水吸收二氧化硫填料塔課程設(shè)計

1、水吸收二氧化硫填料塔課程設(shè) 計化工原理課程設(shè)計報告設(shè)計任務(wù)書（一）設(shè)計題目試設(shè)計一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的 S02,混合 氣體的處理為 2500m3/h,其中 S02（體積分?jǐn)?shù)）8%。要求 塔板排放氣體中含SC2低于0.4%，采用清水進行吸收。（二）操作條件常壓，20C（三）填料類型選用塑料鮑爾環(huán)、陶瓷拉西環(huán)填料規(guī)格自選（四）設(shè)計內(nèi)容1、吸收塔的物料衡算2、吸收塔的工藝尺寸計算3、填料層壓降的計算4、吸收塔接管尺寸的計算繪制吸收塔的結(jié)構(gòu)圖6、對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論7、參考文獻8、附表目錄一、 概述.4二、 計算過程.-41. 操作條件的確定.1.1吸收劑的選擇 . .41.

2、2 裝置流程的確定 . .41.3 填料的類型與選擇 . 41.4 操作溫度與壓力的確定 . -42. 有關(guān)的工藝計算.52.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù).52.2 物料衡算.62.3 填料塔的工藝尺寸的計算 .62.4 填料層降壓計算 .112.5 吸收塔接管尺寸的計算.122.6 附屬設(shè)備. .12三、 評價. .13四、. 參考文獻.1314五、附表概述填料塔不但結(jié)構(gòu)簡單，且流體通過填料層的壓降較小，易于用 耐腐蝕材料制造，所以它特別適用于處理量小，有腐蝕性的物 料及要求壓降小的場合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料 頂部，并在填料的表面呈膜狀流下， 氣體從塔底的氣體口送入， 流過填料的空隙，在填料

3、層中與液體逆流接觸進行傳質(zhì)。 因氣 液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液 傳質(zhì)設(shè)備。二、設(shè)計方案的確定（一）操作條件的確定1. 1 吸收劑的選擇因為用水作吸收劑，同時 so2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)?劑。1. 2 裝置流程的確定用水吸收 so2屬于中等溶解度的吸收過程，故為提高 傳質(zhì)效率，選擇用逆流吸收流程。1. 3 填料的類型與選擇用不吸收 so2的過程，操作溫度低，但操作壓力高，因為工業(yè)上通常選用塑料散堆填料，在塑料散堆填料中，塑料鮑爾環(huán)填料的綜合性能較好。鮑爾環(huán)填料是 對拉西環(huán)的改進，鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了 環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分 布均勻。

4、與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加 50% 以上，傳質(zhì)效率提高 30%左右。1. 4 操作溫度與壓力的確定20C，常壓(二)填料吸收塔的工藝尺寸的計算2.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取水的物性數(shù)據(jù)查得，293K時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度p =998.2kg/m粘度卩L=0.001Pa s=3.6kg/(m h)3表面張力6L=72.6dyn/cm=940896kg/hSO2在水中的擴散系數(shù)為DL=1.47 X 10-5nVs=5.29 X 10-6n1/h氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為MVm=E yiM=0.08 X 44+ 0.92 X 29=

5、31.8PMvm_1013漢31.8RT8.314 293混合氣體粘度近似取空氣粘度，手冊20 C空氣粘度為-5卩V=1.81X 10 Pa - s=0.065kg/(m ?h)混合氣體的平均密度pvm=1.322kg m-3查手冊得 S02 在空氣中的擴散系數(shù)為2 2Dv=0.108cm/s=0.039m /h由手冊查得20C時SO在水中的亨利系數(shù)E=3550kPa相平衡常數(shù)為m =:3550=35.04 P 101.3溶解度系數(shù)為 H=0.0156kmlo kPa.m3E.Ms2.2 物料衡算進塔氣相摩爾比為y1=0.08出塔氣相摩爾比為y2=0.004進塔惰性氣相流量為V500邁(1一0

