填料塔設(shè)計任務(wù)書1

1、1設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計基本參數(shù)21.2填料塔出口參數(shù)22方案的確定. 22.1裝置流程的確定22.2吸收劑的選擇32.3操作溫度與壓力的確定32.4填料的類型與選擇33工藝計算.4 3.1基礎(chǔ)性數(shù)據(jù).4 3.2物料衡算.5 3.3填料塔的工藝尺寸的計算.6 3.3.1塔徑的計算.6填料層高度計算8填料層壓降計算104.1液體分布裝置114.1.1液體分布器的選型114.1.2分布點密度計算：124.1.3布液計算124.2填料支撐裝置124.3填料壓緊裝置與床層限制板134.4氣體進出口裝置與排液裝置135設(shè)計結(jié)果匯總146流程工藝圖17參考文獻17主要符號說明191設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計基本參

2、數(shù)礦石焙燒爐送出的氣體冷卻至20，通入填料塔用清水洗滌去除SO2。爐氣流量1000m3/h，爐氣平均分子量為32.16g/mol，洗滌水用量2.26×104kg/h。采用25mm×25mm×2.5mm的陶瓷拉西環(huán)以亂堆方式充填（或者自選填料的種類及規(guī)格）。取空塔氣速為泛點氣速的73%（或者根據(jù)設(shè)計手冊自選）。1.2填料塔出口參數(shù)要求出塔煙氣中SO2的濃度達到國家標準。2方案的的確定2.1裝置流程的確定逆流操作氣相自塔底進入由塔頂排出，液相自塔頂進入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點是傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多用逆流

3、操作。（a） 并流（b）逆流用水吸收二氧化硫?qū)俑呷芙舛鹊奈者^程，為提高傳質(zhì)效率和分離效率，所以，本設(shè)計選用逆流吸收流程。該填料塔中，二氧化硫和空氣混合氣體，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進入填料塔中，與從填料塔頂流下的水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排除，吸收了二氧化硫的水由填料塔的下端流出。2.2吸收劑的選擇吸收劑對溶質(zhì)的組分要有良好地吸收能力，而對混合氣體中的其他組分不吸收，且揮發(fā)度要低。根據(jù)本設(shè)計要求，選擇用清水作吸收劑，且二氧化硫不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?.3操作溫度與壓力的確定 操作溫度：20 操作壓力：常壓2.4填料的類型與選擇本方案選用Dg38塑料鮑爾環(huán)作為填料

4、設(shè)計填料塔。填料的選擇包括確定填料的種類，規(guī)格及材料。填料的種類主要從傳質(zhì)效率，通量，填料層的壓降來考慮，填料規(guī)格的選擇常要符合填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d。填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。根據(jù)本設(shè)計的要求，該系統(tǒng)不屬于難分離系統(tǒng)，可采用散裝填料，系統(tǒng)中含有,有一定腐蝕性，故考慮選用塑料鮑爾環(huán)，由于系統(tǒng)對壓降無特殊要求，考慮到不同尺寸鮑爾環(huán)的傳質(zhì)性能，采用38mm×38mm×1.4mm的塑料鮑爾環(huán)填料以亂堆方式填充。該填料的填料因子及比表面積如下：泛點填料因子 壓降填料因子 比表面積 ，=33dyn/cm空隙率 3工藝計算 3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)（1）液相物性數(shù)據(jù)對

5、于水吸收S02的過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得20時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 粘度 表面張力S02在水中的擴散系數(shù)為 （2）氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 M=32.16g/mol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，查手冊得20空氣的粘度為 查得S02在空氣中的擴散系數(shù)為 （3）氣液相平衡數(shù)據(jù)在常壓下20下的平衡數(shù)據(jù)xyxy0.002810.07760.0004230.007630.0019650.05130.0002810.00420.0014050.03420.00014050.001580.0008450.01850.00005640.

6、000660.0005640.011220時SO2在水中的溶解度系數(shù)為 常壓下20時SO2在水中的亨利系數(shù)為 E=3.55×103Pa相平衡常數(shù)為3.2物料衡算設(shè)二氧化硫的進塔摩爾質(zhì)量分數(shù)為xX=0.09根據(jù)國家鍋爐煙氣排放標準GB13271-2001二氧化硫排放濃度為900mg/m3設(shè)二氧化硫的去除率為yy=0.9965進塔氣相摩爾比為：出塔氣相摩爾比為：進塔惰性氣相流量為該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡曲線可近似為直線，最小液氣比可按下式計算，即對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為取操作液氣比由得： + X2=37.85(0.0989-0.000346)/1850.49+0=0.00

