化工原理課程設(shè)計(jì)30℃時(shí)水吸收二氧化硫填料塔的設(shè)計(jì)

1、 化工原理化工原理 課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目：題目：處理量為處理量為 1000m1000m3 3/h/h 清水吸收二氧化硫填料吸收塔設(shè)計(jì)清水吸收二氧化硫填料吸收塔設(shè)計(jì) 系系 別：別： 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 環(huán)境工程環(huán)境工程 11（2）班）班 姓姓 名：名： 陳陳 新新 林林 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 鄭鄭 育育 英英 （課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2013 年 12 月 30 日2014 年 1 月 5 日） 廣東工業(yè)大學(xué)廣東工業(yè)大學(xué) 目目 錄錄 1課程設(shè)計(jì)目的 1 2課程設(shè)計(jì)題目描述和要求 1 3課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容 4 3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)4 3.1.

2、1 液相物性數(shù)據(jù)4 3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)5 3.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)6 3.2 物料衡算6 3.3 塔徑計(jì)算7 3.3.1 塔徑的計(jì)算8 3.3.2 泛點(diǎn)率校核： 8 3.3.3 填料規(guī)格校核：9 3.3.4 液體噴淋密度得校核：9 3.4 填料層高度的計(jì)算9 3.4.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算9 3.4.2 傳質(zhì)單元高度的計(jì)算10 3.4.3 填料層高度的計(jì)算11 3.5 填料塔附屬高度的計(jì)算11 3.6 液體分布器計(jì)算12 3.6.1 液體分布器的選型12 3.6.2 布液計(jì)算13 3.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇13 3.7.1 填料支承裝置的選擇13 3.7.2 填料壓緊裝置16 3.7.

3、3 塔頂除霧器17 3.8 吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算17 3.81 吸收塔的壓力降17 3.8.2 吸收塔的泛點(diǎn)率18 3.8.3 氣體動(dòng)能因子18 3.9 附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇18 3.9.1 離心泵的選擇與計(jì)算18 3.9.2 吸收塔主要接管尺寸選擇與計(jì)算22 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說(shuō)明24 4總結(jié)26 參考文獻(xiàn) 27 1.1. 課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)目的 化工原理課程設(shè)計(jì)是學(xué)生學(xué)過(guò)相關(guān)基礎(chǔ)課程及化工原理理論與實(shí)驗(yàn)后，進(jìn) 一步學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)該環(huán) 節(jié)的實(shí)踐，可使學(xué)生初步掌握單元操作設(shè)計(jì)的基本程序與方法，得到工程設(shè)計(jì) 能力的基本鍛煉?；ぴ?/p>

4、課程設(shè)計(jì)是以實(shí)際訓(xùn)練為主的課程，學(xué)生應(yīng)在過(guò)程 中收集設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在教師指導(dǎo)下完成一定的設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)，以達(dá)到培養(yǎng)設(shè)計(jì)能 力的目的。單元過(guò)程及單元設(shè)備設(shè)計(jì)是整個(gè)過(guò)程和裝備設(shè)計(jì)的核心和基礎(chǔ)，并 貫穿于設(shè)計(jì)過(guò)程的始終，從這個(gè)意義上說(shuō)，作為相關(guān)專業(yè)的本科生能夠熟練地 掌握典型的單元過(guò)程及裝備的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法，無(wú)疑是十分重要的。 2 2課程設(shè)計(jì)題目描述和要求課程設(shè)計(jì)題目描述和要求 2.1 設(shè)計(jì)題目描述設(shè)計(jì)題目描述 (1) 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目 二氧化硫填料吸收塔及周邊動(dòng)力設(shè)備與管線設(shè)計(jì) (2) 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 根據(jù)所給的設(shè)計(jì)題目完成以下內(nèi)容： (1)設(shè)計(jì)方案確定； (2)相關(guān)衡算； (3)主要設(shè)備工藝計(jì)算；

5、(4)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與算核； (5)輔助（或周邊）設(shè)備的計(jì)算或選擇； (6)制圖、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書及其它。 (3) 原始資料原始資料 設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫除廢氣中的 SO2，廢氣的處理量為 1000m3/h，其中進(jìn)口含 SO2為 2%（摩爾分率） ，采用清水進(jìn)行逆流吸收。要求 塔吸收效率達(dá) 98%。吸收塔操作條件：常壓：101.3Kpa；恒溫，氣體與吸收劑 溫度：303K 清水取自 1800 米外的湖水。示意圖參見設(shè)計(jì)任務(wù)書。 設(shè)計(jì)滿足吸收要求的填料塔及附屬設(shè)備； 選擇合適的流體輸送管路與動(dòng)力設(shè)備（求出揚(yáng)程、選定型號(hào)等） ，并核算 離心泵安裝高度。 2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)時(shí)間為一

