環(huán)境工程課程設(shè)計[教學相關(guān)]

1、試題和教育1 湖湖南南農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè)大大學學課課程程論論文文 學 院：資源環(huán)境學院 班 級：環(huán)境科學 姓 名：李文濤 學 號：201440463117 課程論文題目：填料塔的設(shè)計 課程名稱：環(huán)境工程課程設(shè)計 評閱成績： 評閱意見： 成績評定教師簽名： 日期： 年 月 日 試題和教育2 設(shè)計任務(wù)書設(shè)計任務(wù)書 學生：李文濤 (資源環(huán)境學院環(huán)境科學班級，學號：201440463117) 1、設(shè)計題目：設(shè)計題目：水吸收二氧化硫過程填料吸收塔的設(shè)計 2 2、工藝操作條件、工藝操作條件： （1）操作平均壓力 常壓 （2）操作溫度 t=20 （3）每年生產(chǎn)時間：7200h。 （4）選用填料類型及規(guī)格自選。 3 3

2、、設(shè)計任務(wù)：、設(shè)計任務(wù)： 完成填料塔的工藝設(shè)計與計算，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計和選型，繪制吸收系統(tǒng)的工藝流程圖和 吸收塔的工藝條件圖，編寫設(shè)計說明書。 試題和教育3 目錄目錄 一、摘要一、摘要 二、二、設(shè)計方案設(shè)計方案簡介簡介 2.1 吸收劑的選擇 2.2 吸收流程的選擇 2.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇 2.3.1 吸收塔設(shè)備 2.3.2 吸收塔填料 2.4 吸收劑再生的選擇 2.5 操作參數(shù)的選擇 三、吸收塔的工藝計算吸收塔的工藝計算 3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 3.1.1 液相物性數(shù)據(jù) 3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù) 3.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 3.2 物料衡算 3.3 湍球塔工藝尺寸的計算 3.3.1 塔

3、徑 3.3.2 填料數(shù)據(jù)計算和支撐板結(jié)構(gòu) 3.4 填料層高度 3.5 流體力學計算 3.5.1 各階段工況氣速的計算 3.5.2 球?qū)訅毫礟 3.5.3 球?qū)訑U展階段時的膨脹高度 3.6 湍球塔的輔助結(jié)構(gòu) 3.6.1 支承板及檔網(wǎng) 3.6.2除沫器 3.6.3 液體分布器 3.7 填料塔附屬高度計算 3.8 湍球塔的流體力學參數(shù)計算 3.8.1 全塔壓降 3.8.2 氣體動能因子 3.9 附屬設(shè)備的計算和選擇 3.9.1 接管尺寸的計算舉例 3.9.2 離心泵的選擇和計算 四、四、工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總匯總與主要符號說明工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總匯總與主要符號說明 五、五、對過程的評述和有關(guān)問題的討

4、論對過程的評述和有關(guān)問題的討論 試題和教育4 六、六、結(jié)束語結(jié)束語 試題和教育5 摘要：摘要：吸收操作在化學工業(yè)中是一種重要的分離方法，本次設(shè)計采用水吸收礦石焙燒爐送出 的氣體，入塔的爐氣流量為 2000m3/h，其中進塔 SO2的摩爾分率為 0.05，SO2的吸收率達到 95吸收效果以減少對大氣的污染，屬于物理吸收。影響吸收的因素主要為溶質(zhì)在吸收劑中 的溶解度,其吸收速率主要決定于氣相或液相與界面上溶質(zhì)的濃度差，以及溶質(zhì)從氣相向液相 傳遞的擴散速率。本設(shè)計本設(shè)計采用填料塔，塔高 8.7m，塔徑 0.7m，采用聚丙烯空心球填料， 具有通量大、阻力小、傳質(zhì)效率高等優(yōu)點，可以達到較好的通過能力和分

5、離效果。一般說來， 完整的吸收過程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分。在化工生產(chǎn)過程中，原料氣的凈化，氣體產(chǎn)品的 精制，治理有害氣體，保護環(huán)境等方面都要用到氣體吸收過程。填料塔作為主要設(shè)備之一， 越來越受到青睞。二氧化硫填料吸收塔，以水為溶劑，經(jīng)濟合理，凈化度高，污染小。此外， 由于水和二氧化硫反應(yīng)生成硫酸，具有很大的利用率。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 二氧化硫 吸收 水 填料塔 二二 、設(shè)計方案、設(shè)計方案 吸收過程的設(shè)計方案主要包括吸收劑的選擇、吸收流程的選擇、解吸方法選擇、設(shè)備類型 選擇、操作參數(shù)的選擇等內(nèi)容。 2.12.1 吸收劑的選擇吸收劑的選擇 吸收劑一般是對氣 體混合物的各組分具有不同的溶解 度而能選

6、擇性地吸收其中一種 組分或幾種組分的液體。 由于吸收操作的目的不同，吸收劑的功用也不同。有些是吸收氣體而獲得產(chǎn)品，如在 鹽酸制造中用水吸收氯化氫氣體。有些是除去氣體混合物中的一種或幾種組分，以達到分 離的目的，如用水或堿液吸收煙道氣等中的二氧化碳。 吸收操作中能夠選擇性地溶解混合氣體中某些特定組分的液體。吸收劑可以是純液體， 也可以是溶液。一般分為物理吸收劑和化學吸收劑兩類。物理吸收劑與溶質(zhì)之間無化學反 應(yīng)，氣體的溶解度只與氣液平衡（見汽液平衡）規(guī)律有關(guān)；化學吸收劑與溶質(zhì)之間有化學 反應(yīng)，氣體的溶解度不僅與氣液平衡規(guī)律有關(guān)，而且與化學平衡規(guī)律有關(guān)?；瘜W吸收劑大 多是某種活性組分的溶液，如碳酸鉀

