填料吸收塔課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、2.1 方案的確定專業(yè).專注一設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)(一) 設(shè)計(jì)題目水吸收 SO2過(guò)程填料吸收塔的設(shè)計(jì)：試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫除焙燒爐送出的混合氣體(先冷卻)中的 S02,其余為惰性組分，采用清水進(jìn)行吸收混合氣體的處理量 m3/h2000混合氣體 S02含量(體積分?jǐn)?shù))10%S02的回收率不低于97%吸收劑的用量與最小用量之比1.3(二) 操作條件(1)操作壓力常壓(2)操作溫度 25C(三) 設(shè)計(jì)內(nèi)容(1) 吸收塔的物料衡算；(2) 吸收塔的工藝尺寸計(jì)算；(3) 填料層壓降的計(jì)算；(4) 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)；(5) 吸收塔接管尺寸計(jì)算；(6) 繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖；(7) 對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)

2、題的討論3.1.1 液相物性數(shù)據(jù)專業(yè).專注二設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介用水吸收 SO2屬中等溶解度的吸收過(guò)程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收 流程。因用水作為吸收劑，且 SO2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?.2 填料的類型與選擇對(duì)于水吸收 SO2的過(guò)程，操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料 散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好 ，故此選用 DN38 聚丙烯階梯環(huán)填料。階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在 一端增加了一個(gè)錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑 大為縮短，減少了氣體通過(guò)填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng) 度，而且使填料之

3、間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更 新，有利于傳質(zhì)效率的提高。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。2.3 設(shè)計(jì)步驟本課程設(shè)計(jì)從以下幾個(gè)方面的內(nèi)容來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)（一） 吸收塔的物料衡算；（二）填料塔的工藝尺寸計(jì)算；主要包括：塔徑，填料層高度，填料層壓降；（三） 設(shè)計(jì)液體分布器及輔助設(shè)備 的選型；（四） 繪制有關(guān)吸收操作圖紙。3.1.1 液相物性數(shù)據(jù)專業(yè).專注三、工藝計(jì)算3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)專業(yè).專注對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。

4、由手冊(cè)查 得，25C時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為PL=997.1 kg/m3粘度為4=0.0008937 Pa 3=Z173kg/(m h)表面張力為OL=71.97 dyn/cm=932731 kg/h2SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 DL=1.724X10-9m2/s=6.206X10-6m2/h(依 Wilke-Cha ngD =1.859 108( 甞.6T計(jì)算，查 化學(xué)工程基礎(chǔ))3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)設(shè)進(jìn)塔混合氣體溫度為 25C,混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Mvm=藝 yMi=0.1X64.06+0.9X32S=)6g/mol混合氣體的平均密度為pVm=PM/RT=101.325X32.5

5、06/(8.314X8295)=1.3287kg/ m3混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)得 25C空氣的粘度為w= 1.831X-5Pa?s=0.066kg/(m?h)查手冊(cè)得 SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為DV=1.422X10-5m2/s=0.051 m2/h(依D =D0-p0(T)1.75計(jì)算，其中 273K 時(shí)，1.013X105Pa時(shí) SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 1.22X105m2/s，查化學(xué)工程基礎(chǔ))專業(yè).專注由手冊(cè)查得,常壓下 25C時(shí) SO?在水中的亨利系數(shù)為E=4.13x10 kPa相平衡常數(shù)為m=E/P=4.13x10/101.3=40.76溶解度系數(shù)為H=p/E

6、M=997.2/4.13x10 x18.02=0.0134kmol/kPam33.1.4 物料衡算(I).進(jìn)塔混合氣中各組分的量近似取塔平均操作壓強(qiáng)為 101.3kPa,故：混合氣量=2000(273.15)81.80kmol / h273.15 +25 22.4混合氣 SO2中量二 81.80 xo.1 = 8.18 kmol / h=8.18X64.06=542.01kg /h設(shè)混合氣中惰性氣體為空氣，則混合氣中空氣量=81.8-8.18 = 73.62kmol /h=73.62X29=2135kg/h(2).混合氣進(jìn)出塔的摩爾組成 % =0.18.18(1 0.97)73.628.18(

7、10.97)(3)混合氣進(jìn)出塔摩爾比組成進(jìn)塔氣相摩爾比為二0.00332y1r0.11-0.1= 0.11專業(yè).專注出塔氣相摩爾比為專業(yè).專注匕=Y(1-A)=0.11(10.970.0033(4) 出塔混合氣量出塔混合氣量=73.62+8.18 X0.03=73.7836kmol/h=2135+542.01 X0.03=2151.26kg/h(5) 吸收劑(水)的用量 L該吸收過(guò)程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算_ 丫1-丫2minm對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為 X2=0O.10033=39.540.11/40.76-0取操作液氣比為1VL1.3 39.54=51.

