課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)處理量為2450m3爐氣吸收過(guò)程填 料吸收塔設(shè)計(jì)

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué) 本科生課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目：處理量為處理量為 2450m3/h 爐氣吸收過(guò)程填爐氣吸收過(guò)程填 料吸收塔設(shè)計(jì)料吸收塔設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：張俊 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 目目 錄錄 摘摘 要要.錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 第一章第一章 緒論緒論.錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 1.1 氣體吸收的概述 .錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 1.2 化學(xué)工業(yè)中，吸收的意義.錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 1.3 吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用.錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 1.4 影響吸收過(guò)程因素的分析.錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 第二章第二章 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案.錯(cuò)誤！未定

2、義書(shū)簽。 2.1 吸收劑的選擇 .錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 2.2 吸收流程的選擇 .錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 2.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇 .錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 2.4 操作參數(shù)的選擇 .錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 第三章第三章 吸收塔的工藝計(jì)算吸收塔的工藝計(jì)算.6 3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù).6 3.1.1 液相物性數(shù)據(jù) .6 3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù).6 3.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù).6 3.2 物料衡算.7 3.3 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算.8 3.3.1 塔徑的計(jì)算.錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 3.3.2 傳質(zhì)單元高度計(jì)算.10

3、3.3.3 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算.12 3.3.4 填料層高度.13 3.4 填料層壓降的計(jì)算 .13 3.5 塔附屬高度的計(jì)算 .14 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).15 致致 謝謝.20 內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一、教學(xué)要求一、教學(xué)要求 課程設(shè)計(jì)是對(duì)課程內(nèi)容的應(yīng)用性訓(xùn)練環(huán)節(jié)，是學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行階段性的單體設(shè)備 或單元設(shè)計(jì)等方面的專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練過(guò)程，也是對(duì)理論教學(xué)效果的檢驗(yàn)。通過(guò)這一環(huán)節(jié)使學(xué)生在查 閱資料、理論計(jì)算、工程制圖、調(diào)查研究、數(shù)據(jù)處理等方面得到基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn) 用理論知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力 二、設(shè)計(jì)資料及參數(shù)二、設(shè)計(jì)資料及參數(shù) 本設(shè)計(jì)任務(wù)為用水吸收 so2常壓填料塔。 礦石焙燒爐

4、送出的氣體冷卻到 25后送至填料塔中，用 20清水洗滌以除去其中的 so2。 設(shè)計(jì)條件如下： 進(jìn)塔爐氣流量： 2450m3/h； 混合氣： （空氣、so2氣體） ； so2氣體含量： 0.05（摩爾分率） ； so2氣體回收率： 95%； 操作壓強(qiáng)： 常壓操作； 吸收過(guò)程可視為等溫吸收過(guò)程。 試根據(jù)上述工藝條件作出填料吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。 三、設(shè)計(jì)要求及成果三、設(shè)計(jì)要求及成果 1. 進(jìn)行填料吸收塔的工藝設(shè)計(jì)； 2. 各主要管路管道的選取和泵的選取 ； 3. 編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 四、進(jìn)度安排四、進(jìn)度安排 時(shí) 間設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容備 注 10.24 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)方案的確定 10.25-10.28 工藝過(guò)程

5、的設(shè)計(jì)計(jì)算 10.29-10.30 主要設(shè)備的設(shè)計(jì) 11.01-11.02 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì) 11.03-11.06 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 五、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)五、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 化工原理課程設(shè)計(jì)考核主要依據(jù)平時(shí)學(xué)生設(shè)計(jì)過(guò)程的表現(xiàn)，包括出勤情況、獨(dú)立完成 設(shè)計(jì)的情況、設(shè)計(jì)進(jìn)度是否按要求進(jìn)行、設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)新、有關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容的小測(cè) 試等多方位的考核方式。課程設(shè)計(jì)總評(píng)定依據(jù)如下： 平時(shí)設(shè)計(jì)表現(xiàn) 20%；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)質(zhì)量 80%。 成績(jī)?cè)u(píng)定按五級(jí)記分制，分為優(yōu)、良、中、及格、不及格 6 6、建議參考資料建議參考資料 1.化工原理（上、下冊(cè)） ，夏清 ，天津大學(xué)出版社 2.化工原理課程設(shè)計(jì) ，自編講義 3.化工原理課程設(shè)計(jì)

