)0Hgt于是，在微元塔dz内，气体的焓变为：（2-11）dItd利用式（2-5） 、 （2-6）及（2-11）并列入Le数： ，可以得到：/gHLekC（2-12）()1)()Hi igGkILeCtdz上上式与式（2-7）相比。利用式（2-9） ，则有（2-13）()()i giLHLI ttke上式代表了气液相界面焓与温度的关系，对于空气与水接触的系统，通常Le数可以近似等于1，因此，式（2-12） 、 （2-13）分别简化为：（2-14）()HiGdIkIdz(2-15)iLLt式(2-14)、(2-15)即是焓差法计算空气-水直接接触换热填料塔高度的基本式子。为了计算填料高度，将式(1-14)进行积分：（2-16）outinIiIHIdzNk式中，H I传递单元高度，m；N I传递单元数 14-15。
