填料塔化工原理課程設(shè)計(jì)

1、在化工生產(chǎn)中，氣體吸收過程是利用氣體混合物中，各組分在液體中溶解度或化 學(xué)反應(yīng)活性的差異，在氣液兩相接觸是發(fā)生傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氣液混合物的分離。在化學(xué)工 業(yè)中，經(jīng)常需將氣體混合物中的各個(gè)組分加以分離，其目的是： 回收或捕獲氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品； 除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理；或除去工業(yè) 放空尾氣中的有害物，以免污染大氣。實(shí)際過程往往同時(shí)兼有凈化和回收雙重目的。吸收是利用混合氣體中各組分在液體中的溶解度的差異來分離氣態(tài)均相混合物的 一種單元操作。在化工生產(chǎn)中主要用于原料氣的凈化，有用組分的回收等。氣液兩相的分離是通過它們密切的接觸進(jìn)行的，在正常操作下，氣相為連

2、續(xù)相而 液相為分散相，氣相組成呈連續(xù)變化，氣相中的成分逐漸被分離出來。填料塔是氣液 呈連續(xù)性接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備，屬微分接觸逆流操作過程。塔的底部有支撐板用來支 撐填料，并允許氣液通過。支撐板上的填料有整砌和亂堆兩種方式。填料層的上方有 液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑于填料層上。 填料層的空隙率超過90% 般液泛 點(diǎn)較高，單位塔截面積上填料塔的生產(chǎn)能力較高，研究表明，在壓力小于0.3MPa時(shí)，填料塔的分離效率明顯優(yōu)于板式塔。這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是用水吸收空氣中的二氧化硫，然后再進(jìn)行解吸處理得到二 氧化硫。要求設(shè)計(jì)包括塔徑、填料塔高度、塔管的尺寸等，需要通過物料衡算得到所 需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行

3、所需尺寸的計(jì)算得到各種設(shè)計(jì)參數(shù)，為圖的繪制打基礎(chǔ)， 提供數(shù)據(jù)參考。目錄摘要目錄第一章設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容1.1流程方案1.2設(shè)備方案第二章設(shè)計(jì)方案的確定2.1吸收流程選擇2.1.1吸收工藝流程的確定 2.1.2流程裝置的確定 2.2吸收劑的選擇2.3吸收劑再生方法的選擇2.4操作溫度和壓力的確定2.4.1操作溫度的確定 242操作壓力的確定第三章吸收塔設(shè)備及填料類型與選擇 3.1吸收塔設(shè)備的選擇3.2填料類型的選擇3.3填料規(guī)格的選擇 3.4填料材質(zhì)的選擇第四章吸收塔工藝條件的計(jì)算4.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)4.1.1液相物性數(shù)據(jù)4.1.2氣相物性數(shù)據(jù)4.2確定氣液平衡的關(guān)系 4.3吸收劑及操作線的確定4.3

4、.1吸收劑用量的確定4.3.2操作線方程的確定4.4塔徑計(jì)算4.4.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)速率 4.4.2操作氣速：4.4.3塔徑計(jì)算：4.4.4單位高度填料層壓降的校核 4.5填料層高度計(jì)算4.5.1傳質(zhì)系數(shù)的計(jì)算4.5.2填料層高度4.6填料塔附屬高度的計(jì)算第五章填料吸收塔附屬裝置的選型5.1液體分布器的簡要設(shè)計(jì) 5.1.1液體分布器的選型 5.1.2分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算 5.2.塔底液體保持管高度的計(jì)算 5.3其它附屬塔內(nèi)件的選擇5.3.1 填料支撐板5.3.2填料壓緊裝置與床層限制板第六章輔助設(shè)備的選型6.1管徑的選擇6.1.1進(jìn)液管管徑6.1.2出液管管徑 6.

5、1.3進(jìn)氣管管徑6.1.4出氣管管徑6.2泵的選?。?6.3風(fēng)機(jī)的選型： 第七章關(guān)于填料塔設(shè)計(jì)的選材參考文獻(xiàn)附錄致謝第一章 設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容1.1 流程方案指完成設(shè)計(jì)任務(wù)書所達(dá)的任務(wù)采用怎樣的工藝路線，包括需要哪些裝置設(shè)備，物料 在個(gè)設(shè)備間的走向，哪些地方需要有觀測儀表、調(diào)節(jié)裝置，那些取樣點(diǎn)以及是否需要有 備用設(shè)備等，按上述內(nèi)容繪制流程圖。1.2 設(shè)備方案根據(jù)設(shè)備要求，確定選用什么形式的設(shè)備。如吸收塔選用板式塔還是填料塔，為什 么選用填料塔。若選用填料塔，塔內(nèi)填料的形式、尺寸和材質(zhì)如何選定。方案的確定需 要加以論證在技術(shù)上可行的基礎(chǔ)上考慮經(jīng)濟(jì)性。第二章 設(shè)計(jì)方案的確定2.1 吸收流程選擇2.1.