6、，柴誠(chéng)敬，天津科學(xué)技術(shù)出版社 4.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，董大勤，化學(xué)工業(yè)出版社 5.化工設(shè)計(jì)，張穎，內(nèi)蒙古大學(xué)出版社 6.塔設(shè)備，化學(xué)工業(yè)出版社 摘摘 要要 吸收操作是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度 不同而達(dá)到分離的目的。二氧化硫有強(qiáng)烈的刺激性氣味對(duì)于人體健康和大氣環(huán)境都會(huì)造成破 壞和污染，本次化工原理課程設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用填料吸收塔吸收的方法來(lái)凈化 含有二氧化硫的工業(yè)尾氣，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸 部件的形式，可以分為填料塔和板式塔。用于吸收的設(shè)備類(lèi)型很多，如填料塔、板式塔、鼓

7、泡塔和噴灑塔等。板式塔屬于逐級(jí)接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作。 設(shè)計(jì)中采用填料塔進(jìn)行吸收操作是因?yàn)樘盍峡梢蕴峁┚薮蟮臍庖簜髻|(zhì)面積而且填料表面 具有良好的湍流狀況，從而使吸收過(guò)程易于進(jìn)行，而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能力 大、分離效率高、壓力降小、操作彈性大、持液量、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)，從而 可以使吸收操作過(guò)程節(jié)省大量人力和物力。 本設(shè)計(jì)是利用填料塔來(lái)吸收 so2 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：塔設(shè)備 填料塔 吸收 so2 第第 1 1 章章 緒論緒論 1 11 1 吸收技術(shù)概況吸收技術(shù)概況 吸收塔設(shè)備是氣液接觸的傳質(zhì)設(shè)備，一般可分為級(jí)式接觸和微分接觸兩類(lèi)。一般級(jí)式接 觸采用氣相分散，設(shè)計(jì)采

8、用理論板數(shù)及板效率；而微分接觸設(shè)備常采用液相分散，設(shè)計(jì)采用 傳質(zhì)單元高度及傳質(zhì)單元數(shù)。本設(shè)計(jì)采用后者。 吸收是氣液傳質(zhì)的過(guò)程，應(yīng)用填料塔較多。而塔填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了塔 內(nèi)氣液兩相接觸而進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的表面，與塔的結(jié)構(gòu)一起決定了填料塔的性能1。 1 12 2 吸收設(shè)備的發(fā)展吸收設(shè)備的發(fā)展 吸收操作主要在填料塔和板式塔中進(jìn)行，尤其以填料塔的應(yīng)用較為廣泛。 塔填料的研究與應(yīng)用已獲得長(zhǎng)足的發(fā)展，鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、萊佛厄派克環(huán)、金屬環(huán)矩鞍等的 出現(xiàn)標(biāo)志著散裝填料朝高通量、高效率、低阻力方向發(fā)展有新的突破。規(guī)整填料在工業(yè)裝置 大型化和要求高分離效率的情況下，倍受重視，已成為塔填料的重要品種。其

9、中金屬與塑料 波紋板造價(jià)適中，抗污力強(qiáng)，操作性能好，并易于工業(yè)應(yīng)用，可作為通用填料使用；柵格填 料對(duì)液體負(fù)荷和允許壓降要求苛刻的過(guò)程十分有利，并具有自?xún)魴C(jī)能，即使應(yīng)用在污垢系統(tǒng) 也能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；脈沖填料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使之在大流量、大塔徑下也不會(huì)發(fā)生偏流，極易工 業(yè)放大，從發(fā)展上看很有希望。 塔填料仍處于發(fā)展之中，今后的研究方向主要是提高傳質(zhì)效率，同時(shí)考慮填料的強(qiáng)度、 操作性能及使用上的通用因素，并綜合環(huán)型、鞍型及規(guī)整填料的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)構(gòu)型優(yōu)越、 堆積接觸方式合理、流體在整個(gè)床層能均勻分布的新型填料。就目前看，填料的材質(zhì)仍以陶 瓷、金屬和塑料為主，特別為滿(mǎn)足化工生產(chǎn)中溫度和耐腐蝕的要求，以開(kāi)發(fā)并