6、周。設(shè)計(jì)成果要求如下： 1.完成設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)的收集與整理 2.完成填料塔的各種計(jì)算 3.完成動(dòng)力設(shè)備及管線的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.完成填料塔的設(shè)備組裝圖 5. 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書或計(jì)算書（手書或電子版打印均可） 目錄、設(shè)計(jì)題目任務(wù)、氣液平衡數(shù)據(jù)、L/G、液泛速度、塔徑、KYa（或 KXa 的計(jì)算、HOL、NOL的計(jì)算、動(dòng)力設(shè)備計(jì)算過(guò)程（包括管徑確定）等。 3 3課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容 吸收塔的工藝計(jì)算吸收塔的工藝計(jì)算 3.13.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 3.1.1 液相物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù) 對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查得，對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近

7、似取水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查得， 30時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度密度【1】 3 /7 .995mKg 水 黏度黏度【1】sPa 6 10 5 . 801 水 表面張力為【1】0.07122N/m L SO2 在水中的擴(kuò)散系數(shù)為【1】 92 2.2 10/ L Dms 3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 Kg/mol【1】 Kg/mol【1】29 空氣 M64 二氧化硫 M kg/kmol15.3209. 06491 . 0 291 11 _ yMyMM 二氧化硫空氣 ）（ 混合氣體的密度為 3 _ /293. 1mKg RT PM V 混合氣體的黏度可

8、近似取為空氣的黏度，查資料【1】得 30空氣的黏度為 【1】=0.0000186pa s G 查得 SO2 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 【1】 52 1.469 10/ G Dms 3.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 查資料【5】： OKgH KgSO 2 2 100 CA (kmol/m3) 3 10 x H (kmol/kpa* m3) y (kpa) * A P 5.010.74213.900.01230.42242.75 2.500.3796.980.01320.21221.48 1.500.2304.200.01380.12112.26 1.000.1542.800.01460.07767.86

9、0.700.1081.960.01560.05135.20 0.500.0771.400.01600.03423.46 0.300.0470.840.01790.01861.88 0.200.0310.560.01970.01121.13 0.150.0230.420.02130.0111.08 0.100.0160.280.02540.0060.63 01698 . 0 H平均溶解度系數(shù) CA-30 度時(shí)二氧化硫在水中的平衡濃度，單位為 kmol/m3 -30 度時(shí)二氧化硫在水中溶解平衡時(shí)的摩爾分?jǐn)?shù)x H-30 度時(shí)二氧化硫在水中達(dá)到平衡時(shí)的溶解度系數(shù)，單位為 kmol/kpa*m3 y-3

10、0 度時(shí)氣相中二氧化硫的摩爾分?jǐn)?shù) -30 度時(shí)氣相中二氧化硫的平衡分壓，單位為 kpa * A P 由以上的 y 和 x，以 x 的值為橫坐標(biāo)，y 的值為縱坐標(biāo)作平衡曲線，如圖 1.1： 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 051015 x/1000 y 系列1 3.23.2 物料衡算物料衡算 進(jìn)口氣體的體積流量 G=1000m3/h 二氧化硫的摩爾分?jǐn)?shù)為 y1=0.09 進(jìn)塔氣相摩爾比為 Y1=y1/1-y1=0.09/(1-0.09)=0.0989 效率 21 1/94.9%YY 出塔氣相摩爾比 Y2= =0.00504 1 1Y 進(jìn)塔惰性氣相流量 G=(G/22.