6、1 吸收工藝流程的確定工業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同的角度進(jìn)行分類，從所用的吸收劑的 種類看，有僅用一種吸收劑的一步吸收流程和使用兩種吸收劑的兩部吸收流程，從所用 的塔設(shè)備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程很多塔吸收流程，從塔內(nèi)氣液兩相得流向可分為 逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環(huán) 流程。（一）一步吸收流程和兩部吸收流程一步流程一般用于混合氣體溶質(zhì)濃度較低，同時(shí)過程的分離要求不高，選用一 種吸收劑即可完成任務(wù)的情況。若混合氣體中溶質(zhì)濃度較高且吸收要求也高，難以 用一步吸收達(dá)到規(guī)定的吸收要求，但過 程的操作費(fèi)用較高，從經(jīng)濟(jì)性的角度分析 不夠適宜時(shí)，可

7、以考慮采用兩步吸收流程。（二）單塔吸收流程和多塔吸收流程單塔吸收流程是吸收過程中最常用的流程，如過程無特別需要，則一般采用單塔吸 收流程。若過程的分離要求較高，使用單塔操作時(shí)，所需要的塔體過高，或采用兩步吸收流程時(shí)，則需要采用多塔流程(通常是雙塔吸收流程)(三) 逆流吸收與并流吸收吸收塔或再生塔內(nèi)氣液相可以逆流操作也可以并流操作， 由于逆流操作具有傳質(zhì)推 動(dòng)力大，分離效率高(具有多個(gè)理論級(jí)的分離能力)的顯著優(yōu)點(diǎn)而 廣泛應(yīng)用。工程上， 如無特別需要，一般均采用逆流吸收流程。(四) 部分溶劑循環(huán)吸收流程由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大，當(dāng)液相噴淋量過小時(shí)， 將降低填料塔的分離效率

8、，因此當(dāng)塔的液相負(fù)荷過小而難以充分潤濕填料表面時(shí)，可以 采用部分溶劑循環(huán)吸收流程，以提高液相噴淋量，改善塔的操作條件。本設(shè)計(jì)采用單塔逆流操作。2.1.2 流程裝置的確定常用的吸收裝置流程主要有逆流操作、并流操作、吸收及部分再循環(huán)操作、多塔串 聯(lián)操作、串聯(lián)并聯(lián)操作，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)、工藝特點(diǎn)，結(jié)合各種流程的優(yōu)缺點(diǎn)，采用常 規(guī)逆流操作的流程，傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收及利用率高。 流程如下圖：圖 2.1 工藝流程圖2.2 吸收劑的選擇吸收劑的選擇應(yīng)考慮以下幾方面：(1) 溶解度 : 吸收劑對(duì)溶質(zhì)的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的用量。(2) 選擇性 : 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分有良

9、好的溶解能力，對(duì)其他組分不吸收或甚微。(3) 揮發(fā)度：操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，以減少吸收和再生過程的揮損失。(4) 粘度 : 吸收劑在操作溫度下粘度要低，流動(dòng)性要好，以提高傳質(zhì)和傳熱速率。(5) 其他： 所選用的吸收劑盡量要無毒性、無腐蝕性、不易爆易燃、不發(fā)泡、點(diǎn)低、廉 價(jià)易得及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定一般來說，任何一種吸收劑都難以滿足以上所有要求，選用是要針對(duì)具體情況和主 要因素，既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟(jì)合理性。本設(shè)計(jì)采用水作為吸收劑，二氧化硫作為溶質(zhì)2.3 吸收劑再生方法的選擇依據(jù)所用的吸收劑不同可以采用不同的再生方案， 工業(yè)上常用的吸收劑再生方法主 要有減壓再生、加熱再生及氣提再生等。A.