10、采用了氟塑料 制成的填料。 填料塔原先被認(rèn)為設(shè)備笨重，放大效應(yīng)顯著，所以常用于塔徑較小的場(chǎng)合。近二三十年 來(lái)，填料塔得到了較大的發(fā)展，特別是氣液分布裝置上的改進(jìn)及規(guī)整填料的開(kāi)發(fā)，使塔的直 徑可超過(guò) 15m，在加大通量，減少壓力降，提高效率及降低能耗方面，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 填料塔的發(fā)展，與塔填料的開(kāi)發(fā)與研究是分不開(kāi)的，除了提高原有填料的流體力學(xué)與傳 質(zhì)性能 外，還開(kāi)發(fā)了不少效率高、放大效益小的新型填料，加上填料塔本身具有壓降小、 持液量小、耐腐蝕、操作穩(wěn)定、彈性大等優(yōu)點(diǎn)，使填料塔的開(kāi)發(fā)研究達(dá)到了一個(gè)新的高度1。 1 13 3 吸收過(guò)程在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用吸收過(guò)程在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 在化學(xué)工業(yè)

11、中，氣體吸收操作廣泛應(yīng)用于直接生產(chǎn)化工產(chǎn)品，分離氣體混合物，原料氣 的精制及從廢氣中回收有用組分或除去有害物質(zhì)等。尤其是從保護(hù)環(huán)境，防止大氣污染角度 出發(fā)，對(duì)廢氣中的 h2s、s0x、及 nox 等有害物質(zhì)吸收除去過(guò)程的開(kāi)發(fā)研究，有關(guān)著方面已提 出了不少新的方法，發(fā)表了不少論著與文獻(xiàn)。除此之外，地球化學(xué)、生物物理和生物醫(yī)藥工 程，也要應(yīng)用氣體吸收的理論及其研究成果。 工業(yè)上的氣體吸收過(guò)程，由于所用的吸收劑、吸收劑濃度、操作溫度與壓力、再生方法 等的不同，可能有各種不同的工藝流程。吸收過(guò)程可以在填料塔、板式塔、鼓泡塔、攪拌反 應(yīng)釜等設(shè)備中進(jìn)行。從傳質(zhì)角度講，吸收所用的是氣液接觸設(shè)備，應(yīng)增加氣液兩

12、相的接觸界 面，但在吸收過(guò)程中也可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此吸收設(shè)備與蒸餾設(shè)備及氣液反應(yīng)器都有許多 共同之處。 化學(xué)工業(yè)中的吸收操作，應(yīng)用于脫除 co2 及脫除 h2s 等裝置數(shù)目為最多，開(kāi)發(fā)研究也最 多。工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面： a 制取化工產(chǎn)品 （1）應(yīng)用 98%硫酸吸收 so3 制取 98%硫酸，應(yīng)用 20%發(fā)煙硫酸吸收 so3 制取 20%的發(fā)煙硫酸。 （2）應(yīng)用 93%硫酸脫除氣體中的水蒸氣以干燥氣體。 （3）用水吸收氯化氫制取 31%的工業(yè)鹽酸。 （4）用水吸收 no2 生產(chǎn) 50%-60%的硝酸。 （5）用水或 37%甲醛水溶液吸收甲醛制取福爾馬林溶液。 （6）氨水吸收 c

13、o2 生產(chǎn)碳酸氫銨。 （7）純堿生產(chǎn)中用氨鹽水吸收 co2 生成 nahco3。 （8）用水吸收異丙醇催化脫氫生產(chǎn)的丙酮。 b 分離氣體混合物 （1）油吸收法分離裂解氣。 （2）用水吸收乙醇氧化脫氫法制取的乙醛。 （3）用水吸收丙烯氨氧化法生產(chǎn)的丙烯腈。 （4）用醋酸亞銅氨液從 c4 餾分中提取丁二烯。 （5）用水吸收乙烯氧化制取的環(huán)氧乙烷。 c 從氣體中回收有用組分 （1）用硫酸從煤氣中回收氨生成硫銨。 （2）用洗油從煤氣中回收粗笨（b.t.x）。 （3）從煙道氣或合成氨原料氣中回收高純度 co2。 d 氣體凈化 （1）原料氣的凈化。其主要目的是清除后續(xù)加工時(shí)所不允許存在的雜質(zhì)，它們或會(huì)使催