11、4) (1-y1) 273/303=(1000/22.4) (1-0.09) 273/303=36.603kmol/h 空氣的體積流量 VG=G (1-y1)=1000 0.91=910m3/h 出口液體中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比 X2=0 由圖 1.1 平衡曲線可以讀出 y1=0.09 所對(duì)應(yīng)的溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù) * 1 x =0.00252 對(duì)應(yīng)的液相中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比為 00253 . 0 00252 . 0 1 00252 . 0 1 * 1 * 1 * 1 x x X 最小液氣比 【1】099.37)( 2 * 1 21 min XX YY G L 取液氣比 【1】649.55)(5

12、 . 1 min G L G L 故 L=G 55.649=2036.920kmol/h 操作線方程： 【1】 代入數(shù)據(jù)得： 2 YX G L Y00504 . 0 649.55XY 3.33.3 塔徑計(jì)算塔徑計(jì)算 該流程的操作壓力及溫度適中，避免二氧化硫腐蝕，故此選用型的塑mm25 料鮑爾環(huán)填料。 其主要性能參數(shù)為： 比表面積 【4】 32 /209mmat 空隙率 【4】 33 /90. 0mm 形狀修正系數(shù) =1.45【4】 填料因子平均值 =232 m【4】 p 1 A=0.0942 【4】 K=1.75【4】 3.3.1 塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 吸收液的密度近似看成 30 度水的密度：

13、 3 / 7 . 995mKg L 水 30 度時(shí)空氣的密度 【1】 【1】 3 /165 . 1 mKg 空氣 3 /927 . 2 mKg 二氧化硫 3 _ /293 . 1 mKg RT PM V kmolKgM/18 水 采用 Eckert 關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)氣速： 氣相質(zhì)量流量為： , 273/303 V WGGG 空氣二氧化硫 （） 910 1.16590 2.927 273/3031297.5/Kg h 液相質(zhì)量流量為： hKgMLWL/56.366641892.2036 水 選用型的塑料鮑爾環(huán) A=0.0942 【4】 K=1.75【4】mm25 32 /209mmat 33 /9

14、0 . 0 mm 【4】 8/14/12 . 0 3 2 )()()( L V V L L L VtF g W W KA a g u l 代入數(shù)值得：smuF/77. 0 取空塔氣速：smuu F /462 . 0 6 . 0 , 塔徑【1】m u G D875 . 0 4 , , 圓整塔徑，取 D=0.9m 則算得 22 1000/3600 0.437/ 0.7850.785 0.9 G um s D 3.3.2 泛點(diǎn)率校核： 22 1000/3600 0.437/ 0.7850.785 0.9 G um s D 0.437 100%56.75%(50% 85%) 0.77 F u u 為經(jīng)

15、驗(yàn)值，所以在允許范圍之內(nèi) 3.3.3 填料規(guī)格校核： 【4】 0.9 3615() d0.025 D 合格 3.3.4 液體噴淋密度校核： 填料表面的潤(rùn)濕狀況是傳質(zhì)的基礎(chǔ)，為保持良好的傳質(zhì)性能，每種填料應(yīng)維持 一定的液體潤(rùn)濕速率（或噴淋密度） 。 依 Morris 等推薦，d75mm 的環(huán)形及其它填料的最小潤(rùn)濕速率（）min 為 W L 32 0.08m / mh 最小噴淋密度 32 min min 0.08 20916.72/ Wt ULammh 噴淋密度 32 min 2 36.823 57.91/() 0.9 4 V L UmmhU 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 D=900mm 合理。

16、 3.43.4 填料層高度的計(jì)算填料層高度的計(jì)算 3.4.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 由圖 1.1 曲線可以讀出以下 9 個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的 y 和 x： 點(diǎn)數(shù)序號(hào)yY * xX*X XX f * 1 89%0.098900.002450.0.1300.393 78%0.086960.002220.0.1336.898 67%0.075270.001970.0.1412.429 56%0.063830.001720.0.1499.250 45%0.052630.001460.0.1745.201 34%0.041670.001230.0.1742.16 23%0.030930.000970.0.1980.

17、198 12%0.020410.000730.0.2202.643 00.457%0.005040.000240.04168.404 由辛普森積分法有： 000277 . 0 8 000241. 0002456 . 0 8 * 0 * 8 XX m96 . 3 254.428680000923 . 0 ).424( 3 32180 fffffNOL -與 y 對(duì)應(yīng)的平衡液相中的溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù) * x -與 Y 對(duì)應(yīng)的平衡液相中的溶質(zhì)與溶劑的摩爾比 * X -傳質(zhì)單元數(shù)，單位 m OL N 3.4.2 傳質(zhì)單元高度的計(jì)算 查資料【5】有： sPa smDsmD mNmN G LG LC 5 29

18、25 23 1086 . 1 /102 . 2, ,/10469 . 1 /10122 . 7 , ,/1033 氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算： ,2,2 0.750.10.050.2 2 1 exp 1.45()()()() WCLtLL tLtLLLLt aW aWW aaga 液體質(zhì)量通量 ,2 2 36664.56 57662.28/() 0.9 4 L L W WKgmh 氣體質(zhì)量通量 ,2 2 1297.5 2040.58/() 0.9 4 V G W WKgmh 23 208.96/ W amm代入數(shù)值得： 氣膜吸收系數(shù)： , ,0.71/3 2 0.237()()

