课程设计吸收塔完成.doc

目录设计任务书.11、流程及流程说明.22、物料衡算.23、填料塔的工艺尺寸计算.33.1塔径D的计算33.2液体喷淋密度的核算.43.3填料层高度的计算.43.3.1传质单元高度的计算43.3.2传质单元数的计算43.4塔附属高度的计算.64、填料层压降的计算.75、其他附属塔内件的选择.75.1液体分布器的选择.7 5.1.1布液计算8 5.2液体再分布器的选择.8 5.3填料支承装置的选择.96、吸收塔流体力学参数计算.97、吸收塔主要接管的尺寸计算.97.1液体进料接管.107.2气体进料接管.108、总结.10附表.12参考文献.12设计任务书一、 设计题目：填料吸收塔的设计二、设计任务：设计用水吸收SO2的常压填料塔，操作温度20，操作压力101.325KPa。三、设计条件：1、气体混合物成分：空气和SO2；2、SO2的含量：4%3、混合气体流量：4000 m3/h4、操作温度：293K；5、混合气体压力：101.325KPa；6、回收率：95%四、设计项目：1、确定吸收流程；2、物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成；3、选择填料、计算塔径、填料层高度、填料的分层、塔高的确定。4、流体力学特性的校核：液气速度的求取，喷淋密度的校核，填料层压降P的计算。5、附属装置的选择与确定：液体喷淋装置、液体再分布器、气体进出口及液体进出口装置、栅板。五、设计要求：1、设计说明书内容包括：、目录和设计任务书；、流程图及流程说明；、计算（根据计算需要，作出必要的草图，计算中所采用的数据和经验公式应注明其来源）；、设计计算结果表；、对设计成果的评价及讨论；、参考文献。2、设计图纸：绘制一张填料塔装置图1. 流程及流程说明： 二氧化硫炉气经由风机从塔底鼓入填料塔中，与由离心泵送至塔顶的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的尾气由塔顶排除，吸收了SO2的废水由填料塔的下端流出。2. 物料衡算：混合气体的组成：空气（96%） SO（4%）M=2996%+644%=30.4kg/kmol进口气体的体积流量： qv=4000m3/h二氧化硫的摩尔分数为： y1=0.04 进塔气相摩尔比为： Y1=0.0417回收率:95%出塔气相摩尔比 ： Y2=Y1(1-)=0.0417（1-0.96）=0.002085进塔惰性气相流量： G=(1-y1)= （1-0.04）=159.726kmol/h出口液体中溶质与溶剂的摩尔比（清水） ： X2=0查表知20时： E=3.55103/kPaX1*= ， m=E/P故： X1*=1.19根据 G(Y1-Y2)=L(X1-X2)可求得最小液-气比： （）min= =33.277适宜液-气比取最小液-气比的1.5倍故 =1.5（）min =1.533.277=49.916L=49.916G=49.916159.726=7972.88kmol/h3. 填料塔的工艺尺寸计算3.1塔径D的计算选用50251.5（mm）型的塑料阶梯环填料。其主要的性能参数如下：比表面积：at =114m2/m3填料因子吸收液密度：=998.2kg/m3液体密度校正系数 =1吸收液粘度：L=1.004mPas气相质量流量：G=Gqv=1.2644000=5056kg/h液相质量流量：L= LM水=7972.8818=143511.84kg/h() = =1.0104由埃克特通用关联图可以查得： ()L0.2=0.025代入数值得： uf = = 1.234m/s取空塔气速： u=0.85uf =0.851.234=1.049m/s塔径： D=1.1616m故取塔径 D=1.2mu=1.049m/s=0.847 (50%85%为经验值，故在允许范围内)3.2液体喷淋密度的核算填料表面的润湿状况是传质的基础，为保持良好的传质性能，每种填料应维持一定的液体润湿速率（或喷淋密度）。