7、2023.3填料塔的工藝尺寸的計算塔徑的計算采用埃克特泛點關(guān)聯(lián)式計算泛點速度：氣體質(zhì)量流量：液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即：F泛點氣速，m/s；g重力加速度，981m/s2at填料總比表面積，m2m3填料層空隙率，m3m3；G,L氣相、液相密度，k/m3；L液體粘度，mPa·s;A,K關(guān)聯(lián)常數(shù)。A、 K取值可由表3.13.1不同類型填料的A、K值散裝填料類型AK規(guī)整填料類型AK塑料鮑爾環(huán)0.09421.75金屬階梯環(huán)0.1061.75金屬鮑爾環(huán)0.11.75瓷矩鞍0.1761.75塑料階梯環(huán)0.2041.75金屬環(huán)矩鞍0.062251.75取泛點率為0.73，即則 D塔徑，m

8、；V操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s ;空塔氣速，即按空塔截面積計算的混合氣體線速度，m/s. 圓整后取 D=0.8m（常用的標準塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）泛點率校核：（對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為）填料規(guī)格校核：符合要求液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：所以經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=0.8m合理。填料層高度計算解吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算:查表(常見材質(zhì)的臨界表面張力值)，液體質(zhì)量通量為氣體質(zhì)量通量為氣膜吸收系數(shù)由下式計算=液膜吸收系數(shù)由下式計算由，查

9、化工原理課程設(shè)計第143頁表514得則因為，故需要校正。由，得 則有由根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，填料層設(shè)計高度一般為 因此取所以設(shè)計取填料層高度為查化工原理課程設(shè)計第145頁表516得，對于鮑爾環(huán)填料，h/D=510,m取分為兩段，每段為6m填料層壓降計算采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降橫坐標為填料層壓降為4輔助設(shè)備的計算及選型4.1液體分布裝置液體分布器的選型由于液體在填料塔內(nèi)分布均勻，可以增大填料的潤濕表面積，以提高分離效果。因此，液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達到預(yù)期分離效果的重要條件。從噴淋密度考慮，應(yīng)保證每60cm2的塔截面上約有一個噴淋點，這樣，可以防止塔內(nèi)壁流和溝流現(xiàn)象.槽式分布器

10、:液體先經(jīng)過主干齒槽向其下個條形做第一級分布，然后再向填料層上面分布。這種分布自由截面積大，不易堵塞，多用于直徑較大的填料塔。該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器分布點密度計算：為了使液體初始分布均勻，原則上應(yīng)增加單位面積上的噴淋點數(shù)。但是，由于結(jié)構(gòu)的限制，不可能將噴淋點設(shè)計得很多。每塔截面設(shè)一個噴淋點。則總布液孔數(shù)為： 取85個布液計算由 取，則 設(shè)計取12mm4.2填料支撐裝置本設(shè)計塔徑D=800mm，采用結(jié)構(gòu)簡單、自由截面較大、金屬耗用量較小，由豎扁鋼制成的柵板作為支承板，將其分成兩塊，柵板條之間的距離約為24.7mm。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后

11、整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支承，以取得較大的孔隙率。由于采用的是38mm的填料，所以可用50mm的十字環(huán)。4.3填料壓緊裝置與床層限制板對于散裝填料，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)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)計選用壓緊網(wǎng)板。4.4氣體進出口裝置與排液裝置填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對500mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對1.5m以

12、下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴大器，或采用其它均布氣流的裝置。氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。本設(shè)計中選用折板除霧器。折板除霧器的結(jié)構(gòu)簡單有效，除霧板由的角鋼組成，板間橫向距離為25mm，垂直流過的氣速可按下式計算：式中氣速，m；液相及氣相密度，；系數(shù)，；本設(shè)計中取，則流過的氣速所需除霧板組的橫斷面為由上式確定的氣速范圍，除霧板的阻力為49-98pa，此時能除去的最小霧滴直徑約為0.05mm，即50.常壓塔氣體進出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液

13、體進出口管氣速可取0.81.5m/s（必要時可加大些）。管徑依所選氣速決定后，應(yīng)按標準管規(guī)格進行圓整，并規(guī)定其厚度。氣體進氣口氣速取15m/s，液體進液口流速取1.2m/s氣體進出口管直徑：液體流量：液體進出口管直徑：則進口（突然擴大=1）出口(突然縮小=0.5）其它塔內(nèi)間的壓力降較小,因此可忽略于是得到吸收塔的總壓力降為5設(shè)計結(jié)果匯總基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)和物料衡算結(jié)果匯總：項目符號數(shù)值與計量單位吸收劑（水）的密度L998.2(kg/m3)溶劑的粘度L0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)溶劑表面張力L72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)二氧化硫在水中擴散系數(shù)DL1.4