10、減壓再生（閃蒸） 吸收劑的減壓再生是最簡單的吸收劑再生方法之一。在吸收塔內(nèi)，吸收了大量溶 質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔并減壓，使得融入吸收劑中的溶質(zhì)得以再生。該方法最適用 于加壓吸收，而且吸收后的后續(xù)工藝處于常壓或較低壓力的條件，如吸收操作處于常 壓條件下進(jìn)行，若采用減壓再生，那么解吸操作需要在真空條件下進(jìn)行，則過程可能 不夠經(jīng)濟(jì)B. 加熱再生 加熱再生也是吸收劑再生最常用的方法。吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔 內(nèi)并加熱使其升溫，溶入吸收劑中的溶質(zhì)得以解吸。由于再生溫度必須高于吸收溫度， 因而，該方法最適用于常溫吸收或在接近于常溫的吸收操作，否則，若吸收溫度較高， 則再生溫度必然更高， 從而，需

11、要消耗更高品位的能量。 一般采用水蒸氣作為加熱介質(zhì)， 加熱方法可依據(jù)具體情況采用直接蒸汽加熱或采用間接蒸汽加熱。2.4 操作溫度和壓力的確定對(duì)于物理吸收而言 ,降低操作溫度 ,對(duì)吸收有利 .但低于環(huán)境溫度的操作溫度因其要 消耗大量的制冷動(dòng)力而一般是不可取的 , 所以一般情況下 , 取常溫吸收較為有利 .對(duì)于特 殊條件的吸收操作方可采用低于或高于環(huán)境的溫度操作 .對(duì)于化學(xué)吸收 , 操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定 , 既要考慮溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速 度常數(shù)的影響 ,也要考慮對(duì)化學(xué)平衡的影響 , 使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度 .對(duì)于再生操作 , 較高的操作溫度可以降低溶質(zhì)的溶解度 , 因而有利于吸收劑的

12、再生 . 而對(duì)本設(shè)計(jì)而言， 由吸收過程的氣液關(guān)系可知， 溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度， 即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應(yīng)有吸收系統(tǒng)的具體情況決定。依據(jù)本次設(shè)計(jì)要 求，操作溫度定為20C。2.4.2 操作壓力的確定操作壓力的選擇根據(jù)具體情況的不同分為三種：對(duì)于物理吸收 , 加壓操作一方面有利于提高吸收過程的傳質(zhì)推動(dòng)力而提高過程的傳 質(zhì)速率,另一方面,也可以減小氣體的體積流率 ,減小吸收塔徑.所以操作十分有利 .但工 程上,專門為吸收操作而為氣體加壓 , 從過程的經(jīng)濟(jì)性角度看是不合理的 , 因而若在前一 道工序的壓力參數(shù)下可以進(jìn)行吸收操作的情況下 , 一般是以前道工序的壓力作為吸收單 元的操

13、作壓力 .對(duì)于化學(xué)吸收 , 若過程由質(zhì)量傳遞過程控制 ,則提高操作壓力有利 , 若為化學(xué)反應(yīng)過 程控制,則操作壓力對(duì)過程的影響不大 , 可以完全根據(jù)前后工序的壓力參數(shù)確定吸收操 作壓力 , 但加大吸收壓力依然可以減小氣相的體積流率 , 對(duì)減小塔徑仍然是有利的 .對(duì)于減壓再生 （閃蒸）操作, 其操作壓力應(yīng)以吸收劑的再生要求而定 ,逐次或一次從 吸收壓力減至再生操作壓力 , 逐次閃蒸的再生效果一般要優(yōu)于一次閃蒸效果 .本設(shè)計(jì)中由吸收過程的氣液平衡可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即加壓 有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對(duì)設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加，綜合 考慮，采用常壓 101.325

14、kPa。第三章 吸收塔設(shè)備及填料類型與選擇3.1 吸收塔設(shè)備的選擇對(duì)于吸收過程，能夠完成其分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種，如何從眾多的塔設(shè)備中選擇 合適的類型是進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)得首要工作。 而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則需對(duì)吸收過程進(jìn)行充分的 研究后，并經(jīng)多方案對(duì)比方能得到較滿意的結(jié)果。一般而言，吸收用塔設(shè)備與精餾過程 所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求，即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板 或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低， 易于制造、安裝、操作和維修等。在液體流率很低難以充分潤濕填料，或塔徑過大，使用填料塔不很經(jīng)濟(jì)的情況下，以 采用板式塔為宜。但作為吸收過程，一般具有

15、操作液氣比大的特點(diǎn)，因而更適用于填料 塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過程節(jié)能，所以對(duì)于吸收過程來說，以采用 填料塔居多。本次吸收塔設(shè)計(jì)選擇填料吸收塔。3.2 填料類型的選擇工業(yè)上填料按形狀和結(jié)構(gòu)可分為散裝填料和規(guī)整填料兩類( 65-67 頁)：(1) 散裝填料 以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，以下是幾種典型的散裝填料：拉西環(huán)填料 最早的工業(yè)填料，但因性能較差，目前工業(yè)上已經(jīng)很少使用鮑爾環(huán)填料 是在拉西環(huán)基礎(chǔ)上的改進(jìn)，利用率有了很大提高階梯環(huán)填料 對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)，為目前所使用的環(huán)形填料最為優(yōu)良的一種弧鞍 填料 一般采用瓷質(zhì)材料，易碎，工業(yè)中不常用環(huán)矩鞍填料 集環(huán)型與鞍型優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)應(yīng)用最廣的一種