6、.08) =95.67kmol/h22.4293該吸收過程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液組成為X2=0(LV打十 -丫2.。8- 0.00433.29y1/mX20.08/35.04 0取操作液氣比為L/V=1.4L/V=1.4 X 33.29=46.61L=46.61X 95.67=4459.18kmol/hTV(y1-y2)=L(X1-x2).95.67漢(0.08 0.004),門門J X1二1.63 104459.182.3填料塔的工藝尺寸計算塔徑計算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速氣相質(zhì)量流量為W=2500X 1.322=3305kg/

7、h計算，即(+)min二y1 7y1/ m - x2液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算即W=4459.18 X 18.02=80354.42kg/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)為 黑（巴）0.5二83544（祭嚴(yán)4885 WpL3305998.2查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖得 土旦工.二0.025gPL查表（散裝填料泛點填料因子平均值）得 =140m0.025g二0.226 9.81 998.2F廠嚴(yán) 一：140 1 1.322 10.2取u=0.7uF=0.7X 1.149=0.8046m/s4 2500/3600= 1.048m3.14 0.8046圓整塔徑，取D=1.1m2500/3600泛點率校

8、核U=20.7311m/s0.785 x1.12=0.7311100%=63.63%（在允許范圍內(nèi)）uF1.149填料規(guī)格校核：D =1100= 44 10 d 25液體噴淋密度校核，取最小潤濕速率為3（Lv）min=0.08m/m h查塑料（聚乙烯）鮑爾環(huán)（*）特性數(shù)據(jù)表得：型號為DN50的鮑爾環(huán)的比表面積at=92.7 m7m3U32min=(Lv)minat=0.08 X 92.7=7.416m /m hU=80354.42/998.2284.77 Umin0.785 112經(jīng)校核可知， 塔徑D=1100mr合理UF= 1.149m/s填料層高度計算y!=mx=35.04 x 0.001

9、63=0.0571Y2=mX=0脫因系數(shù)為S=mV二35.04 95.67二0.752 L 4459.18氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG=1 ln (11-Sy：】y=0.646711-0.752In (1 -0.752)0.08-01.63 10- 00.752= 10.319氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算_0.052UL0.2Pqat丿查常見材質(zhì)的臨界表面張力值表得2-c=33dyn/cm=427680kg/h液體質(zhì)量通量為UL80354.420785 1.122二84600.461kg/(m * h)=1 -exp1.45(4276805i84600461 8460046927940

10、896.927 3.6998221.27 1(f.05UiatPL%丿846004612(9982 740896 927吸收系數(shù)由下式計算質(zhì)量通量為UV二2500 1彳22二3479.5kg/ m2 h0.785 123479.37r(92.7漢0.065丿J.322匯0.039丿(8.313 293丿=0.237 X 85.71 X 1.08 X 0.0015=0.0325kmol/(m3hkPa)吸收系數(shù)由下式計算F、2/3 /8、1/3(84600.463.6 13.6江1.2708心=0.0095 - I - I -10.6467沢92.7T.6丿1998.2匯5.290丿I998.2

11、丿=3.236m/hKGa=KGaw，11查常見填料的形狀系數(shù)表得二 1.45aa二KGaW；：1.1= 0.0325 0.6467 92.7 1.451.1= 2.932kmol/(m3 h kPa)KLa二KLaW0.4二3.236 0.6467 92.7 1.450.4二225.08/h0.71/31/30.065、92.7x0.039、KG=0.237： i-KG=0.237fatDVy丿百丿u/uF=63.63%50% 一(u KGa= 1+9.5一-0.5 KGa.H丿” 一 /I KLa= 1+2.6 -0.5KLaI I丿得KGa = 1 +9.5% (0.63630.52.9