14、化劑 中毒，或會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)而生成雜質(zhì)。例如，合成氨原料氣的脫 co2 和脫 h2s，天然氣、石油氣 和焦?fàn)t氣的脫 h2s 以及硫酸原料氣的干燥脫水等。 （2）尾氣、廢氣的凈化以保護(hù)環(huán)境。燃煤鍋爐煙氣、冶煉廢氣等脫 so2，硝酸尾氣脫除 nox，磷酸生產(chǎn)中除去氣態(tài)氟化物（hf）以及液氯生產(chǎn)時(shí)弛放氣中脫除氯氣等。 e 生化工程 生化技術(shù)過(guò)程中采用好氣性菌，發(fā)酵中需要大量的空氣以維持微生物的正常吸收和代謝，要 應(yīng)用空氣中的氧在水中的溶解（吸收）這一基本過(guò)程1。 第二章第二章 吸收方案吸收方案 2 21 1 吸收劑的選擇吸收劑的選擇 對(duì)于吸收操作,選擇適宜的吸收劑,具有十分重要的意義。其對(duì)吸收操作過(guò)程

15、的經(jīng)濟(jì)性有 著十分重要的影響。一般情況下,選擇吸收劑,要著重考慮如下問(wèn)題。 1.對(duì)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(duì)于減少過(guò)程功耗和再 生能量消耗十分有利。另一方面,在同樣的吸收劑用量下,液相的傳質(zhì)推動(dòng)力大,則可以提高 吸收效率,減小塔設(shè)備的尺寸。 2.對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性 對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性,即要求選用的吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度,而對(duì)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.揮發(fā)度要低 吸收

16、劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸氣壓,以避免吸收過(guò)程中吸收劑的損失,提高吸收過(guò) 程的經(jīng)濟(jì)性。 4.再生性能好 由于在吸收劑再生過(guò)程中,一般要對(duì)其進(jìn)行升溫或氣提等處理,能量消耗較大,因而,吸收 劑再生性能的好壞,對(duì)吸收過(guò)程能耗的影響極大,選用具有良好再生性能的吸收劑,往往能有 效地降低過(guò)程的能量消耗。 以上四個(gè)方面是選擇吸收劑時(shí)應(yīng)考慮的主要問(wèn)題,其次,還應(yīng)注意所選擇的吸收劑應(yīng)具有 良好的物理、化學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性。其良好的物理性能主要指吸收劑的粘要小,不易發(fā)泡,以保 證吸收劑具有良好的流動(dòng)性能和分布性能。良好的化學(xué)性能主要指其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性 和熱穩(wěn)定性,以防止在使用中發(fā)生變質(zhì),同時(shí)要求吸收劑盡可能

17、無(wú)毒、無(wú)易燃易爆性,對(duì)相關(guān) 設(shè)備無(wú)腐蝕性(或較小的腐蝕性)。吸收劑的經(jīng)濟(jì)性主要指應(yīng)盡可能選用廉價(jià)易得的溶劑。 工業(yè)上常選用水做二氧化硫的吸收劑。除了物理吸收可能還會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 2 22 2 吸收流程的選擇吸收流程的選擇 用水吸收 so2屬中等溶解度的吸收過(guò)程，為提高傳質(zhì)速率，選用逆流吸收過(guò)程。因用水 作為吸收劑，且 so2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)蹌?2 23 3 吸收塔設(shè)備及填料吸收塔設(shè)備及填料 各種填料的結(jié)構(gòu)差異較大，具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，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(shí)，應(yīng)該考慮如下幾個(gè)問(wèn)題： 1面積大 比表面積是指單位堆積體積填料所具有的表面積； 2布性能要好