16、金屬散裝填料(2) 規(guī)整填料 以一定的幾何形狀，整齊堆砌，工業(yè)用多為波紋填料，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、傳質(zhì)效率高、處理量大，但不易處理粘度大或有懸浮物的物料，且造價(jià)高。根據(jù)分離工藝的要求，考慮以下因素：(1) 傳質(zhì)效率 在滿足工藝條件的前提下，選用傳質(zhì)效率高，即 HETP或HTU)氐的填料。(2) 通量 保證較高的傳質(zhì)效率前提下，選用有較高泛點(diǎn)或氣相動(dòng)能因子的填料。(3) 填料層壓降 壓降越小，動(dòng)力耗費(fèi)越少，操作費(fèi)用越小。(4) 操作性能 填料具有較大操作彈性，且具有一定的抗污堵、抗熱敏能力等。3.3 填料規(guī)格的選擇(1) 散裝填料 常用主要有 DN 1 6、 DN 25、 DN 38、 DN 50

17、、 DN 76等幾種規(guī)格。一般推薦：D 300時(shí)，選25mm的填料；300mm D 900mm時(shí)，選25 38 mm的填料；D 900mm時(shí)，選用50 70mm的填料，但一般大塔中常用50mm的填料。(2) 規(guī)整填料 從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方 面綜合考慮，既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟(jì)合理性 【2】(67-68 頁)。3.4 填料材質(zhì)的選擇(1) 陶瓷 具有耐腐性及耐熱性，但質(zhì)脆、易碎，不宜高沖擊強(qiáng)度下使用。(2) 金屬 碳鋼對(duì)氐腐蝕無腐蝕物系優(yōu)先考慮，不銹鋼耐 Cl 以外物系腐蝕，特種合金鋼價(jià)格高，只在特殊條件下使用 塑料 主要包括PP（聚丙烯）、PE（聚

18、乙烯）、PVC（聚氯乙烯）等，一般采用PP（聚丙烯） 材質(zhì)。塑料耐腐蝕性、耐低熱性好，但具有冷脆性，表面潤濕性較差。一般講，操作溫度較高但無顯著腐蝕性時(shí)，選用金屬填料；溫度較低選用塑料填 料；物系具有腐蝕性、操作溫度高，宜采用陶瓷填料綜上所述考慮到本設(shè)計(jì)是利用清水吸收 SO2 ，吸收液顯弱酸性，有一定的腐蝕性， 同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)的合理性及吸收的效率， 故先選用DN 50mm聚乙烯階梯環(huán)，是否合理 在下面的計(jì)算中進(jìn)行核算校驗(yàn) 【2】（68 頁）。第四章 吸收塔工藝條件的計(jì)算4.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)4.1.1 液相物性數(shù)據(jù)對(duì)于低濃度的吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取純水的物性數(shù)據(jù)20C時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)

19、據(jù)如下111 （上冊(cè)附錄332頁）：密度 L 998.2 kg/ m3粘度 L 0.001004 Pa.S 3.6kg/ m.h表面張力 L 72.6 dyn/cm 940896 kg/h2SO在水中的擴(kuò)散系數(shù) Dl 1.47 105（cm2/s） 5.29 106 m2/h4.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M vm 0.05 64.06 0.95 29 30.75混合氣體的平均密度為混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)111 （上冊(cè)附錄330頁）的20T空氣的粘度為SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為4.2確定氣液平衡的關(guān)系？【1】有表4.1若干氣體水溶液的亨利系數(shù)查的20C下SQ

20、亨利系數(shù)為（下冊(cè)80頁表2-1 ）:表4.1 SC2氣體水溶液的亨利系數(shù)氣體10C20C30CSO20.2450.3550.485設(shè)計(jì)為常壓：P 101.3kPaE 3 55 103相平衡常數(shù)：m E=35.04P 101.33查化工原理（上）附錄111 （附錄332頁）得20T時(shí)水的有關(guān)物理數(shù)據(jù)如下: 密度：i 998.2 kg/m3摩爾質(zhì)量：MS 18.02mol / kg998 2溶解度系數(shù)為：H 1一廠0.0156kmol/（kpa m3）EMs 3.55 103 18.02該系統(tǒng)的相平衡關(guān)系可以表示為 y* = mX=35.04X4.3吸收劑及操作線的確定4.3.1吸收劑用量的確定進(jìn)