12、32= 4.642mo/(m3 h kPa)得KLa = 1 2.6 0.6363 0.522122508二23238/hIo2.036kmol/ m3 h kPa 1 1-+-4.6420.0156 232.38Z=HOGNDG=0.488X 10.319=5.03m得Z=1.3 X 5.03=6.539取填料層高度為Z =6.6m查塑料鮑爾環(huán)高度推薦值表對于階梯環(huán)填料-=510,hmax6mD取h/D=8貝y h=8X 1100=8800mm計算得填料層高度為66000mm故不需分段2.4填料層壓降計算散裝填料的壓降值可由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計算。計算時，先根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出橫坐

13、標(biāo)WLA 值。WVJPL丿再根據(jù)操作空塔氣速U用有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)1011 1 -；+-；-KGHKLaHOGVKYa1.1VKGaP1195.67_2.036 101.3 0.785 1.12=0.488md 丄Z0.2值。通過作圖得出交點，讀出過交點的等壓gL線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值。用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計 算壓降時，所需填料因子與液體噴淋點密度有關(guān)，為了工程計算的方便，常采用與液體噴淋密度無關(guān)的壓降填料因子平 均值。?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)為0。5W匸=0.885WV幾查散裝填料壓降填料因子平均值表得P=125m查通用關(guān)聯(lián)圖得：P/Z=190.45Pa/m填料層壓降為P=190.

14、45X 6.6=1256.97Pa查此圖時，一定要看好，最好用兩個直角板找到橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的交點，在估計出合理的等壓線數(shù)值。2.5吸收塔接管尺寸計算般管道為圓形,d為內(nèi)徑，水流速為0.53m/s常壓下氣體流速1030m/s則氣體進口直徑di =4 2500,72mm3.14 3600 30排液口直徑d5=d/2=120mm2.6附屬設(shè)備(1) 本設(shè)計任務(wù)液相負(fù)荷不大，可選用排管式液體分面器， 且填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。(2) 塔徑及液體負(fù)荷不大，可采用較簡單的柵板型支承板及 壓板。三、評價設(shè)計中問題的評價：1、對于吸收塔基本尺寸的確定以及數(shù)據(jù)來源，物性參數(shù)，合 適取值范圍的確定要按具體

15、的實際設(shè)計情況來定。2、對于吸收塔填料裝置的材料屬性， 以及經(jīng)濟效益要綜合考 慮工藝的可能性又要滿足實際操作標(biāo)準(zhǔn)。3、對于吸收塔的溫度的確定，由吸收的平衡關(guān)系可知，溫度 降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，對于壓力的確定，選擇常 壓，減少工作設(shè)備的負(fù)荷。設(shè)計體會剛拿到任務(wù)說明書時，一臉茫然，大家都是第一次接觸到 這個陌生的東西，面對大量繁瑣的計算，我的頭都大了，其中我 得了一個很不合理的數(shù)據(jù)，經(jīng)氣體出口直徑噴液進口直徑8035442/998.2: 239mm3.14 3600 0.5噴液出口直徑11d2=di=172mmd4=da=240mmda二過反復(fù)查找，才發(fā)現(xiàn)前面有個小數(shù) 點弄錯了，我深深體會到了科學(xué)需要的嚴(yán)謹(jǐn)性。在設(shè)計課程報告 時，要輸入大量的公式，我自學(xué)了一點公式編輯器的知識，感覺 它非常有用，今后有時間還得好好學(xué)學(xué)。我會好好對待以后的每12一次設(shè)計，讓老師滿意。希望老師對我這次的表現(xiàn)認(rèn)可。四、參考文獻1、化學(xué)工程手冊編輯委員會，化學(xué)工程手冊一一氣液傳質(zhì)設(shè)備2、 賈紹義，紫誠敬化工原理課程設(shè)計天津大學(xué)出版社，20023、 劉乃鴻等現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南天津，中國石化出版社19984、徐崇嗣等塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊北京，化學(xué)工業(yè)出版社19955、姚玉英化工原理，下冊天津大學(xué)出版社1999五，附