7、或氫氧化鈉的水溶液。 當吸收是為了制取某種溶液產(chǎn)品時，只能用某種特定的吸收劑，如由氯化氫制造鹽酸， 只能用水作吸收劑。當吸收是為了對氣體混合物作組分分離時，吸收劑的合理選擇，對吸 收操作的成功與否有重大影響。一般說來，化學吸收劑易于達到較高的選擇性,并可使 溶質(zhì)易于溶解；但再生比較困難 ,消耗能量較多。事實上，很難找到一個能夠滿足上述各 項要求的理想吸收劑，只能通過對可用吸收劑的全面評價，按經(jīng)濟上是否合理作出選擇。 為此，性能優(yōu)良的新吸收劑的開發(fā)，一直為人們所關(guān)注。 對于吸收操作 ,選擇適宜的吸收劑 ,具有十分重要的意義。其對吸收操作過程的經(jīng)濟性 試題和教育6 有著十分重要的影響。一般情況下

8、,選擇吸收劑 ,要著重考慮如下問題： 1對溶質(zhì)的溶解度大 所選的吸收劑多溶質(zhì)的溶解度大 ,則單位量的吸收劑能夠溶解較多的溶質(zhì) ,在一定的 處理量和分離要求下 ,吸收劑的用量小 ,可以有效地減少吸收劑循環(huán)量 ,這對于減少過程功 耗和再生能量消耗十分有利。 2對溶質(zhì)有較高的選擇性 對溶質(zhì)有較高的選擇性 ,即要求選用的吸收劑應(yīng)對溶質(zhì)有較大的溶解度 ,而對其他組 分則溶解度要小或基本不溶 ,這樣,不但可以減小惰性氣體組分的損失 ,而且可以提高解吸 后溶質(zhì)氣體的純度。 3不易揮發(fā) 吸收劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸氣壓 ,以避免吸收過程中吸收劑的損失 ,提高吸 收過程的經(jīng)濟性。 4粘度低 吸收劑在操作溫度

9、下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速 率的提高。 5其他 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能滿足無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價 廉易得以及化學性質(zhì)穩(wěn)定等要求。 2 2. .2 2 吸吸收收流流程程的的選選擇擇 吸收裝置的流程主要有以下幾種 （1）逆流操作 氣體自塔底進入由塔頂排除，液相自塔頂進入由塔底排除，即此逆流操 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。工業(yè)生產(chǎn)中通常采 用逆流操作。 （2）并流操作 氣液兩項均從塔頂流向塔底，此即并流操作。并流操作的特點是，系統(tǒng) 不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常運用以下情況：當吸

10、收過 程中平衡曲線較平坦時，流向?qū)ν苿恿τ绊懖淮?；易溶氣體的吸收或處理的氣體不需吸收很 完全；吸收劑用量特別大；逆流操作易引起液泛。 （3）吸收劑部分再循環(huán)操作 在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排除液體的一部分冷卻 后與補充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，即為部分在循環(huán)操作。通常用于以下的情況：當吸收 劑的用量較小，為提高液體的噴淋密度；對于非等溫吸收過程，為控制塔內(nèi)的升溫，需取出 一部分熱量。該流程特別適宜平衡數(shù)值很小的情況，通過吸收液的部分在循環(huán)提高吸收劑的 使用效率。應(yīng)予指出，吸收劑部分在循環(huán)操作較逆流操作平均推動力要低，切需要設(shè)置循環(huán) 泵，操作費用增加。 （4）多塔串聯(lián)操作 若設(shè)計的填料層高度

11、過大，或因為所處理物料等原因需經(jīng)常清理填 料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個串聯(lián)的塔內(nèi)，每個吸收塔通過吸收劑和氣體量都相 等，即為多塔串聯(lián)操作。此種操作因塔內(nèi)需留較大的空間，輸液、噴淋、支承板等輔助裝置 試題和教育7 增加，使設(shè)備投資加大。 （5）串聯(lián)并聯(lián)混合操作 若吸收過程處理液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔 內(nèi)的噴淋密度過大，操作氣速勢必很小，塔的生產(chǎn)能力降低。實際生產(chǎn)中可采用氣相作串聯(lián)、 液相作并聯(lián)的混合流程；若吸收過程處理的液量不大而氣相流程很大時，可采用液相作串聯(lián)、 氣相作并聯(lián)的混合流程。 總之，在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)、工藝特點，結(jié)合各種流程的優(yōu)缺點選擇適宜的流 程布置。