8、40VL = 51.4 73.62 =3784.07 kmol/h(6) 塔底吸收液組成 X1V(丫 -丫2)九區(qū)-X2)73.62 (0.11-0.0033)3784.07(7) 操作線方程依操作線方程 丫二丄 X (Y2-X23784.07X 0.0033 VV73.62Y =51.4X 0.0033二0.00208min專業(yè).專注3.2 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算321 塔徑的計(jì)算采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速。氣相質(zhì)量流量為 Wv=2000X1.3287=2657.4kg/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即WL=3784.07X18.O2=68188.94 kg/h其中：

9、PL=997.1 kg/m3pv=1.3287kg/m3g = 9.81 m/s2= 1.27X81m/h2WV=2657.4kg/hWL= 68188.94 kg/hPL=0.0008937 Pas(1) 采用 Ecekert 通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)氣速通用填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖如下：UF。專業(yè).專注圖一填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖（引自化工原理）040.0R0 060 04圖中 U0 空塔氣速，m /s ；-濕填料因子，簡(jiǎn)稱填料因子，1 /m ； 書(shū)一一水的密度和液體的密度之比；g- 重力加速度，m /s2;P、pL分別為氣體和液體的密度，kg /m3；0.0012002財(cái)鼎0 200

10、20 01Q.00S0.0060.0020.20.3 0.4 O& 0.S 1234 5 6 S 10專業(yè).專注wV、wL-分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg /s 此圖適用于亂堆的顆粒形填料，如拉西環(huán)、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鮑爾環(huán) 等，其上還繪制了整砌拉西環(huán)和弦柵填料兩種規(guī)整填料的泛點(diǎn)曲線 。對(duì)于其他 填料，尚無(wú)可靠的填料因子數(shù)據(jù)。Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為wL（厲）0.568188.94（1.3287）0.5wV訂2657.4997.1查圖一查得縱坐標(biāo)值為（二）嘰0.2=0.022g 1表一散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值填料類型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50D

11、N76金屬鮑爾環(huán)410117160金屬環(huán)矩鞍170150135120金屬階梯環(huán)160140塑料鮑爾環(huán)55028018414092塑料階梯260170127專業(yè).專注環(huán)瓷矩鞍1100550200226瓷拉西環(huán)1300832600410(化工原理課程設(shè)計(jì)附錄十一)查得:F-170mJ(2)操作氣速由以下公式計(jì)算塔徑：(化工原理課程設(shè)計(jì))D4VSD盤(pán)對(duì)于散裝填料,其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為U/UF=0.50.85取 u=0. 7 UF=0.7 J0.987=0.691m/s(3) 塔徑= 1.012m圓整塔徑，取 D=l.1m(4) 泛點(diǎn)率校核：2000/3600u20.585m/ s0.785 1.1u0

12、 585 = 100% =59.27%(在允許范圍內(nèi)) uF0.987(5) 填料規(guī)格校核:UF0.022g幾0.022 9.81 997.1 170 1 1.3287 0.89370.2=0.987m /s由D -4 2000/36003.14 0.691專業(yè).專注氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為(2)傳質(zhì)單元高度的計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算D 110028.94 8d 38(6)液體噴淋密度校核： 取最小潤(rùn)濕速率為(Lw)min=0.08 m3/mh查填料手冊(cè)得塑料階梯環(huán)比表面積at=132.5m2/m3Umin=(Lw)minat=0.08x132.5=10.6/ m2h68188