19、() 0.237 32.7 15.22 0.00000122 0.0001439/() GGtG G tGGG Wa D k aDRT kmolms pa 液膜吸收系數(shù)： , ,2/30.51/3 0.0095()()() 0.0095 20.91 0.00087 0.305 0.0000527/ LLL L WLLLL Wg k aD m s ,1.11 ,0.41 1.4,1 2.2,1 0.0453 0.0128 0.5 1 9.5(0.5)0.0552 12.6(0.5)0.0129 GGW LLW F GG F LL F k ak as k ak as uu u k ak as u

20、u k ak as u 故繼續(xù)修正： 1 1 0.01284 1 1.25 L Gl L OL L K as H k ak a V Hm K a 3.4.3 填料層高度的計(jì)算 由1.25 3.964.95 OLOL ZHNm 填料有效高度?。?Z=1.3Z=6.435m 設(shè)計(jì)取填料層高度為 6.435mZ 3.53.5 填料塔附屬高度的計(jì)算填料塔附屬高度的計(jì)算 塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器所需的空間高 度，塔的底部空間高度等。 塔的上部空間高度是為使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來(lái)而留取 的高度，可取 1.2m（包括除沫器高度） 。設(shè)塔定液相停留時(shí)間為 10s，則塔

21、釜液 所占空間高度為 22 10 36664.56/ 3600 995.710/ =0.16m 0.7850.785 0.9 L W D 水 考慮到氣相接管的空間高度，底部空間高度取為 0.5 米，那么塔的附屬空間高 度可以取為 1.7m。吸收塔的總高度為h1.76.4358.135m 3.63.6 液體分布器計(jì)算液體分布器計(jì)算 液體分布器可分為初始分布器和再分布器，初始分布器設(shè)置于填料塔內(nèi)， 用于將塔頂液體均勻的分布在填料表面上，初始分布器的好壞對(duì)填料塔效率影 響很大，分布器的設(shè)計(jì)不當(dāng)，液體預(yù)分布不均，填料層的有效濕面積減小而偏 流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象增加，即使填料性能再好也很難得到滿意的分離效果

22、。因而 液體分布器的設(shè)計(jì)十分重要。特別對(duì)于大直徑低填料層的填料塔，特別需要性 能良好的液體分布器。 液體分布器的性能主要由分布器的布液點(diǎn)密度（即單位面積上的布液點(diǎn)數(shù)） ， 各布液點(diǎn)均勻性，各布液點(diǎn)上液相組成的均勻性決定，設(shè)計(jì)液體分布器主要是 決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)液體分布器的選型和設(shè)計(jì)，一般要求：液體分布 要均勻；自由截面率要大；操作彈性大；不易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡 等；可用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調(diào)整水平。 液體分布器的種類較多，有多種不同的分類方法，一般多以液體流動(dòng)的推 動(dòng) 力或按結(jié)構(gòu)形式分。若按流動(dòng)推動(dòng)力可分為重力式和壓力式，若按結(jié)構(gòu)形 式可分為多孔型和溢流型。其中

23、，多孔型液體分布器又可分為：蓮蓬式噴灑器、 直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和雙排管式多孔型分布器等。溢流型 液體分布器又可分為：溢流盤式液體分布器和溢流槽式液體分布器。 根據(jù)本吸收的要求和物系的性質(zhì)可選用重力型排管式液體分布器，布液孔 數(shù)應(yīng)應(yīng)依所用填料所需的質(zhì)量分布要求決定，噴淋點(diǎn)密度應(yīng)遵循填料的效率越 所需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律。 3.6.1 液體分布器的選型 時(shí)，建議采用盤式分布器（篩孔式）800Dmm 3.6.2 液體分布器的選擇： 按 Eckert 建議值， 2 75060cmDmm時(shí)，每塔截面設(shè)一個(gè)噴淋點(diǎn) 按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)結(jié)果為：盤式分布