12、本設(shè)計采用湍球塔中通常采用的是單塔連續(xù)逆流操作，因為逆流推動力大，傳質(zhì)速 率快，分離效果好，并且單塔逆流操作即可滿足設(shè)計要求。 2 2. .3 3 吸吸收收塔塔設(shè)設(shè)備備及及填填料料的的選選擇擇 2.3.12.3.1 吸收塔吸收塔 吸收塔是實現(xiàn)吸收操作的設(shè)備。按氣液相接觸形態(tài)分為三類。第一類是氣體以氣泡形態(tài)分 散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、攪拌鼓泡吸收塔；第二類是液體以液滴狀分散在氣相中 的噴射器、文氏管、噴霧塔；第三類為液體以膜狀運動與氣相進行接觸的填料吸收塔和降膜 吸收塔。塔內(nèi)氣液兩相的流動方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收劑以塔頂加 入自上而下流動，與從下向上流動的氣體接觸，吸

13、收了吸收質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的 氣體從塔頂排出。 （一一）基基本本要要求求 工業(yè)吸收塔應(yīng)具備以下基本要求： 1塔內(nèi)氣體與液體應(yīng)有足夠的接觸面積和接觸時間。 2氣液兩相應(yīng)具有強烈擾動，減少傳質(zhì)阻力，提高吸收效率。 3操作范圍寬，運行穩(wěn)定。 4設(shè)備阻力小，能耗低。 5具有足夠的機械強度和耐腐蝕能力。 6結(jié)構(gòu)簡單、便于制造和檢修。 （二）吸收塔填料（二）吸收塔填料 1 1、散散裝裝填填料料 2 2、規(guī)規(guī)整整填填料料 二、填料的性能評價二、填料的性能評價 1填料的幾何特性 填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料因子等，是評價填料性能的基本參數(shù)。 （1）比表面積單位體積填料的填料表面積稱

14、為比表面積，以a表示，其單位為 m2/m3。 試題和教育8 填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評價填料性能優(yōu)劣的 一個重要指標。 （2）空隙率單位體積填料中的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其單位為 m3/m3，或以%表示。 填料的空隙率越大，氣體通過的能力越大且壓降低。 因此，空隙率是評價填料性能優(yōu)劣的又一重要指標。 （3）填料因子填料的比表面積與空隙率三次方的比值，即a/e 3，稱為填料因子，以f表示， 其單位為 1/m。填料因子分為干填料因子與濕填料因子，填料未被液體潤濕時的a/e3稱為干 填料因子，它反映填料的幾何特性；填料被液體潤濕后，填料表面覆蓋了一層液

15、膜，a和e 均發(fā)生相應(yīng)的變化，此時的a/e 3稱為濕填料因子，它表示填料的流體力學性能，f值越小， 表明流動阻力越小。 （4）規(guī)整填料 選擇填料材質(zhì) 選擇填料材質(zhì)應(yīng)根據(jù)吸收系統(tǒng)的介質(zhì)以及操作溫度而定，一般情況下，可以 選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對于腐蝕性介質(zhì)應(yīng)采用相應(yīng)的抗腐蝕性材料，如陶瓷，塑料， 玻璃，石墨，不銹鋼等，對于溫度較高的情況，應(yīng)考慮材料的耐溫性能。 填料的選擇尤為重要，所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求,又要使設(shè)備投資和操作費用 較低但各種填料的結(jié)構(gòu)差異較大，具有不同的優(yōu)缺點，因此在使用上應(yīng)根據(jù)具體情況選擇不 同的塔填料。在選擇塔填料時，應(yīng)該主要考慮如下幾個問題： (1) 填料的類

16、型選擇 此處選擇是整個設(shè)計的關(guān)鍵，選擇的不同會直接影響整個操作過程，填料的選擇就成為 人們非常關(guān)注的，不僅要考慮分離效率，還要確保有較高的傳質(zhì)效率。其中填料層壓降是填 料的主要性能，填料層壓降越低，能力消耗就越少，從而很大的減少成本造價以及操作費用， 這樣有利于操作生產(chǎn)。 (2) 填料尺寸的選擇 散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公稱直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 DN16、DN25、DN38、DN50、DN76 等幾種規(guī)格。同類填料尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加， 通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不 良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔

17、徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定 可以選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對于腐蝕性介質(zhì)應(yīng)采用相應(yīng)的抗腐蝕性材料，如陶瓷， 塑料，玻璃，石墨，不銹鋼等，對于溫度較高的情況，應(yīng)考慮材料的耐溫性能。 水吸收二氧化硫氣體操作溫度劑操作壓力較低，本設(shè)計綜合考慮以上因素采用直徑 38 mm 的聚丙烯空心小球（質(zhì)量為 0.35 g/個，密度為 160 kg/m3）做填料。 2.42.4 吸收劑再生的選擇吸收劑再生的選擇 依據(jù)所用的吸收劑不同可以采用不同的再生方法，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。 （一）減壓再生（閃蒸） 試題和教育9 吸收劑的減壓再生是最簡單的吸收劑再生方法之一。在吸

18、收塔內(nèi)，吸收了大量溶質(zhì)后的 吸收劑進入再生塔并減壓，使得溶入吸收劑中的溶質(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行，若采 用減壓再生，那么解吸操作需在真空條件下進行，則過程可能不夠經(jīng)濟。 （二）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解吸溫度，因而，該方 法最適用于常溫吸收或在接近于于常溫的吸收操作，否則，若吸收溫度較高，則再生溫度必 然更高，從而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸汽作為加熱介質(zhì)，加熱方法可以依 據(jù)