21、塔氣相摩爾比為：丫1 丄1 Y10.050 0526U.UJ厶。；1 0.05出塔氣相摩爾比為：場 10.0526(1 0.95) 0.00263進(jìn)塔惰性氣體流量為：該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下使計(jì)算,對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：X2 0一般情況下取吸收劑用量為最小用量的（1.1-2.0 ）倍時(shí)較為適宜。取操作液氣比為:=1.5m in吸收劑用量：L 49.92 85.48 4267.16 kmol. h4.3.2操作線方程的確定如圖3-1對(duì)逆流操作吸收塔在任一截面 m-n與塔底間列物料衡算:吸收塔操作線方程式為：丫 79.92X 0.002634.4塔徑

22、計(jì)算4.4.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)速率u圖4.1填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖（查自：化工原理課程設(shè)計(jì)（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)）對(duì)于水吸收二氧化硫的過程，操作溫度及壓力較低，工業(yè)用塑料散裝填料，其中階 梯環(huán)填料綜合性能較好，故選用 Dn 50聚乙烯階梯環(huán)填料?！?】相關(guān)數(shù)據(jù)：由化工原理（上）附錄查 200C下水的有關(guān)數(shù)據(jù)如下【】（上冊(cè)附錄332 頁）：黏度：水=100.5 10 5 Pa s 3.6 kg （m h）；密度：水=998.2kg m 3塔底混合氣體的平均摩爾質(zhì)量：故塔內(nèi)氣體平均密度為：氣相質(zhì)量流量為：液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算即 ：Eckert通用關(guān)聯(lián)圖

23、的橫坐標(biāo)為：查圖4.1填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖縱坐標(biāo)為 式中：uF ：泛點(diǎn)氣速m/s:重力加速度9.81m/sg , l：氣相，液相密度kg/ml :液體粘度mPa s:水密度與液體密度之比；（此處為1）根據(jù)以上選擇知選取 d 50mm的塑料階梯環(huán)。查 化工原理（下）表 3-6，知 143m 1 ， t 114.2m2 m 34.4.2操作氣速：填料塔塔徑的大小是根據(jù)生產(chǎn)能力與空塔氣速來計(jì)算。空塔氣速有下面經(jīng)驗(yàn)公式來確定。對(duì)于散裝填料，泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為 0.5 0.8Uf取 u 0.7Uf 0.7 1.119 0.783m s1 4.4.3塔徑計(jì)算:圓整后取：D 1000mm泛點(diǎn)率校核：填

24、料規(guī)格的校核:D 1000d 5020 8 （合適）液體噴淋密度U校核: 取最小噴淋密度:查化工原理（下）（181頁）表3-6知，114.2m2/m3單位時(shí)間內(nèi)每立方米塔截面上的吸收劑用量：經(jīng)以上的校核可知，填料塔直徑選用 D=1000mn合理。4.4.4單位高度填料層壓降（PZ ）的校核由在E ckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓強(qiáng)降橫坐標(biāo)為W F 0.98672,由表3.2查的p89m因?yàn)?45卩%ZP 491Pam所以d符合條件4.5填料層高度計(jì)算4.5.1傳質(zhì)系數(shù)的計(jì)算(1)有效面積(潤濕面積)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：由表4.2知聚乙烯的 C 33 12960427680k

25、g 2表4.2填料材質(zhì)的臨界表面張力C值涂石蠟的材料鋼陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃表面C75613340567320dyn/cm查化工原理(上)附錄(331 頁)得，20C時(shí)水的表面張力為：液體質(zhì)量通量為:(2)液相吸收系數(shù)kL由下式計(jì)算:2/31/21/3UlLLgawLlDlLkL = 0.009520E下SQ在水中的擴(kuò)散系數(shù) Dl=1.47 10 5cm2/h(3)氣膜吸收系數(shù)kG由表4.3知0C時(shí)SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)：D0 0.103cm2/s 0.103 10 4m2/s表4.3 些物質(zhì)在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)(0C, 101.3kPa )擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)Dab/(ce2/s)擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散

26、系數(shù)Dab/(ce2/s)H20.611HQ0.220NN0.132C6H60.077Q0.178GH80.076CO0.138CHQH0.132HCI0.130GHtQH0.102SQ0.103CS0.089SQ0.095QI4QCH0.078NH0.170D0 p0T3 23 2根據(jù)公式:Dv-0.103101.3293.150.039m2, hP T。101.3273.15表4.4常見填料的形狀系數(shù)填料類型球形棒形拉西環(huán)弧鞍開孔環(huán)川直0.720.7511.191.45由kGakcaw 屮1.11查表4.4得書=1.45則kGkG w10.03551 175.28 1.45 .4.027

