水吸收二氧化硫填料塔設計1222222

1、 化工原理課程設計水吸收二氧化硫填料塔設計學 院 藥科學院 專 業(yè) 制藥工程 班 級 制藥工程09(2)班 姓 名 林澤健 學 號 0903509261 指導教師 朱繼芳 _2012年1月11日設計任務書水吸收SO2填料塔的設計（一） 設計題目試設計一座填料吸收塔，用于脫除空氣中的SO2蒸汽?；旌蠚怏w處理量為2600m3/h。進口混合氣中含SO2蒸汽9%（體積百分數(shù)）；混合氣進料溫度為35。采用清水進行吸收。要求：出塔氣體中SO2氣流量為入塔SO2流量的1/80。（二） 操作條件（1）操作壓力 常壓（2）操作溫度 25（3）吸收劑用量為最小用量的倍數(shù)自己確定（三） 填料類型填料類型與規(guī)格自選。

2、（四） 設計內(nèi)容（1）設計方案的確定和說明（2）吸收塔的物料衡算； （3）吸收塔的工藝尺寸計算； （4）填料層壓降的計算； （5）液體分布器簡要設計； （6）繪制液體分布器施工圖（7）吸收塔接管尺寸計算； （8）設計參數(shù)一覽表；（9）繪制生產(chǎn)工藝流程圖（A3號圖紙）； （10）繪制吸收塔設計條件圖（A3號圖紙）； （11）對設計過程的評述和有關問題的討論。 目錄一.設計方案簡介11.方案的的確定12.填料的類型與選擇13.設計步驟2二.工藝計算21.基礎物性數(shù)據(jù)22.填料塔的工藝尺寸的計算33.填料層壓降計算54.液體分布器簡要設計6三.輔助設備的計算及選型61.填料支撐結構62.填料壓緊裝置

3、63.液體再分布器裝置74.除沫裝置75.填料塔接管尺寸計算7五.工藝流程圖9六.設計過程的評述及討論10七.參考文獻11八.主要符號說明11一.設計方案簡介1.方案的的確定(1)裝置流程的確定：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，本實驗選用逆流吸收流程。(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：25 操作壓力：常壓2.填料的類型與選擇在化學工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個組分加以分離，其主

4、要目的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進一步加工處理，或除去工業(yè)放空尾氣中的有害成分，以免污染空氣。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到分離的目的。二氧化硫有強烈的刺激性氣味對于人體健康和大氣環(huán)境都會造成破壞和污染，因此，為了避免化學工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有二氧化硫的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對于工業(yè)尾氣中的二氧化硫進行吸收，本次化工原理課程設計的目的是根據(jù)設計要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有二氧化硫的工業(yè)尾氣，使其達到排放標準。設計采用填料塔進行吸收操作是因為填

5、料可以提供巨大的氣液傳質(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進行，而且，填料塔還具有結構簡單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，從而可以使吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。本方案選用聚丙烯階梯環(huán)作為填料設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)本設計的要求，選擇用陶瓷散裝填料。在陶瓷散裝填料中，陶瓷階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故選用DN50聚丙烯階梯環(huán)填料。填料類型公稱直徑DN/mm外徑×高×厚d

6、×h×b比表面積a（m2/m3）空隙率/%個數(shù)n/m-3堆積密度 /（kg/m3）干填料因子/m-1陶瓷階梯環(huán)5050×25×.5108.878.790915162233.設計步驟(1)查詢物性數(shù)據(jù)(2)物料衡算和能量(3)確定吸收劑最小用量   (4)計算填料塔徑D   (5)確定填料層高度Z  (6)填料層壓降的計算   (7)輔助設備設計二.工藝計算1.基礎物性數(shù)據(jù)（1）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)。由手冊查得，