19、具體情況采用直接蒸汽加熱或采用緝間接蒸汽加熱。 （三）氣提再生 氣提再生是在再生塔的底部通入惰性氣體，使吸收劑表面溶質(zhì)的分壓降低，使吸收劑得 以再生。常用氣提氣體是空氣和水蒸氣。 由于本設(shè)計是在常壓下進行氣體吸收，并且吸收氣體是由礦石焙燒爐中放出，則可以利 用其熱量進行加熱再生。 2 2. .5 5 操操作作參參數(shù)數(shù)的的選選擇擇 吸收塔的操作參數(shù)主要指操作壓力和操作溫度。 一、操作壓力 對于物理吸收,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)濟性角度看

20、是不合理的,因而若在前一道工序的壓力參數(shù)下 可以進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作壓力。 對于化學吸收,若過程由質(zhì)量傳遞過程控制,則提高操作壓力有利,若為化學反應(yīng)過程控制,則 操作壓力對過程的影響不大,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,對減小塔徑仍然是有利的。 對于減壓再生(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。 二、二、操作溫度 對于物理吸收而言,降低操作溫度,對吸收有利。但低于環(huán)境溫度的操作溫度因其要消耗 大量的制

21、冷動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。對于特殊條件的 吸收操作必須采用低于環(huán)境的溫度操作。 對于化學吸收,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學反應(yīng)的性質(zhì)而定,既要考慮溫度對化學反應(yīng)速度常數(shù)的影 響,也要考慮對化學平衡的影響,使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度。 對于再生操作,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再生。 試題和教育10 三、吸收塔的工藝計算三、吸收塔的工藝計算 3 3. .1 1 基基礎(chǔ)礎(chǔ)物物性性數(shù)數(shù)據(jù)據(jù) 3.1.13.1.1 液相物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù) 對低濃度吸收過程，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【1】查得，20時 水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度為

22、 kg/m32 .998 L 粘度為 Pas=3.6 kg/(mh)0. 001 L 表面張力為 2 940896kg/hdyn/cm 6 . 72 L SO2在水中的擴散系數(shù) hmscmDL/1029 . 5 /1047 . 1 2625 3.1.23.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 75.302995.006.6405.0yiMiMvm 密度 3 /257 . 1 298314 . 8 75.303 .101 mkg RT pMvm vm 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得 20時空氣的粘度為 hmkgspa v /065 . 0 1081 . 1 5

23、 SO2 在空氣中的擴散系數(shù)為 hmscmDv/039 . 0 /108 . 0 22 3.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)氣液相平衡數(shù)據(jù) 常壓下 SO2 的亨利系數(shù)【2】 kPaE 3 1055. 3 相平衡常數(shù)為 04.35 3 . 101 1055 . 3 3 P E m 溶解度系數(shù)為 試題和教育11 0526 . 0 02.181055 . 3 2 . 998 3 s L EM H 3.23.2 物料衡算物料衡算 進塔氣相摩爾比為 0526 . 0 05 . 0 1 05 . 0 y1 y Y 1 1 1 出塔氣相摩爾比為 00263. 0)95 . 0 1 (0526 . 0 )1 (YY A

24、12 進塔惰性氣相流量為 h/Kmol034.202)05 . 0 1 ( 25273 273 4 . 22 5200 V 根據(jù)低濃度吸收平衡關(guān)系，最小液氣比可用下式計算 2 1 21 min Y m Y YY V L 對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為 0X2 29.33 004.350526 . 0 00263 . 0 0526 . 0 V L min 最小液流量為 V29.33Lmin 又設(shè)計要求為吸收劑用量的 1.5 倍，即 h/Kg995.181795 h/Kmol568.10088034.20229.335 . 1L5 . 1L min 3.33.3 湍球塔工藝尺寸的計算湍球塔工藝

25、尺寸的計算 3.3.13.3.1 塔徑塔徑 塔內(nèi)臨界氣速 Uk 可按下式設(shè)計計算【3】 3 sv0 k 0 V 2gdS U 1S 式中 d小球直徑 m 試題和教育12 -小球密度 Kg/m3 s -氣體密度 Kg/m3 v -阻力系數(shù) S0 -擋板空隙率 則 3 K 29. 810. 038 1601. 2570. 4 U 12. 01. 257 10. 4 0. 915 ms 操作氣速 u 可取 1.53.0Uk ，設(shè)取 k u3U30. 9152. 745m/ s 2 uD V 4 5200 3600 D0. 67m 2. 745 4 因此圓整塔徑設(shè)計為 700mm 3.3.23.3.2

26、 填料數(shù)據(jù)計算和支撐板結(jié)構(gòu)填料數(shù)據(jù)計算和支撐板結(jié)構(gòu) 湍球塔的塔板間間距（即支撐板與限位板間的距離，也是吸收區(qū)的有效高度）應(yīng)使小球的 自由運動有足夠高度，而不使其撞擊限位板。一般選用 10001500mm 范圍內(nèi)，氣速較大時可 以取上限，氣速小時可以取下限。壓力較高時，板間距可以小些，如氣速較大而小球、相對 密度較小時，板間距可以取大于 1500m。 一、靜止床層高度 Z0 靜止床層高度是湍球塔的一個重要參數(shù)。塔的壓降、傳質(zhì)系數(shù)大小都與之有關(guān)。當 Z0/D1 時，則易產(chǎn)生節(jié)涌和溝流現(xiàn)象。另外，Z0超過接觸區(qū)的 50%時，失去了湍球塔的作用。一 般靜止床層高度取接觸區(qū)的 1240%。因此本設(shè)計取靜