18、主要有如下三個(gè)方面： a填料在塔內(nèi)裝填之后，整體結(jié)構(gòu)均勻。 b填料在塔內(nèi)堆放形狀應(yīng)有利于液體向四周均勻分布。 c減輕液體想避面偏流。 3填料的選擇 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，故此選用聚丙烯階梯環(huán)填料。38 n d 2 24 4 操作參數(shù)的選擇操作參數(shù)的選擇 礦石焙燒爐送出的氣體冷卻到 25后送至填料塔中，用 20清水洗滌以除去其中的 so2。 設(shè)計(jì)條件如下： 進(jìn)塔爐氣流量：2450m3/h； 混合氣： （空氣、so2氣體） ； so2氣體含量：0.05（摩爾分率） ； so2氣體回收率：95%

19、； 操作壓強(qiáng)：常壓操作； 吸收過(guò)程可視為等溫吸收過(guò)程。 第三章第三章 吸收塔的工藝計(jì)吸收塔的工藝計(jì)算算 3.13.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 3.1.13.1.1 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)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查得，20oc 時(shí)水 的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度為： 3 l /998.2mkg= 黏度 ：)./(6 . 3.001 . 0 lhmkgspa 表面張力為： 2 l /940896/ 6 . 72hkgcmdyn so2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為：dl=1.47 10-5cm2/s=5.29 10-6m2/h 3.1.23.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)氣相物

20、性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為： 75.302995 . 0 06.6405 . 0 iivm mym kmol kg 混合氣體的平均密度為： 3 /257. 1 298314 . 8 75.30 3 . 101 mkg rt pmvm vm 混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查手冊(cè)得 20oc 空氣的黏度為： )/(065 . 0 .1081 . 1 5 v hmkgspa 查手冊(cè)得 so2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為： d=0.108/s=0.039m2/h v 2 cm 3.1.33.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)氣液相平衡數(shù)據(jù) 由手冊(cè)查得。常壓下 20oc 時(shí)，so2在水中的亨利系數(shù)為： e=3k

21、pa 3 1055. 相平衡常數(shù)為： m = 3 3.55 10 35.04 101.3 e p 溶解度系數(shù)為： 3 3 998.2 0.0156(.) 3.55 1018.02 l s hkmolkpa m em 3.23.2 物料衡算物料衡算 全塔物料衡算圖 212 所示是一個(gè)定態(tài)操作逆流接觸的吸收塔， 圖中各符號(hào)的意義如下： 惰性氣體的流量，；v h kmol l純吸收劑的流量，； h kmol y1，y2進(jìn)出吸收塔氣體的摩爾比； x1，x2出塔及進(jìn)塔液體中溶質(zhì)物質(zhì)量的比。 注意：本課程設(shè)計(jì)中塔底截面一律以下標(biāo)“l(fā)”表示，塔頂截 面一律以下標(biāo)“2”表示。 進(jìn)塔氣體摩爾比： 1 1 1 0

22、.05 0.0526 1-1-0.05 y y y 出塔氣體摩爾比： 21(1- ) 0.0526(1-0.95)0.00263 a yy 進(jìn)塔惰性氣體的流量： 2450273 1-0.0595.19/ 22.427325 vkmol h 由設(shè)計(jì)任務(wù)知該吸收過(guò)程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線(xiàn)，最小液氣比可按下式計(jì)算， 即： 21 21 min - - )( xmy yy v l = 對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為： 0 2 =x min 0.0526-0.00263 ()33.29 0.0526 35.04-0 l v v, y2 l, x2 v, y1 l, x1 圖 2-12 物料衡算

23、示意圖 取操作液氣比為： ；)(v l min 1.5() l v 1.5 33.2949.94 l v l =49.94 95.19=4753.79 kmol/h 由，求得吸收液出塔濃度為： 2121 -xxlyyv 12 12 -95.19(0.05260.00263) 00.001 4753.79 v yy xx l 3.33.3 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算填料塔的工藝尺寸的計(jì)算 3 33 31 1 塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 1 空塔氣速的確定 通常由泛點(diǎn)氣速來(lái)確定空塔操作氣速。泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速的上限，填料塔的操 作氣速必須小于泛點(diǎn)氣速，操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之比稱(chēng)為泛點(diǎn)率。 填料的泛點(diǎn)