7、25水的有關物性數(shù)據(jù)如下：密度為 L=997043 kg/m3粘度為 L=0.8937 ×103 Pa·S=3.22 kg/（m·h）表面張力為 L=71.9 dyn/cm=940896 kg/h2SO2在水中的擴散系數(shù)為 DL=1.47×109 m2/s（2） 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 Mvm= 0.05×640.95×29=33.31 混合氣體的平均密度為 vm= 33.31/22.4=1.487 kg/m3 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得25空氣的粘度為 v=1.84×10-5 Pa

8、3;S=0.062 kg/(m·h) 查手冊得 SO2在空氣中的擴散系數(shù)為 Dv=0.103 cm2/s=0.037 m2/h（3）氣相平衡數(shù)據(jù)25時SO2在水中的溶解度系數(shù)為 H=0.725 kmol/(m3·kPa)常壓下25時SO2在水中的亨利系數(shù)為 E=5.67MPa相平衡常數(shù)為m= = =56（4） 物料衡算進入吸收塔氣體流率 Vm= 2600*1.487/33.31=116.1 Kmolh進口混合氣SO2流率=116.1×0.09=10.45 Kmolh被吸收的SO2=10.45×79/80=10.32 Kmolh出口處SO2含量 10.45

9、10.32=0.13 Kmolh空氣流量 116.1 Kmolh10.45 Kmolh=105.65 Kmolh進塔氣相摩爾比為 Y1=10.45/105.65=0.0989出塔氣相摩爾比為 Y2=0.13/105.65=0.00123該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算，即min= ，對純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為X2=0，min =(0.0989-0.00123)*56/0.0989=55.3，取操作液氣比為=1.2 min=1.2×55.3=66.36，L=66.36×116.1=7704 kmol/h，V(Y1-Y2)=L(X1-X2)X

10、1= = 0.001472.填料塔的工藝尺寸的計算（1）塔徑計算氣相質(zhì)量流量為 wv=2600×1.487=3866.2 /h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即WL=7704×18.02=138826 /h用貝恩霍根關聯(lián)式計算泛點氣速：10 =A1.75 查附錄得空隙率e =0.787 A=0.2943 液體粘度計算得 uF=2.1m/s取u =0.8 u F=0.8 ×2.1=1.68 m/s由D= = =1.17 m 圓整塔徑，取 D=1.2 m泛點率校核： u= =1.5 m/s= = 71.4% (在允許范圍內(nèi))在5080內(nèi)填料規(guī)格校核： = =24&

11、gt;8液體噴淋密度校核： Umin=at（LW）min取最小潤濕速度為（Lw）min=2.2×105 m3/(m·s)=0.08 m3/(m·h)查常用散裝填料的特性參數(shù)表， 得 at=108.8 m2/m3Umin=（Lw）min at=108.8×2.2×105×3600=8.6 m3/m2·hU= =9.96Umin經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1200mm是合理的。（2）填料層高度計算Y1*=mX1=56×0.00074=0.0351=0.04144Y2*=mX2=0 脫吸因數(shù)為 S= 0.669 氣

12、相總傳質(zhì)單元數(shù)為 = 13.517氣相總傳單元高度采用修正的思田關聯(lián)式計算： 查表得c =33dyn/cm=427680 kg/h2液體質(zhì)量通量為UL= =9937.70 kg/(m2·h)氣膜吸收系數(shù)由下式計算KG=0.237 氣體質(zhì)量通量為Uv= 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0.720.7511.191.45 液膜吸收系數(shù)有下式計算： =.0553由kG=kGw1.1 查表得 =1.45 則kG=0.147 KL= KLw0.4=0.553 由kG= kGw ，KL= KLw則kG= KL= 由 m由 Z

13、= HoGNoG=0.342×13.517=4.623 m，得Z=1.25 ×4.623=5.779 m設計取填料高度為 Z=8 m常見材質(zhì)的臨界表面張力材質(zhì)碳瓷玻 璃聚丙烯聚氯乙烯鋼石 蠟表面張力56617333407520查表，對于階梯填料， h D=24H= HoGNoG =6000mm計算得填料層高度為6000 mm,故不需要分段。3.填料層壓降計算采用Eckert通用關聯(lián)圖計算填料層壓降。橫坐標為：縱坐標為：查圖得， =98 ×9.81=961.38Pa/m填料層壓降為P=961.38×6=5768.28 Pa4.液體分布器簡要設計（1）液體分