27、止床層高度為 0.3m。且 符合的條件【4】。 0 H0. 3 0. 428 D0. 7 = 0 H 1 D 二、孔隙率和裝球數(shù) 湍球塔的裝球數(shù)及床層壓降的計算都需知道孔隙率，床層的孔隙率與 D/d 的變化有一定的 聯(lián)系【5】。當 D/d12 時，孔隙率取 0.4，當 D/d12 時，孔隙率取 0.45。 根據(jù)孔隙率可以求出裝球數(shù) n 2 0 3 D H3 n1 2d 式中: D-塔徑 mm 試題和教育13 d-球徑 mm H0-靜止床層高度 mm -床層平均空隙率 n-裝球數(shù) 個 則 個 2 3 3700300 n10. 42411 238 三、板間距計算 板間距離要使小球自由湍動有足夠的高

28、度，而不至于撞擊頂部篩板，一般取靜止高度的 2.55 倍。本設(shè)計取 5 倍，即 0 H5H =50. 3=1. 5m 因此，由于本設(shè)計要求氣速不大，壓力為常壓，設(shè)計板間距為 1.5m。 四、支撐板的選擇 支撐板則選用圓形小孔篩板，小孔呈正三角形，開孔率為 40%。 3.43.4 填料層高度填料層高度 湍球塔內(nèi)湍球越多，靜止床層高度越高，塔的阻力也越大。靜止床層高度越高，在兩層 篩板間距固定的情況下，湍球易達到泛點狀態(tài)。而當 H0超過篩板間距的 50%以后，則失去湍 球塔的特性，而與其他填料塔相似，即隨其他速度的增大，壓力也急劇地升高。在設(shè)計計算 時，靜止床層高度 H0與塔徑 D 之比大于 1

29、時，易發(fā)生節(jié)涌和溝流現(xiàn)象。在滿足 H0/D1 的條件 下，一般 H0=0.150.4H，若所需 H0超過上述比例時需采用多層床層。 0385 . 0 0011 . 0 3504 . 0 mXY 1 * 1 0mXY 2 * 2 脫吸因數(shù)為 7017 . 0 568.10088 034.20204.35 L mV S 氣相傳質(zhì)單元數(shù)為 36 . 6 7017 . 0 00263 . 0 0526 . 0 7017 . 0 1ln 7017 . 0 1 1 S YY YY S1ln S1 1 N * 22 * 21 OG 氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算 2 . 0 tLL 2 L 05

30、 . 0 2 L t 2 L 1 . 0 Lt L 75 . 0 L c t w U g UU 45 . 1 exp1 表表 3-13-1 常見材質(zhì)的臨界表面張力值常見材質(zhì)的臨界表面張力值【1】 試題和教育14 材 質(zhì) 碳 瓷 玻 璃 聚丙烯 聚乙烯 銅 表面張力 mN/m 56 61 73 33 40 75 由表 3-1 得 2 c h/kg427680m/mN33 又 液體質(zhì)量流量 2 L2 10088. 56818. 02 U472627. 05kg /m h 0. 7850. 7 則 0. 10. 05 0. 75 22 0. 2 w 28 t 427680472627. 054726

31、27. 05158472627. 05 1exp1. 45 9408961583. 6998. 2940896156998. 21. 2710 0. 6058 氣膜吸收系數(shù) RT D D U 237 . 0 k V 31 vV V 7 . 0 Vt V G 氣體液相質(zhì)量流量為 2 V2 52001. 257 U16993. 11kg /m h 0. 7850. 7 0. 71 3 G 2 16993. 110. 0651580. 039 k0. 237 1580. 0651. 2570. 03498. 314293 0. 1179km ol / (m hkpa) 液膜吸收系數(shù)由下式計算 2 3

32、1 2 1 3 LLL L wLLLL 1 2 3 82 1 3 6 Ug k0. 0095 D 472627. 053. 63. 61. 2710 0. 0095 0. 5921583. 6998. 2998. 25. 2910 2. 998m/ h 表表 3-23-2 常見填料的形狀系數(shù)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) 值 0.72 0.75 1 1.19 1.45 由 , 查表 3-2 得 1 . 1 wGGa kk 試題和教育15 72. 0 則 1. 1 G aGw 1. 1 3 kk 0. 11790. 60581580. 72 7. 866km

33、ol / (m hkpa) 0. 4 LaLW 0. 4 kk 2. 9980. 60581580. 72 1 251. 62 h 操作氣速 2 5200 3600 u3. 7552m/ s 0. 7850. 7 u3. 37m/ s 臨 又 1. 4 G aG a 1. 4 2 u k19. 50. 5k u 3. 7552 19. 50. 57. 866 3. 37 45. 642km ol / (m hkpa) 臨 = 2. 2 LaLa 2. 2 u k12. 60. 5k u 3. 7552 12. 60. 5251. 62 3. 37 1 475. 5745 h 臨 G a G a