27、kmol； m3h kPa由kGa1 9.5 -1.4一 0.5Fkca則 KGa -111.576kmol, (m3 h kPa)11 11kGa HkLa7.9260.0156 126.120氣相傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)Z:脫吸因數(shù)為:0.7019 ;S mV 35.04 85.48L 4267.16氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：4.5.2填料層高度由 Z Hog Nog 0.682 6.36384.340m ,根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層的設(shè)計(jì)高度一般為Z (1.2 1.5)Z所以取查附表5，對(duì)于階梯環(huán)填料，815,hmax 6mD取-9則h 9 1000 9000mm，計(jì)算得填料層高度為5200mm,故不

28、需要分段。D4.6填料塔附屬高度的計(jì)算塔上部空間高度，通過相關(guān)資料可知，可取為1.3m，塔底液相停留時(shí)間按1.5min考慮，則塔釜液所占空間高度為：考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取2.5m，所以塔的附屬空間高度可以取為 1.3 2.5 3.8(m)。因此塔的實(shí)際高度取H 5.2 3.8 9 m第五章填料吸收塔附屬裝置的選型5.1液體分布器的簡要設(shè)計(jì)5.1.1液體分布器的選型液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式、及槽盤式等。工業(yè)應(yīng)用 以管式、槽式、及槽盤式為主 【2】(81-82頁)。性能優(yōu)良的液體分布器設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足以下幾點(diǎn)：液體分布均勻 評(píng)價(jià)液體分布均勻的標(biāo)準(zhǔn)是：足

29、夠的分布點(diǎn)密度；分布點(diǎn)的幾何 均勻性；降液點(diǎn)間流量的均勻性。 分布點(diǎn)密度。液體分布器分布點(diǎn)密度的選取與填料類型及規(guī)格、塔徑大小、操作 條件等密切相關(guān)，各種文獻(xiàn)推薦的值也相差較大大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點(diǎn)密度越??；液體噴淋密度越小，分布點(diǎn)密度越大。 對(duì)于散裝填料，填料尺寸越大，分布點(diǎn)密度越小。表5.1列出了散裝填料塔的分布點(diǎn)密度推薦值。表5.1 Eckert的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦值塔徑，mm、2分布點(diǎn)密度，點(diǎn)/ m塔截面D=400330D=750170D 120042 分布點(diǎn)的幾何均勻性。分布點(diǎn)在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點(diǎn)密度更為 重要的問題。設(shè)計(jì)中，一般需通過反復(fù)計(jì)算和繪圖排列，

30、進(jìn)行比較，選擇較佳方案。分布點(diǎn)的排列可米用正方形、正三角形等不同方式。 降夜點(diǎn)間流量的均勻性。為保證各分布點(diǎn)的流量均勻，需要分布器總體的合理設(shè) 計(jì)、精細(xì)的制作和正確的安裝。高性能的液體分布器，要求個(gè)分布點(diǎn)與平均流量的偏差 小于6%操作彈性大 液體分布器的操作彈性是指液體的最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之比。設(shè)計(jì) 中，一般要求液體分布器的操作彈性為 24,對(duì)于液體負(fù)荷變化很大的工藝過程， 有時(shí) 要求操作彈性達(dá)到10以上，此時(shí)，分布器必須特殊設(shè)計(jì)。自由截面積大 液體分布器的自由截面積是指氣體通道占塔截面積最小應(yīng)在35%以上。其它液體分布器應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、制造容易、調(diào)整和維修方便由于該吸收塔的液相負(fù)荷較

31、大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式液體分布器。當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過某一數(shù)值時(shí)，填料層需分段。在各段填料層之間安設(shè) 液體再分布器，以收集自上一填料層來的液體，為下一填料層提供均勻的液體分布。由4.5.2節(jié)中知，本次設(shè)計(jì)的填料層不需要分段，故不需要安裝液體再分布器。按照Eckert建議值，D為750mm-1200mr時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為170點(diǎn)/m2,因?yàn)樵撍?相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為 170點(diǎn)/ m2。布液點(diǎn)數(shù)為按分布點(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：二級(jí)槽共設(shè)七道，槽側(cè)面開孔，槽寬度為80mm槽高度為210mm兩槽中心矩為160mm分布點(diǎn)采用三角形排列。實(shí)際設(shè)計(jì)布

32、點(diǎn)數(shù)為n=132點(diǎn)，（見示意圖） 布液計(jì)算：由 L -don、2g HL:液體流量m3/sn:開孔數(shù)目:孔流系數(shù)，取0.550.60do： 孔徑，mH :開孔上方的液位高度，m取 0.60， H 160mm圖5.1槽式液體分布器二級(jí)槽的布液點(diǎn)示意圖設(shè)計(jì)取 d0 14mm5.2 .塔底液體保持管高度的計(jì)算取布液孔的直徑為14mm則液位保持管中的液位高度可由公式:2 4L 2L d nk . 2gh 得，即：h 2/2g :4d nk式中：d :布液孔直徑，ml:液體流率，m/sn：布液孔數(shù)k :孔流系數(shù)h :液體高度，mg :重力加速度，m/s2k值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定可取 k 0.60 0