14、布器的選型 該吸收塔的塔徑為1200mm，因此，根據(jù)各種液體分布器的適用范圍選取槽式分布器。（2）分布點密度計算按Eckert建議值，D1200時，噴淋點密度為60點/m2，所以，塔徑為1200mm時，布液點數(shù)為： n=0.785×1.22×60=482.3383點，按分布點幾何均勻與流量均勻原則進行布點設計，設計結果為：二級槽工設15道，在槽面開孔，槽寬為80mm，兩槽中心距為160mm，分布點采用三角形排列，實際設計布點數(shù)為380點。（3） 布液計算：由 取=0.6 H=160mm 取30。三.輔助設備的計算及選型1.填料支撐結構填料支承結構應滿足3個基本條件：使起液能

15、順利通過.設計時應取盡可能大的自由截面。要有足夠的強度承受填料的重量，并考慮填料孔隙中的持液重量。要有一定的耐腐蝕性能。填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料，常用的填料支承裝置有如圖片3-14所示的柵板型、孔管型、駝峰型等。支承裝置的選擇，主要的依據(jù)是塔徑、填料種類及型號、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流率等。 本設計根據(jù)需要，選擇孔管型支承裝置。2.填料壓緊裝置填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發(fā)生松動和跳動。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類，每類又有不同的型式，圖片3-15中列出了幾種常用的填料壓緊裝置。填料壓板自由放置于填料層上端，靠自身重量將填料壓緊。它適用于陶瓷、石墨等

16、制成的易發(fā)生破碎的散裝填料。床層限制板用于金屬、塑料等制成的不易發(fā)生破碎的散裝填料及所有規(guī)整填料。床層限制板要固定在塔壁上，為不影響液體分布器的安裝和使用，不能采用連續(xù)的塔圈固定，對于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。本設計中填料塔在填料裝填后于其上方安裝了填料壓緊柵板。3.液體再分布器裝置液體在亂堆填料層內(nèi)向下流動時，有偏向塔壁流動的現(xiàn)象，偏流往往造成塔中心的填料不被潤濕，降低表面利用率。對于此填料塔而言，由于塔徑為1200mm，填料層高度為6000mm，為了提干塔效率，故將其填料分為三層，每層填料約為2000mm，根據(jù)再分布器各種規(guī)格的使用范圍，最簡單的液體再分布裝置為截錐式再分

17、布器。如圖片3-17（a）所示。截錐式再分布器結構簡單，安裝方便。4.除沫裝置除沫裝置安裝在液體再分布器上方，用以除去出氣口氣流中的液滴。由于氨氣溶于水中易于產(chǎn)生泡沫為了防止泡沫隨出氣管排出，影響吸收效率，采用除沫裝置，根據(jù)除沫裝置類型的使用范圍，該填料塔選取絲網(wǎng)除沫器。5.填料塔接管尺寸計算為防止流速過大引起管道沖蝕，磨損，震動和噪音，液體流速一般不超過3m/s ，氣體流速一般不超過100m/s。管徑計算公式：常用管道的公稱通徑、外徑、壁厚公稱通徑（mm）管子外徑(mm)常用無縫鋼管壁厚m10143151832025325323.532383.540453.550573.580894（1）&

18、#160;管徑的計算： 選 v=60ms ， 則有 得 =29.3mm根據(jù)管道的公稱通徑、外徑、壁厚表得，公稱通徑=32mm，=2.5mm無縫鋼管， 管子外徑D=38mm 則 管子內(nèi)徑 d=D-2=38-2×2.5=33mm（2） 底液出口管徑： 選 v=2ms 則 根據(jù)管道的公稱通徑，外徑，壁厚表，得公稱通徑=20mm，=2mm碳鋼板 ， 管子外徑D=25mm 則 管子內(nèi)徑 d=D-2=25-2×2=21mm（3） 塔頂氣體出口管徑： 選 v=90m/s 則=73.7mm，根據(jù)管道的公稱通徑，外徑，壁厚表，得公稱通徑=80mm，=3mm鋼管， 管子外徑