34、La 2 1 K 11 kH k 1 11 45. 6420. 0156475. 5745 6. 3816km ol / (m hkpa) 試題和教育16 由 O G2 YaG a VV202. 034 H kakp6. 3816101. 30. 7850. 7 0. 812m 由 O GO G ZH N0. 8126. 365. 16m 則 Z1. 25. 166. 19m= 因此，設(shè)計取填料高度為 6.0m，即分為 4 段。 表表 3-33-3 設(shè)計裝置參數(shù)匯總設(shè)計裝置參數(shù)匯總 項目參數(shù) 處理煙氣量 噴淋量 塔徑 靜止床層高度 塔板間距 段數(shù) 支撐板結(jié)構(gòu) 除霧器 填料球規(guī)格 5200 m3

35、/h 10088.568 kmol/h 0.7m 0.3m 1.5m 4 圓形小孔篩板，小孔呈正三角形，開孔率為 40% 38mm，聚丙烯，3g/個，160kg/ m3 3.53.5 流體力學計算流體力學計算 3.5.13.5.1 各階段工況氣速的計算各階段工況氣速的計算【6】 【6】 1、最小流化速度 s/m15 . 9 26.1521026.152038 . 0 2 . 99810903 . 4 257 . 1 1604 . 01038 . 0 3 . 11 G10Gd10903 . 4 1d 3 . 11U 5 . 004788 . 0 719. 0568 . 0 5 2 . 1 5 .

36、 0 ;L 04788 . 0 719 . 0 L 568 . 0 L 5 vs0 2 . 1 mf 式中 d小球直徑 m -小球密度 kg/m3 s -氣體密度 kg/m3 v -液體密度 kg/m3 L GL -單位截面流體質(zhì)量流量 kg/(m2 s) ) sm/(kg26.152 65 . 0 785 . 0 3600 568.10088L G 2 2 L 潤濕的填料球的臨界流化速度 U臨（當液流的 R=0）kmol/h 2 . 2 33 . 0 L S 0v v d 005 . 0 S142 dU 臨 式中 d小球直徑 m 試題和教育17 -小球密度 kg/m3 s -氣體密度 kg/

37、m3 v -液體密度 kg/m3 L -氣體的粘度 kg/m.s v S0 -擋板空隙率 2、臨界氣速 s/m953 . 1 257 . 1 038 . 0 /108055 . 1 038 . 0 005 . 0 2 . 998 160 4 . 0142 d/ d 005 . 0 S142U 52 . 2 33 . 0 vv 2 . 2 33 . 0 L S 0 臨 3、作為穿流塔板的篩板開始穩(wěn)定操作的氣速 UT -1S - e185 . 0 U 0 V VL H875 . 0 T 臨 式中 -背流過的液體占去的孔的截面比率 3 P 2 L V 2 3 P 2 L V 2 1 G L 1 1

38、G L H0-球?qū)屿o態(tài)高度 -液體流量系數(shù)， =0.62 -以氣體孔速計的平板阻力 p p 2 0 p S 又 =4 則 p 64. 044 . 0 2 p 則 613 . 0 64 . 0 62 . 0 1 2 . 998 257 . 1 4 . 6536 995.181795 1 64 . 0 62 . 0 1 2 ,998 257 . 1 4 . 6536 995.181795 3 2 2 3 2 2 s/m396 . 0 3 61 . 0 14 . 0 257 . 1 257 . 1 2 . 998 e185 . 0 U 3 . 0875 . 0 T 4、開始擴展時的氣速 U展 試題和

39、教育18 8 1 L V 41 L 64 . 0 L s5 . 1 0 v 2 G L 4 gS8 aU ln 臨 式中 a-填料球的比表面積 a=158 3 2 m m 3 2 m m g-重力加速度 81 25. 0 . 4.60 .51 2 2 . 998 257 . 1 4 . 6536 95.9181795 4 2 . 998 .2998 160 .401.898 57.21158U ln 臨 s/m575.70U 臨 5、開始液泛時的氣速 H6.11 hH-1-H UU 0 0臨臨 臨 臨 式中 -靜態(tài)干球?qū)涌紫堵?=0.4【3】 0 0 -篩板上球?qū)娱g持液之和折算的清夜層高度 臨

40、 h L 1K L V 2 P G L Ch 臨 臨 取球?qū)右夯c至球?qū)娱_始擴散計算 則 C=0.65 k= - 0.8 即 998.2 P .2998 57.21 .46536 95.9181795 5.60h .202臨 臨 又 2 2 0s v 2 p mkg48.29 4 . 011603 . 0 81 . 9 2 257 . 1 632 . 1 4 S1H g2 u PPP 臨 臨臨臨 所以 =0.019 臨 h m/s7.33 1.406.11 19.00.30.4011 53.91U 臨 試題和教育19 3.5.23.5.2 球?qū)訅毫登驅(qū)訅毫礟P 臨臨臨 臨臨 PPP PPP

41、 式中 -氣體通過干塔的壓力降 臨 P -氣體通過篩板上和球?qū)娱g持液的壓力降 臨 P -氣體通過干板的壓力降 臨 P -氣體通過干球?qū)拥膲毫?臨 P L 0s v 2 p hP 1HP g2 U P 臨臨 臨臨 臨 則 2 m/kg446.48 2 . 998019 . 0 48.29PPP 臨臨 3.5.33.5.3 球?qū)訑U展階段時的膨脹高度球?qū)訑U展階段時的膨脹高度 () 00液 膨 1Hh H 1 + = 4373 . 0 953 . 1 632 . 1 .406.11 U U 16 . 1 33 . 0 3.30 0 臨 臨 m35365 . 0 4373 . 0 1 019. 0.3