24、器（篩孔式）：【5】 分布盤直徑：600mm【5】 分布盤厚度：4mm【5】 3.6.3 布液計(jì)算 由 HgndL oS 2 4 取 015 . 0 16 . 0 81 . 9 258. 013614 . 3 3600 2 . 998/31.853484 2 4 160,58 . 0 2/1 2/1 0 Hgn L d mmH S 設(shè)計(jì)取 mmd15 0 3.73.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇其他附屬塔內(nèi)件的選擇 3.7.1 填料支承裝置的選擇 填料支承裝置的作用是支承填料以及填料層內(nèi)液體的重量，同時(shí)保證氣液兩 相順利通過(guò)。支承若設(shè)計(jì)不當(dāng)，填料塔的液泛可能首先發(fā)生在支承板上。為使 氣體能順利通過(guò)，

25、對(duì)于普通填料塔，支承件上的流體通過(guò)的自由截面積為填料 面的 50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。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。自由截面太小， 在操作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料 支承裝置本身對(duì)塔內(nèi)氣液的流動(dòng)狀態(tài)也會(huì)產(chǎn)生影響，因此作為填料支承裝置， 除考慮其對(duì)流體流動(dòng)的影響外，一般情況下填料支承裝置應(yīng)滿足如下要求： （1） 足夠的強(qiáng)度和剛度，以支持填料及所持液體的重量（持液量） ，并考慮填 料空隙中的持液量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動(dòng)，機(jī)械震動(dòng)，溫度波動(dòng)等因 素。 足夠的開孔率（一般要大于填料的空隙率） ，

26、以防止首先在支撐處發(fā)生液泛；為 使氣體能順利通過(guò)，對(duì)于普通填料塔，支承件上的流體通過(guò)的自由截面積為填 料面的 50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。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。自由截面太小， 在操作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛12。 結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于氣液相的均勻分布，同時(shí)不至于產(chǎn)生較大的阻力（一般阻力不 大于 20Pa） ； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造安裝和維修。 要有一定的耐腐蝕性。 因柵板支承板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，滿足題目各項(xiàng)要求，故選用柵板支承板。 柵板兩塊 查資料【5】(單位：mm) DRsht 88044065

27、025 柵板 1：（單位：mm） 1 l 1 L 1 n 2 l 3 l 連接板長(zhǎng)度 270880102507270 柵板 2：（單位：mm） l 1 n 2 l 3 l 連接板長(zhǎng)度 303102509260 如圖： 支承板 支撐圈兩塊 查資料【5】 )( 1 mmD)( 2 mmD 厚度（mm） 8947948 升氣管式再分布器 3.7.2 填料壓緊裝置 為保證填料塔在工作狀態(tài)下填料床能夠穩(wěn)定，防止高氣相負(fù)荷或負(fù)荷突然變動(dòng) 時(shí)填料層發(fā)生松動(dòng)，破壞填料層結(jié)構(gòu)，甚至造成填料損失，必須在填料層頂部 設(shè)置填料限定裝置。填料限定可分為類：一類是將放置于填料上端，僅靠自身 重力將填料壓緊的填料限定裝置，

28、稱為填料壓板；一類是將填料限定在塔壁上， 稱為床層限定板。填料壓板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料發(fā)生移動(dòng)撞擊，造 成填料破碎。床層限定板多用于金屬和塑料填料，以防止由于填料層膨脹，改 變其開始堆積狀態(tài)而造成的流體分布不均勻的現(xiàn)象。一般要求壓板和限制板自 由截面分率大于 70%。 本任務(wù)由于使用塑料填料，故選用床層限定板。 3.7.3 塔頂除霧器 由于氣體在塔頂離開填料塔時(shí)，帶有大量的液沫 和霧滴，為回收這部分液相，經(jīng)常需要在頂設(shè)置 除沫器。根據(jù)本吸收塔的特點(diǎn)，此處用絲網(wǎng)除霧 器：5234 1 mmD 3.8 吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算 3.81 吸收塔的壓力降 氣體通過(guò)填料

29、塔的壓強(qiáng)降，對(duì)填料塔影響較大。如果氣體通過(guò)填料塔的壓強(qiáng)降 大，則操作過(guò)程的消耗動(dòng)力大，特別是負(fù)壓操作更是如此，這將增加塔的操作 費(fèi)用。氣體通過(guò)填料塔的壓力降主要包括氣體進(jìn)入填料的進(jìn)口及出口壓力降， 液體分布器及再分布器的壓力降，填料支撐及壓緊裝置壓力降以及除沫器壓力 降等。 填料層壓降的計(jì)算 可以利用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算壓強(qiáng)降； 橫坐標(biāo)為 018 . 1 ) 7 .995 293 . 1 ( 3600/5 .1297 3600/56.36664 )( 5 . 05 . 0 L VL Wv W X 又查散裝填料壓降填料因子平均值】【4232 1 m P 操作空塔氣速 u=0.437m/