最小喷淋密度： =0.08114=9.12 m/（h）最小润湿率（L0.08m （直径9.12=（符合要求）经过以上校核可知，填料塔直径选用D=1.2m合理3.3填料层高度的计算3.3.1传质单元高度的计算NOG=ln（1-）()+ m=E/P=3.5510/101.325=35.04故=0.702NOG=ln（1-0.702）+0.702=6.364m3.3.2传质单元数的计算相关参数如下：水的表面张力：L=7.2810填料材质的临界表面张力：c=3310N/m二氧化硫在空气中的扩散系数：Dv=0.108cm/s=0.039m/h混合气体的粘度：v=1.8110-5Pas水的粘度：L=1.00410Pas气体质量流量：Uv=4472.75kg/(/h)液体质量流量：UL=126956.73kg/(/h)气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：=1-exp-1.45（）0.75()0.1()-0.05()0.2代入计算得 =1-0.295=0.705 a=0.705114=80.37气膜吸收系数：kG =0.237()0.7()1/3() 代入得：kG =0.237（)0.7()1/3()=7.25m/s液膜吸收系数：kL=0.0095（）2/3（)-0.5()1/3代入得：kL=(1.47)0.0095（）2/3（)-0.5()1/3 =0.089m/skGa= kGaw =7.2510=5.827 kmol/(skPa)kLa= kLaw=0.089=7.15 m/sKK H= 由z= HOG NOG =0.6686.364=4.25m计算出填料层高度后，还应留出一定的安全系数，根据设计经验，填料层高度一般为Z=（1.21.5）z故填料层有效高度取：Z=1.4z=1.44.25=5.95m取整数:Z=6m故填料需分成两段,每段填料层高度为3m。3.4塔附属高度的计算塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高度，塔的底部空间高度等。塔的上部空间高度是为使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来而留取的高度，可取1.21.5m（包括除沫器高度），本设计取1.5m。设塔定液相停留时间为60s，则液封所占空间高度为： = =2.12m底部空间高度取 1m故吸收塔的附属高度为1.5+2.12+1=4.62m吸收塔的总高度： H=6+4.62=10.62m4. 填料层压降的计算在表一查：横坐标： () = 1.0104纵坐标：()L0.2=0.0156查得 =392.4Pa故全塔填料层压降： P=392.4Pa5.其他附属塔内件的选择51液体分布器的选择：液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。本设计选用多孔直管式分布器5.1.1布液计算：根据Ecker的散装填料塔分布点密度推荐值，本设计选用布点密度 170个/。故开孔数目：n=1.2170=193个孔流系数：=0.6 开孔上方液位高度：H=400mm孔径 d0=8.87m设计取孔径d0=8.87mm5.2液体再分布器的选择除塔顶液体的分布之外，填料层中的液体的再分布是填料塔中的一个重要问题。往往会发现，在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后雁塔壁下流，塔中心处填料得不到好的湿润，形成所谓“干椎体”的不正常现象，减少了气液两相的有效接触面积。因此每隔一定距离必须设置液体再分布器，以克服此种现象。升气管式再分布器适用于直径0.6m以上的塔，而且可以分段卸下填料，更换填料方便，所以本设计选用升气管式再分布器。5.3填料支承装置的选择 结构上应有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于20Pa）。本设计运用50的塑料阶梯环，孔隙率相对较大，升气管式支撑板能更好的克服支撑板的强度和自由截面之间的矛盾，耗能更好的适应高空隙率填料的要求，本设计选用升气管式支撑板。5. 吸收塔流体力学参数计算吸收塔的压力降： P=392.46=2354.4Pa吸收塔的泛点率校核：=1.049/1.234=0.847(50%85%为经验值，故在允许范围内)6. 吸收塔主要接管的尺寸计算本设计中填料塔有多处接管，但主要的是气体和液体的进料口和出料口接管。在此分别以液体进料管和气体进料管的管径计算为例进行说明。气体和液体在管道中流速的选择原则为：常压塔气体进出口管气速可取1020m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取0.81.5m/s（必要时可加大些）。