24、氣速可由 eckert 通用關(guān)聯(lián)圖查得， 氣相質(zhì)量流量為： hkg v /65.3079257 . 1 2450 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即： hkg l / 3 . 8566302.1879.4753 eckert 通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為： 974 . 0 ) 2 . 998 257 . 1 ( 65.3079 3 . 85663 ) ( 5 . 05 . 0 l v v l 查表得： 023 . 0 2 . 0 2 l l vff g u 1 - 170m f sm g u lvf l f .0271 1257 . 1 1170 2 . 99881 . 9 023 . 0 023

25、 . 0 2 . 02 . 0 取 smuu f 0.719027 . 1 7 . 07 . 0 由 m u v d s 1.098 719 . 0 14 . 3 3600/24504 4 圓整塔徑，取md2 . 1 2. 泛點(diǎn)率校核： 由于泛點(diǎn)附近流體力學(xué)性能的不穩(wěn)定性，一般較難穩(wěn)定操作，故一般要求泛點(diǎn)率在 50%-80%之間，而對(duì)于易起泡的物系可低于 40%； smu60 . 0 2 . 1785 . 0 3600/2450 2 （在允許范圍內(nèi)）%42.58%100 027 . 1 60 . 0 f u u 填料規(guī)格校核 （在允許范圍內(nèi)）858.31 38 0 . 12 d d 以上式中：

26、泛點(diǎn)氣速，； f u s m -空塔氣速 ；u s m 液體密度，； l 3 m kg 氣體密度，； g 3 m kg ，氣液相質(zhì)量流量，； g l h kg g重力加速度，9.81； 2 s m 液體黏度，； l smp/ -填料因子，1/ m； 3. 液體噴淋密度校核： 取最小潤(rùn)濕速率為: =0.08 min w l hm m 3 本次設(shè)計(jì)選用聚丙烯階梯環(huán)填料，其=132.5，代入數(shù)值，得最小噴淋密度38 n d t a 3 2 m m 為： =0.08 min u tw al min 6 . 10 5 . 132= hm m 2 3 求得液體噴淋密度為： u min 2 92.75 2

27、. 1785 . 0 2 . 998 3 . 85663 u 所以液體噴淋密度符合要求，即填料塔直徑合理。mmd1200 3 33 32 2 傳質(zhì)單元高度計(jì)算傳質(zhì)單元高度計(jì)算 干填料比表面積為 ，實(shí)際操作中潤(rùn)濕的填料比表面積為，由于只有在潤(rùn)濕的填料表 w a 面才可能發(fā)生氣、液傳質(zhì)，故 值具有實(shí)際意義。下面介紹計(jì)算的恩田（onda）公式，該 公式為 ： 2 . 0 2 05 . 0 2 2 1 . 075 . 0 45 . 1 -exp-1 tll l l tl lt l l c t w a u g au a u a a 式中：?jiǎn)挝惑w積填料層的潤(rùn)濕面積，； w a 3 2 m m 填料的總比表

28、面積，； t a 3 2 m m 液體表面張力，； l m n 填料上液體鋪展開(kāi)的最大表面張力，； m n 液體通過(guò)空塔截面的質(zhì)量流速，； ， l u sm kg 2 液體的粘度，； spa 液體的密度，； l 3 m kg g重力加速度，9.81。 2 s m 查表得： 2 42768033 h kg cm dyn c 流體質(zhì)量流量 hmkgul 2 2 /40.75781 2 . 1785 . 0 3 . 85663 0.050.2 0.750.1 22 28 42768075781.475781.4132.575781.4 1 exp1.45 940896132.5 3.6998.21.

29、27 10998.2 940896 132.5 0.605 w t a a t a w a c l 氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： rt da da u k vt vv v vt v g 3/17 . 0 237 . 0 式中： 填料的總比表面積，； t a 3 2 m m 氣體通過(guò)空塔截面的質(zhì)量流速，; v u sm kg 2 氣體的粘度，； spa 氣體的密度，； v 3 m kg 氣體質(zhì)量通量為： )( 39.2724 2 . 1785 . 0 257 . 1 2450 2 2 hm kg uv 代入數(shù)值： 293314 . 8 039 . 0 5 . 132 039 . 0 257 . 1