30、s 0056 . 0 )( 2 . 0 2 L L V p g u Y 縱坐標(biāo) 1 L 水 液體密度校正系數(shù)， smKu G GL /09. 0 其它塔內(nèi)件的壓力降較小，在此可忽略 P 4/15 9.81147.15/ 147.15 6.435946.910 P ZPa m PPa 查資料【】 總壓降 3.8.2 吸收塔的泛點(diǎn)率校核 泛點(diǎn)率 0.437 100%56.75%(50% 85%) 0.77 F u u 為經(jīng)驗(yàn)值，所以在允許范圍之內(nèi) 3.8.3 氣體動(dòng)能因子 吸收塔內(nèi)氣體動(dòng)能因子為 0.5 3 0.4371.1650.4717/ G Fum s kg m 氣體動(dòng)能因子在常用的范圍內(nèi)。

31、 3.93.9 附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇 3.9.1 離心泵的選擇與計(jì)算 取液體流速為 u=2.0m/s m u V d smu sPa hm W V L L L L L 08 . 0 2 4 14. 3 3600 82.36 4 3600 /2 105 .801 /82.36 7 . 995 56.36664 , , 6 3 估算管內(nèi)徑為 取管內(nèi)液體流速 2 6 88.54180.5 2.01/ 3600 4 0.0805 2.01 995.7 201009.66 801.5 10 0.351 ,/0.35/80.50.0043 L e L mmmmdmm V um s d

32、du R mmd 選用水煤氣管【】，內(nèi)徑 管內(nèi)實(shí)際流速 鋼管粗糙度【】相對(duì)粗糙度 , 22 0.028, 300, 9035 270 420 0.2 8.3430.211.54 11.542.01 ()0.028 (30070420) 20.08052 9.81 5.38 ( e e e e f l d l d l d lm lm llu H dg m 查得摩擦系數(shù)【1】 截止閥（全開）：【1】 兩個(gè)度彎頭：【1】 帶濾水器的底閥（全開）：【1】 吸入管伸進(jìn)水里 總管長(zhǎng) 管路的壓頭損失 水柱） 原料泵的選擇 對(duì) 1-1 和 2-2 截面列伯努力方程得： m g u HZH H g u g P

33、ZH g u g P Z f f 72.1321 . 0 32. 534. 8 2 22 2 2 22 2 11 1 選用 IS80-65-125 型泵【1】 汽蝕余量：3.03.5m【1】 30 度時(shí)水的飽和蒸汽壓 , , 22 , 3 , 4.2411 101.31 4.2 4.22.01 ()0.028 (42035)2.92 20.08052 9.81 (101.34.241) 10 3.52.923.52 995.7 9.81 3.52 , V e f V fg PkPa PkPa lm llu Hm ddg PP HhHm g m 允 【】 【】 取吸入管長(zhǎng)，吸入管壓頭損失 泵的最

34、大允許安裝高度： 泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)小于這1.8 ,1mm里取即安裝在離地面處 由于本設(shè)計(jì)中吸收劑使用的是水，因而，采用清水泵（可用于輸送各種工業(yè)用 水以及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)類似于水的其他液體）既簡(jiǎn)單又使用。通過(guò)計(jì)算可 知，吸收塔所要求的壓頭不是很高，所以采用普通的單級(jí)單吸式即可，本設(shè)計(jì) 中選用的型號(hào)為 IS125-100-200,其具體參數(shù)如下： 轉(zhuǎn)速 n/(r/min) 流量 /m3/ h 揚(yáng)程 H/m 效率 %/ 軸功 率/kW 電機(jī)功 率/kW 必須汽蝕余量 mNUSH r/ )( 質(zhì)量 （泵/底 座）/kg 145010012.5764.487.52.5100/66 遠(yuǎn)處泵和管路的設(shè)

35、計(jì)及計(jì)算遠(yuǎn)處泵和管路的設(shè)計(jì)及計(jì)算 90 度彎頭三個(gè),進(jìn)水管伸進(jìn)水里，總管長(zhǎng) l=1802.8+1.0=1803.8mml0 . 1 , , 19.187338 10 5 . 801 7 .99545 . 1 104 . 0 /45 . 1 104 . 0 4 14. 3 3600 18.44 4 3600 104 15114 102. 0 4 3600 ,/5 . 1 /18.4482.362 . 12 . 1 6 22 1 1 3 L e V V LV du R sm d q u mmd mmmm m u q dsmu hmVq 管內(nèi)流速 內(nèi)經(jīng) 】的焊接鋼管【選用直徑為 估算管內(nèi)徑為去管內(nèi)流