14、7×10-5(2/s)=5.3×10-6(m2/h)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量32.16混合氣體的平均密度1.337二氧化硫在空氣中擴散系數(shù)DG0.108×10-4(m2/s)=0.0393(m2/h)亨利系數(shù)E3.55×103 KPa;氣液相平衡常數(shù)35.04溶解度系數(shù)H0.0156 kmol /(m³.KPa);二氧化硫進塔摩爾比Y10.0989二氧化硫出塔摩爾比Y20.000346惰性氣體摩爾流量G37.85 kmol/h ;吸收劑摩爾流量L1850.49 kmol/h液相進口摩爾比X20液相出口摩爾比X10.00202填料塔工藝尺寸計算結(jié)果

15、匯總：項目符號數(shù)值與計量單位氣相質(zhì)量流量 1337kg/h液相質(zhì)量流量 33308.8kg/h塔徑800mm空塔氣速 0.897泛點率61.65%噴淋密度U66.42m3/(m2.h)解吸因數(shù)S0.717氣相總傳質(zhì)單元數(shù)15.55液體質(zhì)量通量UL66299.4氣體質(zhì)量通量UG3661.2氣膜吸收系數(shù)0.0315kmol/(m².h.kpa)液膜吸收系數(shù)1.245(m/h)氣相總吸收系數(shù)(校正后)4.683kmol/(m3.h.kpa)液相總吸收系數(shù)（校正后）99.40(l/h)氣相總傳質(zhì)系數(shù)1.165 kmol/(m3.h.kpa)氣相傳質(zhì)單元高度0.638填料層高度Z12填料塔上部

16、空間高度1.3填料塔下部空間高度2.5塔附屬高度3.8塔高15.8布液孔數(shù)85點孔徑d00.012m開孔上方高度0.16m流體力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果匯總：項目符號數(shù)值與計量單位氣體進口壓力降P1150.41 Pa;氣體出口壓力降P275.21 Pa;填料層壓力降P31320 Pa;吸收塔總壓力降P1545.62 Pa;6流程工藝圖進液口混合氣出口 SO2和空氣混合氣吸收了SO2的水吸收塔冷凝器泵在該填料塔中，SO2和空氣混合后，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進入填料塔中，從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體入口混合氣體有塔頂排除，吸收了SO2的水 有填料塔的下端流出。（如上圖所

17、示）吸收SO2后的液體出口7課程設(shè)計心得本次設(shè)計的用水吸收二氧化硫的填料吸收塔，采用的是塑料鮑爾環(huán)填料和逆流單程流程?；旌蠚獾捏w積流率為1000m3/h，經(jīng)過物料衡算知吸收劑水的體積流量為33.37 m3/h。 塔徑為800mm,塔總體高度為15.8m，分為兩段。氣體和液體的進出口以及輸送管路的管道尺寸都是依據(jù)輸送流體用地縫鋼管：GB8163-20083。在選擇離心泵的時候，不僅考慮到了吸收劑的體積流量安全系數(shù)，也考慮到了揚程的安全系數(shù)。條件裝配圖尤其是工藝流程圖，是在查閱有關(guān)繪圖權(quán)威資料如化工工藝算圖，工程制圖與AutoCAD教程以及參考了化工儀表及自動化的基礎(chǔ)上認真繪制的，但是由于學(xué)生的能

18、力有限，水平欠佳，所以最終的圖也許并沒有達到十分的標準，這是有待在以后的學(xué)習(xí)生活中需要加以提高的。在這次的課程設(shè)計中，需要查閱大量的資料，瀏覽各種信息。由此鍛煉了我們搜集有用文獻的能力。另外，對于一次獨立的課程設(shè)計任務(wù)，同時需要用到word文檔排版，visio 軟件繪圖，還有C語言編程等有關(guān)計算機能力。最為重要的是，借此機會，鞏固復(fù)習(xí)了化工原理有關(guān)知識，尤其是有關(guān)吸收方面的內(nèi)容。讓理論在自己的設(shè)計中盡可能接近現(xiàn)實。總之，本次課程設(shè)計，無論對于將來的畢業(yè)設(shè)計，還是參加各種專業(yè)知識的大型競賽，以及走向工作崗位，都有一定的基礎(chǔ)作用?？傊?，對于設(shè)計方案，我們還需要學(xué)習(xí)和借鑒，在此基礎(chǔ)上加以大膽創(chuàng)新，從

19、而來完善自己的設(shè)計，使之更加接近實際。參考文獻王國勝主編.化工原理課程設(shè)計第二版.大連：大連理工大學(xué)出版社，2006.8陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋編.化工原理下冊第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.5吉林化學(xué)工業(yè)公司設(shè)計院，化學(xué)工業(yè)部化工設(shè)計公司主編.化工工藝算圖第一冊常用物料物性數(shù)據(jù). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1982.10 賈紹義，柴誠敬主編.化工原理課程設(shè)計（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計）.天津:天津大學(xué)出版社，2002.8陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋編.化工原理上冊第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.5吉林化學(xué)工業(yè)公司設(shè)計院，化工部中國環(huán)球化學(xué)工程公司主編.化工工藝算圖第三冊化工單元操作.