7.1液体进料接管本设计采用直管进料管，管径计算如下：qL=L/L=143511.88/998.2=143.78m3/h选管内液体流速u L=1.5m/s管径 d= =0.184m选用内管=2196mm，外管=2738mm，的普通焊接钢管，内径为207mm管内实际流速 u L=0.73m/s7.2气体进料接管本设计采用直管进料管，管径计算如下：取气速uv=20m/s管径 d=0.266m选用内管=3258mm，的普通焊接钢管，内径为309mm。管内实际流速 uv=20m/s8.总结：带着最后的胜利的幸福感，我们写下了最后的篇章，终于还是画上圈圈，结束这次探求知识的旅程了。一路过来，难得、难忘的感觉啊。这次的课程设计，一开始我们是利用自己的课余时间，到后期全天思考讨论，为期4周完成的。对于我们来说，在此以前，课程设计还只是一个传说中的字眼而已，所以这一次的任务绝对考验了自己的动手、思考和团结协作的能力。也许我们在初听到要完成这么一项学习课程时会感到那么的好奇和担心。但经过这次自己的设计过程，我们感受到了课程设计的对于我们的意义，及其设计过程的那种团体合作的争辩与统一的快感。人说，争辩与讨论，是产生智慧的火花。好久都没有过的收获感，这次体验到了。难忘，有趣。 其实，在刚听完老师详细地说明此次任务时，心里除了好奇、点点的激动外，还是觉得云里雾里的，真不知应如何下手，只得摸着石头过河，对照着老师给的任务书一步步的分析，尝试着理清我们的思路。由于我们是做过填料塔吸收的实验且刚学完理论知识，对于那个我们即将要设计的设备的原理及使用是有一定了解的，导致一开始，我们小组五人在初步设计的时候低估了难度。在真正开始动笔计算时，我们才发现自己之前掌握的那点课本知识还是远远不够的。我们需要有一个统筹的思想，理清思路，清楚由哪一步开始，一步一步的算出我们需要的数据结果。因此，也必须得翻阅其他资料、文献，再参考书上给出的例子，一步一步推敲，显然，这不是一件有趣的过程，因为计算量真的还挺大的。不过，我们还是完全可以接受的。同时，我们还用到了网络，我们把之前学过的信息检索的知识也运用其中了。所以说课程设计绝非单调的而是包罗万象。本着成本低廉、操作简单合理的原则，我们开始预选填料。首先我们选中的是口碑较好的50*50*45的鲍尔环，根据填料的性质数据，我们用了两个小时的时间进行了塔径的计算和校核，进而推算出填料层高度。起初，我们算的填料层高度为12m,心中有些疑惑便咨询了老师，老师指出了我们的不合理，还提供了一些让我们改进和检验的方案。考虑到填料的选取过程中的演算，我们觉得填料的选取还是有一定的方法的，对比各个填料的一些参数，我们换了一种尺寸的鲍尔环25*25的，经过反复演算，还是未能达到合理值，其中有位组员提出是否在之前用50*50*45的时候计算有误，接着我们五人便各自从头到尾仔细算一次，终于找到了错误，并得到了较为合理的值。其实，这都是因为数据相对多了一点点，还有可取数据范围定值的问题，再一个就是保留小数的问题。接下来，在计算出填料层高度后，就如何确定塔高问题，查阅文献，上网搜索，最终得以解决。在接下来选择塔的附属设备的过程中，我们也是尽可能在参阅大量资料、实例之后才做了最后的选择。不得不说，这可是把以前学工程制度的老底都用上了，到最后还是有那么一两种没法找到相关数据的。千里之行积于跬步，我们就这样慢慢的从拿到设计条件的不知所措到把所有要求计算的数据一一罗列妥当。其过程挑战与收获同在，相当的受益。当然，难免大家都抱怨过，原来工程也不是那么容易做的，计算的过程是复杂的，需要一个统筹的思想。通过我们五人的共同努力，还是完成了。当然，这一路上，我们也是快乐的，默契、合作、共同的坚持不懈的力量在我们小组每一个人之间传递着。疲惫和不耐烦时，总会有其中几个来想办法调节气氛。这一路上，我们受益匪浅，不仅开拓了自己的知识面，增加了实践经验，还让我们有了些许成就感和对自己的肯定。经过这一次课程设计，使我更深刻体会到“实践是检验真理的唯一标准”这句话。纵然平时感觉自己的理论知识有多么扎实，都抵不过在实践面前哪怕小小的考验。感谢老师给了我们这次难得全方位锻炼自己的机会，这给我们以后的工作生活又添了出彩的一笔。期待下一次课程设计的来临。附表：表一：填料塔泛点气速及气体压力降计算用关联图符号总表 项目符号混合气体处理量qv进塔气相摩尔比出塔气相摩尔比进塔液相摩尔分率出塔液相摩尔分率最小液气比混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均密度吸收剂用量气相质量流量G液相质量流量L塔径D填料层高度Z塔高H传质单元高度传质单元数总压降P空塔气速泛点率泛点填料因子吸收因子或填料常数填料的比表面积20SO2101.3Kpa水中扩散系数20SO2101.3Kpa空气中扩散系数Dv重力加速度气体摩尔流速气