42、0.401 H 臨 3 3. .6 6 湍湍球球塔塔的的輔輔助助結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 3.6.13.6.1 支承板及檔網(wǎng)支承板及檔網(wǎng) 支承板的作用是支承球體，它可用柵板或孔板，其自由截面率最好在 15%60%左右。為了 防止小球損壞或卡住、柵縫寬或篩孔直徑不應(yīng)大于球徑的 2/3。檔網(wǎng)的作用是防止小球被氣流 帶走，可作成編織網(wǎng)或柵板、條狀以及篩板等，要求開孔率盡可能大。 篩板在塔內(nèi)除了支托填料球和分布氣體之外，還起穿流塔板的作用。篩板設(shè)計的好壞直 接影響床層的正常操作。 試題和教育20 開孔率是很總要的設(shè)計參數(shù)，其大小或者說氣體孔速的大小，可控制球在各階段的運動 狀態(tài)。在系統(tǒng)壓力降和操作范圍允許的條件下，盡

43、可能取開孔率 S0=3050%。S0過大，孔的間 距愈小，氣流將互相干擾，影響篩板篩板上的氣液接觸。從傳質(zhì)研究結(jié)果來看，在一定程度 下 S0越大，效率越差尤以氣膜控制為甚。S0過小將增大P，生產(chǎn)能力亦相應(yīng)降低。 本設(shè)計綜合考慮各因素，選用圓形小孔篩板，小孔呈正三角形，開孔率為 40%的塔板。 3.6.23.6.2 除沫器除沫器 除沫器主要是由絲網(wǎng)、絲網(wǎng)格柵組成絲網(wǎng)塊和固定絲網(wǎng)塊的支承裝置構(gòu)成，絲網(wǎng)為各種材 質(zhì)的氣液過濾網(wǎng)，氣液過濾網(wǎng)是由金屬絲或非金屬絲組成。除霧器種類很多，常見的有折板 除沫器、絲網(wǎng)除沫器、旋流板除沫器等。除沫器一般多選用旋流板為宜，如果要求嚴格或情 況特殊，可選用旋風分離器。

44、 由于本設(shè)計氣流量不太大，因此選用旋流板除沫器。 3.6.33.6.3 液體分布器液體分布器 液體在填料塔頂噴淋的均勻狀況是提供塔內(nèi)氣液均勻分布的先決條件，也是使填料達到 預(yù)期分離效果的保證。為此，分布器設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點： （1） 、為保證液體在塔截面上均布，顆粒型（散裝）填料的噴淋點數(shù)為 4080 個/m2（環(huán)形 填料自分布性能差應(yīng)取高值） ，此外，為減少壁流效應(yīng)，噴淋孔的分布應(yīng)使近塔壁 520 區(qū)域內(nèi)的液體流量不超過總液量的 10。 （2） 、噴淋孔徑不宜小于 2，以免引起堵塞，孔徑也不宜過大，否則液位高度難維持穩(wěn)定。 液體分布器有以下幾種形式: 1. 多孔型液體分布器 多孔型液體分布

45、器系借助孔口以上的液層靜壓或泵送壓力使液體通過小孔注入塔內(nèi)。 2. 直管式多孔分布器 根據(jù)直管液量的大小，在直管下方開 24 排對稱小孔，孔徑與孔數(shù)依液體的流量范圍確 定，通常取孔徑 26，孔的總面積與及進液管截面積大致相等，噴霧角根據(jù)塔徑采用 30 或 45，直管安裝在填料層頂部以上約 300。其突出的特點就是結(jié)構(gòu)簡單，供氣體流動的 自由截面大，阻力小，但小孔易堵塞，操作彈性一般較小。 此形分布器對液體的均布要求不高的場合。根據(jù)要求，也可以采用環(huán)形管式多孔分布器。 3. 排管式多孔分布器 支管上孔徑一般為 35，孔數(shù)依噴淋點要求決定。支管排數(shù)、管心距及孔心距依塔徑和 液體負荷調(diào)整。一般每根支

46、管上可開 13 排小孔，孔中心線與垂直線的夾角可取 15、 22.5、30或 45等，取決于液流達到填料表面時的均布狀況。主管與支管直徑由送液推 動力決定，如用液柱靜壓送液，中間垂直管和水平主管內(nèi)的流速為 0.20.3m/s，支管流速取 試題和教育21 為 0.150.2m/s；采用泵送液則流速可提高。 4. 槽式液體分布器 槽式液體分布器是由分流槽，分布槽構(gòu)成的。適合于大氣液負荷及含有固體懸浮物，粘 度大的液體的分離場合，應(yīng)用范圍廣很為先進。 性能優(yōu)良的液體分布器設(shè)計時必須滿足：液體分布均勻，分布點密度（見下表 3-4） ，以及 分布點的排列均勻性和 操作彈性大，自由截面積大 等方面要求。

47、大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點密度越??；液體噴淋密度越小，分布點密度越大。對于 散裝填料，填料尺寸越大，分布點密度越小。 布液孔數(shù)布液孔數(shù) 分布點密度計算【7】 由于該塔的塔徑較小，且表面積較大 132.5應(yīng)該選擇較大分布點密度按 Ecket 3 2 mm 的散裝填料塔分布點密度推薦，噴淋點密度為 170大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點密度 2 m點 越?。灰后w噴淋密度越小，分布點密度越大。對于散裝填料，填料尺寸越大，分布點密度越 小。表 3-1 列出了散裝填料塔的分布點密度推薦值 布液點數(shù)為 2 n0. 7850. 717065. 3966 按 Eckert 建議值,常用填料的噴淋點數(shù)為： 400