33、.62因此，取k 0.6024Ld2nk莎4 76894.220.1572(m)998.2 3600 3.14 0.0142 132 0.62 9.81根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，則液位保持管高度為:5.3其它附屬塔內(nèi)件的選擇5.3.1填料支撐板填料支撐板的作用是支撐塔內(nèi)的填料。常用的填料支撐裝置由柵板型，孔管型，駝 峰型等。對(duì)于散裝填料，通常選用孔管型，駝峰型支撐裝置；設(shè)計(jì)中，為防止在填料支 撐裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料支撐裝置的自由截面積應(yīng)大于75%。本次設(shè)計(jì)選梁式氣噴式支撐板【2】（83-84頁）。5.3.2填料壓緊裝置與床層限制板對(duì)于散裝填料，可以選用壓緊柵板，也可以選用壓緊網(wǎng)板，在其下方根據(jù)

34、填料的 規(guī)格鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定。設(shè)計(jì)中，為防止在填料壓緊裝置處壓降 過高甚至發(fā)生液泛，要求壓板或限制板自由截面分率大于 70%。本次設(shè)計(jì)選用壓緊網(wǎng)板【2】（84頁）。第六章輔助設(shè)備的選型6.1管徑的選擇本設(shè)計(jì)中填料塔有多處接管，但主要的是氣體和液體的進(jìn)料口和出料口接管111 （上冊(cè)附錄357頁）。在此分別以液體進(jìn)料管和氣體進(jìn)料管的管徑計(jì)算為例進(jìn)行說明。氣體 和液體在管道中流速的選擇原則為：常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取1020m/s （高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口流速可取 0.82.0m/s （必要時(shí)可加大些）氣相體積流量液相體積流量Vs WL 76894.22 77.03

35、m3 h 0.0214 m3 s ；998.2由于清水無腐蝕性故可選擇熱無縫鋼管（GB8163-87）查化工原理（上）4Vs取 u水 1.5m/s， d0134.81mm ； u附錄管子規(guī)格知4Vs圓整后取管規(guī)格為 159mm 10mm;核算u： u（Vo h 1.41mS故滿足條件。由于本吸收操作中SO?在空氣中含量極低故吸收液吸收前后密度變化不大，故出液 口管徑仍取159 10mm由于SO2遇水呈弱酸性故對(duì)管道有腐蝕所以選取熱無縫不銹鋼管（GB/T14976-94）進(jìn)氣管進(jìn)氣為常壓進(jìn)氣，故可取u 20m/s, d0197.27mm ;圓整后去管的規(guī)格為 245 12mm則實(shí)際通過氣體接管的

36、氣速為：由于本吸收操作中SO2在空氣中含量極低故吸收前后氣體體積變換不大，故管徑仍取 245 12mm6.2泵的選取:離心泵的選取111 （上冊(cè)附錄362頁）：由于輸送清水，故泵可選清水泵；a）流量WL76894.22998.2377.03m /hb）流量所需的揚(yáng)程式中Z 兩截面處位頭差;B兩截面處靜壓頭之差;g兩截面處動(dòng)壓頭之差;hf 1 直管阻力;hf2 管件、閥門局部阻力;根據(jù)前面設(shè)計(jì)資料對(duì)上述公式各項(xiàng)進(jìn)行估算：管路總阻力和所需壓頭計(jì)算根據(jù)管路的平立面布置，計(jì)算所得雷諾數(shù)為:ReduL0.145 1.41 998.20.001005203066.74000 （湍流）利用柏拉修斯關(guān)系式有：

37、根據(jù)填料塔高及泵的大體位置，管路長1取 13米 選用三個(gè)90。彎頭，三個(gè)截止閥全開考慮到安全系數(shù)，查得流量的安全系數(shù)為 1.1，揚(yáng)程的安全系數(shù)為1.051.1因?yàn)樵撐找郧逅疄槲談?，由化工原理（上）?62頁）附錄知可選取IS100-80-160型泵，其性能參數(shù)如下表6.1離心泵參數(shù)轉(zhuǎn)速r / min流量m / h揚(yáng)程m效率電機(jī)功率kW 必須氣蝕余量（NPSH）rm29001003278154核算軸功率：N H 5.79kw 11.2kw;故泵的選取符合要求1026.3風(fēng)機(jī)的選型：【1】輸送氣體so2可選離心通風(fēng)機(jī)（上冊(cè)附錄365頁）；由伯努利方程知：Ht F2 P12159.69Pa2通過