36、速 鋼管絕對(duì)粗糙度: 12 2 12 0.351 ,/0.35/1040.0034 0.027 1 300 1 , 9035 3105 1 420 1 1 10.5 1 () 2 1803.8 0.027(300 1 0.104 e e e e f mmd l d l d l d llu H dg 【】相對(duì)粗糙度 查得摩擦系數(shù)【】 截止閥（全開）：【】 三個(gè)度彎頭【】 帶濾水器的底閥（全開）：【】 關(guān)出口突然擴(kuò)大【】，管進(jìn)口突然縮小【】 管路的壓頭損失 2 1.45 05420 1 0.5)54.9 2 9.81 m m g u d l d l H mlkPaP kPaP mhIS mHZHm

37、Z kPaPPsmuu H g u g P ZH g u g P Z e f V f f LL 41 . 1 81 . 9 2 45 . 1 )35420 104 . 0 4 . 3 (027 . 0 2 )( 4 . 3, 3 . 101 241 . 4 30 0 . 35 . 21605080 1 . 56 9 . 542 . 1,2 . 1 3 . 101,/0 22 2211 22 , 2121 2 22 2 2 11 1 吸入管的壓頭損失 吸入管長(zhǎng) 度時(shí)水的飽和蒸汽壓為 的泵，汽蝕余量選用 外加壓頭 截面列伯努利方程：截面，出管口截面為以大河面為 即直接安裝在地面上。這里取 ：泵的最

38、大允許安裝高度 允 ,2 53 . 5 41 . 1 3 81 . 9 7 .995 10)241 . 4 3 .101( 3 , m mHh g PP H f L V g mZ mle 兩截面的高度差，單位 當(dāng)量長(zhǎng)度，單位 3.9.2 吸收塔主要接管尺寸選擇與計(jì)算 （1）進(jìn)氣管(管的末端可制成向下的喇叭形擴(kuò)大口） 取氣體流速 u=15m/s=54000m/h smhm d G u md m u G d /54.14/716.52345 156 . 0 4 14. 3 1000 4 156 . 0 50. 4 0 . 165 1 1536. 0 54000 4 14 . 3 1000 4 22

39、 , , , 氣體流速 的焊接鋼管，內(nèi)徑取 】查資料【 管徑： （2）液體出口裝置 對(duì)于直徑 1.5以下的塔，管口末端可制成向下的喇叭形擴(kuò)大口，防止淋下的 mm 液體進(jìn)入管內(nèi)，同時(shí)還要使氣體分散均勻。 （3）氣體出口裝置 氣體的出口裝置，要求既能保證氣體暢通又要盡量除去被夾帶的液沫，在氣體 出口前加裝除液沫擋板。當(dāng)氣體夾帶較多霧滴時(shí)，需另裝除沫器 （4）液體管路直徑 取液體流速 smu/2 0.50.50.50.50.50.5 d0.01881u0.01881 36664.562995.70.0807 LLL m 據(jù)根管材規(guī)范，選擇熱軋無(wú)縫鋼管，取管徑為：其內(nèi)徑為89mm4mm 81。 mm

40、（5）液體進(jìn)口裝置 液體進(jìn)口管應(yīng)直接通向噴淋裝置，可選用直管。 液體出口裝置 為了便于塔內(nèi)液體排放，保證塔內(nèi)有一定液封裝置高度而設(shè)計(jì)，并能防止氣體 短路。 （6）封頭 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說(shuō)明工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說(shuō)明 吸收塔的吸收劑用量計(jì)算總表 表-1 項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位 混合氣體處理量V1000 3 /mh 進(jìn)塔氣相摩爾比 1 0.0989 出塔氣相摩爾比 2 0.00504 進(jìn)塔液相摩爾分率 2 X0 出塔液相摩爾分率 1 X0.00253 最小液氣比/L G55.649 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 Vm M32.15 molg 混合氣體的平均密度 Vm 1.293 3