13、.94/997.20.785 1.12=71.99m3/m2h Umin經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 D=1100mm 合理3.2.2 填料層高度計(jì)算(1)傳質(zhì)單元數(shù) NOGY/ =mX1=40.76 0.00208 =0.08478Y=mX2=0解吸因數(shù)為：mVL40.76 73.623784.07-0.793NOG11 -S11-0.793ln (1 -0.793)0.11-00.0033-00.793 = 9.857專業(yè).專注.y . 2嚴(yán) / ULULa2屮L丿丿查表二:常見(jiàn)材質(zhì)的臨界表面張力值材質(zhì)碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯鋼石蠟表面張力,mN /m56617333407520得；c=

14、33 dyn/cm = 427680 kg/h2液體質(zhì)量通量為:UL68188.942= 71789.17kg/(m2h)0.785X1.1氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：4276800.7571789.170.171789.172匯 132.5“05aT eXPI.45(932731 丿(132.5 兀 3.2173 丿 J997.12% 1.27 50%需要按下式進(jìn)行校正，即kGa = +9.5 丄0.5 I kGa.Z 丿- g 年kLa= 1+2.6 0.5 丨 kLa-“ 丿可得：14 T3匕=0.0095UL2 3f1-3iawL丿PLDL；71789.17=0.00950.6047 13

15、2.5 3.2173罩 f3.217313.2173x1.27x108丿 1997.1 域 6.2060_6丿、997.1/1Jg鞏丿2專業(yè).專注kGa =卩 +9.5(0.59270.5).&4.3769=5.85kmol/( mhkPa)一22nkLa= 1+2.6(0.5927-0.5).儀 122.71 =124.411/h專業(yè).專注73.6221.297 101.3 0.785 1.1=0.590m(3)填料層高度的計(jì)算由Z = HOGNOG- 0.59 9.857 = 5.82m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毛 1.21.5)Z (4-19)式中 Z 計(jì)時(shí)的填料高度

16、，m;Z 工藝計(jì)算得到的填料層高度，m得：Z= 1.25 5.82= 7.27 m設(shè)計(jì)取填料層高度為Z = 7.4m查：a1v kGa HkLa11 1-+-= 1.297kmol /( m3hkPa)HOGVVKY - KGaP專業(yè).專注表四散裝填料分段高度推薦值填料類型h/DHmax/m拉西環(huán)2.5矩鞍586專業(yè).專注鮑爾環(huán)5106階梯環(huán)8156環(huán)矩鞍515120042按 Eckert 建議值，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為 140 點(diǎn)/m2。布液點(diǎn)數(shù)為 n=0.785X1.12X14O=132.9 133 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：二級(jí)槽共設(shè)七

17、道，在槽側(cè)面開(kāi)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)布點(diǎn)數(shù)為 n=132 點(diǎn).專業(yè).專注(3)布液計(jì)算由重力型液體分布器布液能力計(jì)算由 L d0n , 2g H式中 Ls液體流量，m3/s；n開(kāi)孔數(shù)目(分布點(diǎn)數(shù)目);孔流系數(shù)，通常取=0.550.60;do-孔徑，m ; H開(kāi)孔上方的液位高度，m。取=0.60 ,H=160mm,/ 54LS I 兀 n 申（2g AH）就 4 漢 68188.94/997仆 3600、貝寸=-j13.14 漢 132 漢 0.6 漢 02 汽 9.81 匯 0.16丿=0.0131m圖二槽式液體分布

18、器二級(jí)槽的布液點(diǎn)示意圖設(shè)計(jì)取d。專業(yè).專注=14mm專業(yè).專注液體分布器的安裝一般高于填料層表面 150300 mm （取決于操作彈性）, 槽式分布器主槽分槽高度均取 210mm，主槽寬度為塔徑的 0.70.8，這里取塔 徑的 0.7，分槽寬度由液體量及停留時(shí)間確定，最低液位為 50mm 為宜，最高液 位由操作彈性塔內(nèi)允許高度及造價(jià)確定，一般為 200 mm 左右。2.- 液體再分布器升氣管式液體再分布器在離填料頂面一定距離處，噴淋的液體便開(kāi)始向塔壁偏流，然后沿塔壁下 流，塔中心處填料的不到好的潤(rùn)濕，形成所謂的千錐體”的不正?，F(xiàn)象，減少 了氣液兩相的有效接觸面積。因此每隔一定的距離設(shè)置液體再分