38、查化工原理（上）附錄知故可選用4-72-116C型離心通風(fēng)機(jī)；其特性參數(shù)為:表6.2 離心通風(fēng)機(jī)參數(shù)轉(zhuǎn)速風(fēng)壓效率功率風(fēng)量r/minPa%kW800294.25610910.73第七章 關(guān)于填料塔設(shè)計(jì)的選材本設(shè)計(jì)填料塔的設(shè)計(jì)溫度為200C，設(shè)計(jì)壓力為101.3kPa；由于塔設(shè)備常年暴露與【3】室外，要求有足夠的強(qiáng)度和塑度；所以筒體、封頭和塔裙選用15Mn NiDR （ 34頁表【3】1-23）合金鋼，其它部件選用 Q235-A（ 15頁表1-7）的鋼材制的。塔設(shè)備的筒體不包括腐蝕度的最小厚度要求內(nèi)徑不小于4mm;綜上所述，筒管厚度為10mm,根據(jù)化工機(jī)械設(shè)備查 D=1400mm，可知橢圓形 封頭

39、厚度為12mm。參考文獻(xiàn)【1】：夏清、陳常貴，化工原理上、下冊(cè)M，天津大學(xué)出版社，2005【2】：化學(xué)與化工學(xué)院化工系，化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2007【3】：王立業(yè)，刁玉偉等，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M，大連理工大學(xué)出版社，2006【4】：路秀林，王者相等，塔設(shè)備M，化學(xué)工業(yè)出版社，2004【5】：潘永亮，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M，科學(xué)出版社，2007【6】：賈紹義、柴誠敬，化工原理課程設(shè)計(jì)M，2006【7】：董大親，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 附錄工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說明表1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)和物料衡算結(jié)果匯總項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位吸收劑（水）的密度P L998.2

40、 (kg / m3)溶劑的粘度1 L0.001005 Pa.S =3.6 kg/ m h溶劑表面張力S L272.6 dyn/cm =940896 kg / h二氧化硫在水中擴(kuò)散系數(shù)Dl-6 2 / 15.29 X 10 m /h混合氣體的平均摩爾質(zhì)量30.75 g. mol混合氣體的平均密度1.257 kg m3二氧化硫在空氣中擴(kuò)散系數(shù)Dg20.039 m /h亨利系數(shù)E33.55 X 10 kPa氣液相平衡常數(shù)35.04溶解度系數(shù)H3o.。156 kmol / (m kPa)二氧化硫進(jìn)塔摩爾比Yi0.0526二氧化硫出塔摩爾比丫20.00263惰性氣體摩爾流量G85.48 kmol / h

41、 ;吸收劑摩爾流量L4267.16 kmol / h液相進(jìn)口摩爾比X20液相出口摩爾比Xi0.0010表2填料塔工藝尺寸計(jì)算結(jié)果表項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位氣相質(zhì)量流量2765.40 kmol / h液相質(zhì)量流量76894.22 kmol / h塔徑1000 mm空塔氣速0.783 m. s泛點(diǎn)率69.57%噴淋密度U98.02 m3/ m2 h解吸因數(shù)S0.7019氣相總傳質(zhì)單元數(shù)6.3638液體質(zhì)量通量UL97954.42 kg /(m h)氣體質(zhì)量通量Ug3522.80 kg /(m2 h)氣膜吸收系數(shù)20.035546 kmol/ m h kpa液膜吸收系數(shù)1.3132 m/h氣相總吸收系

42、數(shù)（校7.92572 kmol / m3 h kpa正后）液相總吸收系數(shù)（校126.12 l / h正后）氣相傳質(zhì)單元高度0.6820 m填料層高度5.2 m填料塔上部空間高度1.3 m填料塔下部空間高度2.5 m塔附屬高度3.8 m塔高9 m布液孔數(shù)132點(diǎn)表3流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位填料層壓力降 p2193.516 Pa泛點(diǎn)率69.57%表4附屬設(shè)備計(jì)算結(jié)果匯總項(xiàng)目選型數(shù)值與計(jì)量單位液體實(shí)際流速液體進(jìn)出口接管熱無縫鋼管i液 1.41 m/s熱無縫不銹鋼管氣體實(shí)際流速氣體進(jìn)出口接管u15.94 m/ s$ 245 12mm氣離心泵的選型IS100-80-160單級(jí)單吸離心泵揚(yáng)程 H=12.11m風(fēng)機(jī)的選型4-72-116C型離心通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓 Ht 152