19、D=89mm則 管子內(nèi)徑 d=D-2=89-2×3=83mm。（4）泵的選型就計算的結果可以選用：50-32-125型的泵四.設計一覽表設計結果匯總吸收塔類型：階梯環(huán)吸收填料塔混合氣處理量：2400m3/h工藝參數(shù)名稱管程管殼物料名稱清水二氧化硫氣操作壓力，KPa101.3101.3操作溫度，3535流速，m/s2.5液體密度，kg/m3995671.373流量，kg/h3295.2124266塔徑，mm1200填料層高度，mm6000壓差，KPa101.3操作液氣比64.4分布點數(shù)380黏度，kg/(mh)2.70.065表面張力，kg/cm940896進液口混合氣出口 SO2和空

20、氣混合氣吸收了SO2的水吸收塔冷凝器泵五.工藝流程圖生產(chǎn)工藝流程圖吸收塔設計條件圖六.設計過程的評述及討論在上學年，我們學習了化工原理這一課程，化工原理是化學工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，它的內(nèi)容是講述化工單元操作的基本原理、典型設備的結構原理、操作性能和設計計算?；卧僮魇墙M成各種化工生產(chǎn)過程、完成一定加工目的的基本過程，其特點是化工生產(chǎn)過程中以物理為主的操作過程，包括流體流動過程、傳熱過程和傳質(zhì)過程。在這里面，我們主要學習了流體輸送、流體流動、機械分離、傳熱、傳質(zhì)過程導論、吸收、蒸餾、氣-液傳質(zhì)設備，以及干燥等。這次課程設計是對我們整個大學四年所學知識的一次檢驗，平時我們更多的學習的

21、是理論上的抽象的知識，在動手能力和實踐能力方面比較欠缺，這對我們走上社會后盡快適應工作很不好。因此，學校在本學期安排了 這次課程設計，它具有較強的實踐操作性和很大的綜合性，要求我們綜合運用幾年來所學的各門課程的知識，尤其是流體力學，工程熱力學，化工原理，過程設備設計和過程控制技術等。這不僅僅讓我們重新復習了前面所學的知識，更讓我們在實際運用中找到了各門課程的內(nèi)在聯(lián)系，使我們把幾年來所學課程用一根線聯(lián)系了起來，使整個大學知識形成了一個網(wǎng)絡和體系。以前不知道學習各們課程到底有甚摸作用，在本次課程設計中我深刻的的體會到了課本知識的作用和實際應用價值。設計中所有的思路、步驟、方法、具體的實施和操作，都

22、要由我們自己討論和解決。這中間很多問題一個人解決不了，于是我們幾個題目相似的同學在一起商量，集思廣益，經(jīng)過大家的努力，最終使問題得到了很好的解決。所以這次設計不但鍛煉了我們的動手能力，讓我們熟練掌握了填料吸收塔的設計過程和步驟，學會了使用化工方面相關工具書的查閱和使用，也鍛煉了我們團結協(xié)作的精神，我想這對我們以后會很有好處。七.參考文獻1賈紹義柴誠敬化工原理課程設計天津：天津科技技術出版社，20022大連理工大學等化工容器與設計手冊北京：化學工業(yè)出版社，1989*3匡國柱，史啟才等化工單元過程及設備課程設計北京：化學工業(yè)出社，20024陳敏恒等化工原理北京：化學工業(yè)出版社，2004 5化學工程手冊編輯委員會化學工程手冊氣液傳質(zhì)設備北京：化學工業(yè)出版社，19896魏姚燦等塔設備設計上海：上?？茖W技術出版社，19887 張洪流 化工原理 華東理工大學出版社 20068 大連理工大學 化工原理 高等教育出版社 2002八.主要