19、布裝置，以克 服此現(xiàn)象。由于塔徑為 1100mm，因此可選用升氣管式再分布器，分布外徑1180mm，升氣管數(shù) 8。3 填料支承裝置填料支承結(jié)構(gòu)用于支承塔內(nèi)填料及其所持有的氣體和液體的重量之裝置。對(duì)填料的基本要求是：有足夠的強(qiáng)度以支承填料的重量；提供足夠的自由截面以 使氣液兩相流體順利通過(guò)，防止在此產(chǎn)生液泛；有利于液體的再分布；耐腐 蝕，易制造，易裝卸等。常用填料支承板有柵板式和氣體噴射式。這里選用分 塊梁式支承板。4.填料限定裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)或者跳動(dòng)，需在填料層上方 設(shè)置填料壓緊裝置。對(duì)于塑料散裝填料，本設(shè)計(jì)選用創(chuàng)層限制板。3. 氣體和液體的進(jìn)出口裝置專業(yè).專注管道

20、的公75 8090100120130140160185205235260315稱通徑(1)氣體和液體的進(jìn)出口直徑的計(jì)算Vs 為流體的體積流量，m3/su 為適宜的流體流速，m/s .常壓氣體進(jìn)出口管氣速可取 1020m/s ；液體進(jìn)出口速度可取 0.81.5 m/s (必要時(shí)可加大)。選氣體流速為 15 m/s 由 Vs=2000/3600=0.556 m3/s 代入上公式得 d=217mm 圓整之后，氣體進(jìn)出口管徑為 d=235mm選液體流速為 2.0 m/s ,由 Vs=3784.07X18.02 /( 360O7M ) =0.019m3/s 代入上公式得 d=110 mm,圓整之后液體進(jìn)

21、出口管徑為 d=120 mm(2) 底液出口管徑：選擇 d= 75 mm(3) 泵的選型由計(jì)算結(jié)果可以選用：IS100-80-125 型的泵(4) 塔附屬高的確定塔的附屬空間高度主要包括塔的上部空間高度 ，安裝液體分布器和液體再 分度器所需的空間高度，塔的底部空間高度以及塔的群坐高度。塔的上部空間 高度是指塔填料層以上，應(yīng)有一足夠的空間高度，以使隨氣流攜帶的液滴能夠 從氣相中分離出來(lái)，該高度一般取 1.2-1.5。安裝液體再分布器所需的塔空間高 度依據(jù)所用分布器的形式而定一般需要 1-1.5m 的高度。塔的底部空間高度是指塔底最下一塊塔板到塔底封頭之間的垂直距離空間高度含釜液所占的高度及釜液面

22、上方的氣液分離高度的兩部分。釜液所占專業(yè).專注空間高度的確定是依據(jù)塔的釜液流量以及釜液在塔內(nèi)的停留時(shí)間確定出空間容 積，然后根據(jù)該容積和塔徑計(jì)算出塔釜所占的空間高度。塔底液相液相停留時(shí)間按 1min 考慮，則塔釜液所占空間為1x60 x3784.97x18.02hi2=1m0.785 3600 997.1 1.12考慮到氣相接管所占的空間高度，底部空間高度可取 1.5 米，所以塔的附屬 空間高度可以取3.7 米。（5）人孔公稱壓力公稱直徑密封面型標(biāo)準(zhǔn)號(hào)常壓450 mm平面（FS）HG21515-95五、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總課程設(shè)計(jì)名稱水吸收 SO2填料吸收塔的設(shè)計(jì)專業(yè).專注操作條件操作溫度 25 攝氏

23、度操作壓力：常壓物性數(shù)據(jù)液相氣相液體密度997.1kg/m3混合氣體平均摩爾質(zhì)量33.505kg/kmol液體粘度3.22kg/(mh)混合氣體的平均密度1.3287kg/m3液體表面張力932731混合氣體的粘度0.066kg/(mh)SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)6.206x-l0m2/hSO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)0.051m2/h重力加速度1.27X10m/h氣相平衡數(shù)據(jù)SO2在水中的亨利系數(shù) E相平衡常數(shù) m溶解度系數(shù) H4.13xOpa40.760.0134kmol/kPam3物料蘅算數(shù)據(jù)Y1丫 2X1X2氣相流量 G液相流量 L最小液氣操作液氣專業(yè).專注比比0.110.0033 0.0020