48、Dmm 2 時 每30cm塔截面積設(shè)一個噴淋點 750Dmm 2 時 每60cm塔截面積設(shè)一個噴淋點 .1200Dmm 2 時 每240cm塔截面積設(shè)一個噴淋點 本設(shè)計為：二級槽共設(shè)五道，在槽側(cè)面開孔，槽寬為 60mm，槽高度為 200mm，兩槽中心距離 為 120mm。分布點采用三角行排列。 由多孔型布液裝置的布液能力的計算公式計算孔徑 取 液層高度gh2nd 4 L 2 0s 65. 0160hmm 則 1 21 2 s 0 4L4181795. 995 / (998. 23600) d0. 0303m30m m n2gh3. 14660. 65 29. 810. 16 即設(shè)計取 d0=3

49、3mm。 兩孔間距離為 65mm,槽寬 65mm，槽高為 200mm，兩槽中心距離 130mm. 3.73.7 填料塔附屬高度計算填料塔附屬高度計算 1. 塔的頂部空間高度 試題和教育22 為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，塔上部空間高度可取 1200mm-1500mm,此處取 1.2m 塔底液相停留時間為 1min 考慮，則塔釜所占空間高度為 m915 . 0 2 . 99865 . 0 785 . 0 3600 995.181795601 h 2 1 考慮到氣相接管所占的空間高度,底部空間高度可取 1.5m，所以塔的附屬高度可以取 2.7m, 取液體分布器高度為 0.7m。 因此塔的總高

50、為 2.7+6=8.7m。 3.83.8 湍球塔的流體力學參數(shù)計算湍球塔的流體力學參數(shù)計算 3.8.13.8.1 全塔壓降全塔壓降 由 3.5 可知填料層壓降 48.446kg/m2 ,即 475.26Pa. 氣體進出口壓降:取氣體進出口接管的內(nèi)徑為 3500mm,則氣體的進出口流速為 s/m02.15 35 . 0 14. 33600 52004 u 2 則進口壓強為 （突然擴大 =1） Pa36.14205.15257 . 1 2 1 u 2 1 p 22 1 出口壓強為 （突然縮小 =0.5） Pa89.7802.15257 . 1 5 . 05 . 0u 2 1 5 . 0p 22 2

51、 其他塔內(nèi)件壓降總和為較小，在此處可以忽略P 所以吸收塔總壓降為 Pa50.69689.7836.14226.475pppPp 21 3.8.23.8.2 氣體動能因子氣體動能因子 吸收塔內(nèi)氣體動能因子為 5 . 0 v )m/kg( s/m88 . 4 257 . 1 355 . 4 uF 氣體動能因子在常用的范圍內(nèi)。 3.93.9 附屬設(shè)備的計算和選擇附屬設(shè)備的計算和選擇 3.9.13.9.1 接管尺寸的計算舉例接管尺寸的計算舉例 氣體進、出口管口氣體進、出口管口 試題和教育23 氣體進口要能防止液體淹沒氣體通道。對于以下的塔，管的末端可做成向下的喇mm1 . 1 叭行擴大口。 氣體出口要

52、能防止液滴的帶出和積聚，可采用同氣體進口結(jié)構(gòu)相似的開口向下的引出管， 或者在出口接管之前加裝除沫擋板或加裝一開口向上的分離貸囊。 氣體管徑的計算氣體管徑的計算 s/m444 . 1 hm5200W 33 v 常壓塔氣體進出口管氣速可取 sm/2010 取 15/um s v v 4W41. 444 d0. 35m u3. 1415 圓整直徑用的 熱軋無縫鋼管【8】 3779. 0m m v2 2 v1. 444 u14. 273m/ s 0. 7850. 359 d 4 液體進、出管口液體進、出管口 液體的進口多是直接通向噴淋裝置，其結(jié)構(gòu)需按噴淋裝置的要求而定。 液體的出口裝置應(yīng)該便于液體的排

53、放，不易阻塞，而且又能將塔設(shè)備的內(nèi)部與外部大氣隔 離。 液體管徑的計算 s/m05057 . 0 h/kmol568.10088L 3 一般液體在管中的流速為sm/35 . 0 取smu/0 . 2 2 mm179m179 . 0 214 . 3 05057 . 0 4 u L4 dL 圓整直徑用的熱軋無縫鋼管【8】2196. 0m m 則管內(nèi)流速為 2 0. 05057 u1. 503m/ s 0. 7850. 207 本設(shè)計中填料塔有多處接管，在此分別以液體進料管和氣體進料管的管徑計算為例進行 說明。 3.9.23.9.2 離心泵的選擇和計算離心泵的選擇和計算 計算過程如下 由 3.5.1 可知，所選管為熱軋無縫鋼管2196. 0m m 試題和教育24 則雷諾數(shù) 5 e L du0. 3591. 5034998. 2 R5. 927710 0. 001 0. 25 0. 3164 / R0. 0114 局部阻力損失：三個標準截止閥全開 ; 1 3 6.419.2 三個標準 90彎頭 2 3 0.