30、065 . 0 065 . 0 5 . 132 .39.2724 237 . 0 3/17 . 0 g k =0.0311 kmol/(m2.h.kpa) 液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： 3/12-13/2 0095 . 0 l l ll l lw l l g da u k 式中：液體的密度，； l 3 m kg 液相的黏度，； l spa g重力加速度，9.81； 2 s m 液體通過(guò)空塔截面的質(zhì)量流速，； l u hm kg 2 單位體積填料層的潤(rùn)濕面積，； w a 3 2 m m 溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)， 。 l d h m2 代入數(shù)值得： 3/1 8 21 6 3/2 2 . 998 102

31、7 . 1 6 . 3 1029 . 5 2 . 998 6 . 3 6 . 3 5 . 132605 . 0 4 . 75781 0095 . 0 l k v =1.147m/h 由 ，查表得 1 . 1 wgg akak=45 . 1 = 則 1 . 1 wgg akak= ).( 752 . 3 45 . 1 5 . 132605 . 0 0311 . 0 3 1 . 1 kpahm kmol h akak wll 1 68.10645 . 1 5 . 132605. 0147 . 1 4 . 04 . 0 %5042.58 0 0 f u u ak u u ak g f g 4 . 1

32、 5 . 0-5 . 91 ak u u ak l f l 2.2 5 . 0-6 . 21 kpahmkmolakg 3 4 . 1 /867 . 4 752 . 3 5 . 0-5842 . 0 5 . 91 h akl 1 879.10768.1065 . 0-5842 . 0 6 . 21 2 . 2 則 kpahmkmol ahkak ak lg g 3 /252 . 1 879.1070156 . 0 1 867 . 4 1 1 11 1 m apk v ak v h gy og 664 . 0 2 . 1785 . 0 3 . 101252 . 1 19.95 2 3 33 33

33、 3 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 03504 . 0 001 . 0 04.35 1 * 1 mxy 0 2 * 2 =mxy 脫吸因數(shù)為： 702 . 0 79.4753 19.9504.35 l mv s 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： s yy yy s s nog * 22 * 21 - - )-1 (ln -1 1 364 . 6 702 . 0 0-00263 . 0 0-0526 . 0 )702 . 0 -1 (ln 702 . 0 -1 1 3 33 34 4 填料層高度填料層高度 mnhz ogog 4.227364 . 6 664 . 0 采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，還應(yīng)

34、留出一定的安全系數(shù)，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=(1.21.5)z 5.284m227 . 4 25 . 1 z 設(shè)計(jì)取填料層高度為： mz6 取 ; 158 d h mmh6 max 則 mmh960012008 計(jì)算得填料層高度 1200mm，故不需要分段。 3.43.4 填料層壓降的計(jì)算填料層壓降的計(jì)算 采用 eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降： 橫坐標(biāo)： 0.5 0.974 lv vl w w 查表 5-18 得： 1 116 p m 縱坐標(biāo)： 2 2 0.20.2 0.60116 1 1.257 .10.00536 9.81998.2 p v l l u g 查圖

35、得; 118/ p pa m z 填料層壓降為：118 6708ppa 3.53.5 塔附屬高度的計(jì)算塔附屬高度的計(jì)算 1.塔的上部空間，可取為 1.2m, 2.液體分布器高度約為 1m,若塔底夜相停留時(shí)間按 1min 考慮，則塔釜夜所占空間高度為： m 1 22 85663.3 1 60 1 60 3600 3600 998.2 1.38 0.719 1.2 l v w h ud 考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取 1.0m，所以塔附屬高度為 h=1.2+1.0+1.38+1.0=4.58 塔的總高度為： h=6.0+4.58=10.58m 11m, 塔的總高度為 11m. ，氣液

36、相質(zhì)量流量，；v l h kg 液體密度，； l 3 m kg v氣體密度，； 3 m kg 液體黏度，； l smp 填料因子， ； m 1 g重力加速度，9.81 。 2 s m 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 【1】 、化工原理課程設(shè)計(jì) 賈紹儀 柴誠(chéng)敬主編 天津大學(xué)出版社 2002 年 6 月 【2】 、化工原理課程設(shè)計(jì) 吳俊 宋孝勇 韓粉女 丁建飛編著 華東理工大學(xué)出版社 2011 年 7 月 【3】 、化工原理 何朝紅 馮霄主編 科學(xué)出版社 2011 年 5 月 【4】 、化工原理化工分離過(guò)程 蔣維鈞 余立新主編 清華大學(xué)出版社 2005 年 10 月 【5】 、化工原理課程設(shè)計(jì)（第二版）馬江權(quán)