24、8073.62 kmol/ h3784.07 kmol/ h39.5451.4工藝數(shù)據(jù)氣相質(zhì)量液相質(zhì)量流量塔徑氣相總氣相總填料層填料層壓降流量傳質(zhì)單傳質(zhì)單高度元數(shù)元高度2657.468188.941.1m9.857 0.590m7.4m871.128pa填料塔附件除沫器液體分布器填料限定裝置填料支承板液體再分布器絲網(wǎng)式二級(jí)槽式床層限制版分塊梁式升氣管式六、工藝流程圖下圖是本設(shè)計(jì)的工藝流程簡(jiǎn)圖圖二工藝流程簡(jiǎn)圖專業(yè).專注項(xiàng)目組成空氣（摩爾分?jǐn)?shù)0.90. 99668S02 （摩爾分?jǐn)?shù)）0.10. 0033200. 00208水（摩爾分?jǐn)?shù)10.99792溫度25252525壓力/肝也0*1010*10

25、00. 1010-101流量/(imol/h)81. S073. 863784. 07 379101流量/(kg/h)2657.42151.2668188. 94 &8696.09七、課程設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是在生產(chǎn)實(shí)習(xí)后進(jìn)行的，是對(duì)化學(xué)工程的過(guò)程設(shè)計(jì)及設(shè)備的 選擇的一個(gè)深層次的鍛煉，也是對(duì)實(shí)際操作的一個(gè)加深理解。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題主要有：（1）未知條件的選??；（2）文獻(xiàn)檢索的 能力；（3）對(duì)吸收過(guò)程的理解和計(jì)算理論的運(yùn)用；（4）對(duì)實(shí)際操作過(guò)程中設(shè)吸收用水nxx A塔頂取樣詩(shī)排入地溝氣尾2x3-塔底取樣專業(yè).專注備的選擇和條件的最優(yōu)化；（5）對(duì)工藝流程圖的理解以及繪制簡(jiǎn)單的流程圖和

26、 設(shè)備結(jié)構(gòu)；（6）還有一些其他的問(wèn)題，例如計(jì)算的準(zhǔn)確度等等。當(dāng)然，在本次設(shè)計(jì)中也為自己再次重新的復(fù)習(xí)化工這門(mén)學(xué)科提供了一個(gè)動(dòng)力，對(duì)化工設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題也有了一個(gè)更深的理解。理論和實(shí)際的結(jié)合也是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，為日后從事相關(guān)工作打下了一定的基礎(chǔ)。最后，深感要完成一個(gè)設(shè)計(jì)是相當(dāng)艱巨的一個(gè)任務(wù)，如何細(xì)節(jié)的出錯(cuò)都有可能造成實(shí)際操作中的經(jīng)濟(jì)損失甚至生命安全 。八、主要符號(hào)說(shuō)明at填料的總比表面積，m2/m3aw填料的潤(rùn)濕比表面積，m2/md-填料直徑，m ；D塔徑，m；DL液體擴(kuò)散系數(shù)，m2/s ；Dv氣體擴(kuò)散系數(shù)，m2/s ;ev液沫夾帶量，kg（液）/kg（氣） ；g-重力加速度，9.81 m/s2；h-填料層分段高度，m ；HETP 關(guān)聯(lián)式常數(shù)；hmax允許的最大填料層咼度，mHB塔底空間高度，m ；HD塔頂空間高度，m；HOG氣相總傳質(zhì)單元高度，m ;專業(yè).專注kG- 氣膜吸收系數(shù),kmol/(m2 s kPa);kL-液膜吸收系數(shù),m/s ;KG-氣相總吸收系數(shù),kmol/(m2 s kPa);Lb液體體積流量，m3/h ;LS液體體積流量，m3/s ;LW-潤(rùn)濕速率，m3/(m s);m相平衡常數(shù)，無(wú)因次；n篩孔數(shù)目；NOG-氣相總傳質(zhì)單元數(shù)；P- 操作壓力，Pa； P壓力降，Pa；u 空塔氣速，m/s ；UF- 泛點(diǎn)氣速，