41、 mkg 吸收劑用量 氣相質(zhì)量流量 液相質(zhì)量流量 L V L 2036.920 hkmol 1297.5kg/h 36664.56kg/h 塔設(shè)備計(jì)算總表 表-2 項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位 塔徑D0.09m 填料層高度 h 6.435m 填料塔上部空間高度 1 h 1.2m 填料塔下部空間高度 2 h 0.5m 塔附屬高度 3 h 1.7m 塔高Z8.135m 傳質(zhì)單元高度 OG H 1.25m 傳質(zhì)單元數(shù) OG N 3.96 總壓降 f P 838.99Pa 空塔氣速 u 0.437 sm 泛點(diǎn)率 f uu 56.75% 填料計(jì)算總表 表-3 項(xiàng)目符號(hào) 數(shù)值與計(jì)量單位 填料直徑d25mm 泛點(diǎn)

42、填料因子 F 232 1 m 填料臨界表面張力 c 0.033N/m 主要符號(hào)說(shuō)明 表-4 符號(hào)意義數(shù)值與計(jì)量單位 A吸收因子或填料常數(shù)0.0942 t a填料的比表面積209 32 /mm L D G D 30S101.3Kpa 水中擴(kuò)散系數(shù) 2 O 30S101.3Kpa 空氣中擴(kuò)散系數(shù) 2 O 2.2sm /10 29 g重力加速度9.81 2 sm G氣體摩爾流速hkghkmol或 , G k氣體膜吸收系數(shù) 2 0.0001439/()kmolms pa , L k液膜吸收系數(shù) 2 0.0000527/()kmolms pa L液相摩爾流速hkmol F u泛點(diǎn)氣速0.77sm / 3

43、 u氣體流速0.437sm / 3 L V液相體積流量hm /82.36 3 s V氣相體積流量1003.48sm / 3 L W液體質(zhì)量流量 V W氣體質(zhì)量流量1297.5/Kg h L 液體密度995.7/ kg 3 m v 混合氣體密度1.293/ kg 3 m G 混合氣的粘度 5 1.86 10 Pa s 水 水的粘度 6 801.5 10 Pa s 空隙率90% c 填料材質(zhì)的臨界表面張力 3 33 10/N m L 水的表面張力 2 7.122 10/N m 36664.56/Kg h36664.56/Kg h w a填料的潤(rùn)濕比表面積208.96 32 /mm F氣體動(dòng)能因子

44、0.5 3 0.4717/m s kg m min U最小噴淋密度 32 16.72/mmh min w L最小潤(rùn)濕速率 32 0.08m / mh U液體噴淋密度 32 57.91/()mmh , G W氣體的質(zhì)量通量 2 2040.58/()Kgmh , L W液體的質(zhì)量通量 2 57662.28/()Kgmh 4 4總結(jié)總結(jié) 剛開始看到這個(gè)設(shè)計(jì)題目時(shí)，老師給我們講了一下設(shè)計(jì)中的一些過(guò)程，但 自己腦袋里幾乎是一片空白，不知道如何下手。向周圍的同學(xué)詢問她們的見解， 大家的反應(yīng)好像都一樣茫然！同學(xué)們?cè)谝黄鹩懻?，?yīng)該怎么做？我們先是 反復(fù)閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)，然后查看課本，去辦公室問老師，經(jīng)過(guò)這些步驟后，頭腦 里漸漸有了設(shè)計(jì)過(guò)程的一個(gè)輪廓，盡管不是太清楚，但已經(jīng)知道具體應(yīng)該做些 什么。 在以后的日子里，我的生活就是和同學(xué)就去圖書館查資料，去用電腦完成 文字部分的輸入。但是在計(jì)算過(guò)程中，出現(xiàn)了不少問題。在選擇數(shù)據(jù)時(shí)，因?yàn)?沒有經(jīng)驗(yàn)，費(fèi)了好多時(shí)間，計(jì)算完成后發(fā)現(xiàn)不合理，這時(shí)就得回到原點(diǎn)，再?gòu)?新選擇，再計(jì)算。說(shuō)實(shí)話，出現(xiàn)這種情況很氣人，后悔選擇了原來(lái)不合適的數(shù) 據(jù)，有一種“走錯(cuò)一步，全盤皆輸”的感覺。這時(shí)候就用一句“人生豪邁，大 不了從頭再來(lái)”來(lái)激勵(lì)自己！當(dāng)其他同學(xué)也有同樣的感覺時(shí)，用這句話也很管 用。它幾乎成了激勵(lì)我們繼續(xù)走下去滅火劑。遇到問題時(shí)，我們不再煩躁，而