37、冷一欣主編 中國(guó)石化出版社 2011 年 1 月 【6】 、化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（第二版）匡國(guó)柱 史啟才主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 年 9 月 【7】 、食品工程原理 楊同舟主編 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 附錄一附錄一 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總及主要符號(hào)說(shuō)明工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總及主要符號(hào)說(shuō)明 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算匯總表 序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值 備注 1 混合氣體處理量 u（m3/h） 2450 2 進(jìn)塔氣相摩爾比 y1 0.0526 3 出塔氣相摩比 y2 0.00263 4 進(jìn)塔液相摩爾分率 x2（）okmolhkmolso 22 0 5 出塔液相摩爾分率 x1 （）okmolhkmolso 22 0.001 6

38、 混合氣體平均摩爾質(zhì)量（） vm mmolg 30.75 7 混合氣體的平均密度（） vm 3 mkg1.257 8 混合氣體的粘度（） v )(hmkg 0.065 9 吸收劑用量 l（）hkmol4753.79 10 氣相質(zhì)量流量（） v whkg 3079.65 11 液相質(zhì)量流量（） l whkg 85663.3 12 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)（m） og n 6.364 13 氣相總傳質(zhì)單元高度(m) og h 0.664 14 空塔氣速 (m/s) ug 0.719 15泛點(diǎn)氣速 u(m/s) f 0.60 16 泛點(diǎn)率 f 58.42% 17 圓整塔徑 d（m） 1.2 18 填料層高

39、z (m) 6 19 填料塔上部高度 h (m) 1.2 20 填料塔下部高度 h (m) 1.0 21 塔的附屬高度 h(m) 4.58 22 塔總高度 h 11 主要符號(hào)說(shuō)明 符號(hào)意義單位 x 平衡時(shí)液相 so2摩爾比 y 氣相 so2摩爾比 y 氣相 so2摩爾分率 l w 液體的質(zhì)量流量 hkg v w 氣體的質(zhì)量流量， hkg v 氣體密度 3 /kg m z 填料層高度， m v 惰性氣相流量hkmol/ s l 溶劑的摩爾流率 12 /smkmol y 氣相中溶質(zhì)的比摩爾分率； x 液相中溶質(zhì)的比摩爾分率。 min u 最小噴淋密度 123/ hmm w l 潤(rùn)濕率 113/ h

40、mm d 填料塔直徑m s v 氣體的體積流量 13/s m u空塔氣速 1 /sm f u 液泛氣速 1 /sm g 重力加速度 2 /81 . 9 mng = l k 液相傳質(zhì)系數(shù) 1 23 /kmolms kmol m l d 溶質(zhì)在液相中的傳質(zhì)系數(shù) ； 2 /ms g k 氣相傳質(zhì)系數(shù) 1 2 kmolms kpa t 氣體溫度 k dv 溶質(zhì)在氣體中的擴(kuò)散系數(shù) 2 /ms v 氣體黏度 v g 氣相質(zhì)量流速 2 /()kgms u 孔塔氣速 m/s uv，ul氣體和液體的質(zhì)量通量 )( 2 hmkg l 液體的密度 3 /kg m lv dd , 溶質(zhì)在氣體和液體中的擴(kuò)散系數(shù)sm / 2 r 氣體常數(shù) 8.314/()kjkmol k l 液體黏度mpa s a t填料的總比表面積 32 mm w a 填料的潤(rùn)濕比表面積 32 mm 填料因子 1 m g 重力加速度 hmg 8 1027 . 1 l 液體的表面張力 2 hkg c 填料材質(zhì)的臨界表面張力 2 hkg l液體的質(zhì)量流速 2 /kg ms h 填料層高度 m 附錄二附錄二 echertechert 通用關(guān)聯(lián)圖通用關(guān)聯(lián)圖 附錄三附錄三 表 3.1 散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值 填料因子1/ m 填料