大气控制工程课程设计--某车间气体净化系统中吸收塔的设计.doc

课程设计题 目 某车间气体净化系统中吸收塔的设计学 院 资源与环境学院 专 业 环境工程姓 名 游 娟 学 号 20102122174指导教师 卫 静二O 一二年十一月二十三日济南大学课程设计用纸课程设计评语学 院 资源与环境学院 专业 环境工程 姓 名 游娟 班级 1003 学号 20102122174 题 目 某车间气体净化系统中吸收塔的设计 指导小组或指导教师评语：评定成绩 2012年 月 日 负责人或指导教师 济 南 大 学课程设计任务书学院 资源与环境学院 专业 环境工程 姓名 游娟 学号 20102122174 设计题目： 某车间气体净化系统中吸收塔的设计 一、 课程设计原始资料甲苯浓度500mg/m3,所处理的气体流量为28500m3/h 允许的排风速度最大1.5m/s；车间有3个，相距5m。 平均风速为4车间平均温度：25允许罩内最大负压：25Pa；允许压力损失：1000pa按中国(GB16297-1996)大气污染物综合排放标准最高允许浓度排放环境温度：-9当地气压：100KPa净化系统布置场地在车间北侧20-25米以内二、课程设计应完成的工作1、根据被净化气体的性质，选择合适的吸收剂；2、确定吸收剂的最小用量，计算吸收塔的高度和塔径；3、完成净化装置、风机、烟囱的位置及管道布置4、按照工程制图要求绘制一张吸收塔和系统A3 图。济 南 大 学 目 录1.绪论.11.1吸收塔的特点.11.2吸收塔的设计任务及步骤.12. 填料塔设计原始资料.23. 型号的确定.23.1 填料塔的主体结构.33.2 吸收设备工艺简述.33.3 填料塔的工作原理.43.4 吸收剂的选择.43.5 吸收剂用量与液气比.53.6 填料塔塔径的确定.63.7 填料塔塔高的确定.63.7.1传质单元数.63.7.2 传质单元高度.64. 设计计算.74.1基础物性数据与填料塔物料数据的计算.74.1.1气相与液相物性数据的计算.74.1.2亨利系数的计算.74.1.3填料塔物料衡算.74.1.4吸收剂最小用量的计算.84.2 填料塔直径的计算.94.2.1填料塔泛点气速的计算.94.2.2填料塔直径的计算.94.3 填料塔高度的计算.104.3.1传质单元数的计算.104.3.2传质单元高度的计算.104.3.3填料塔高度的计算.115. 课程设计小结.11参考文献 .11车间气体净化系统中吸收塔的设计1.绪论甲苯是有机化工的重要原料，但与同时从煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的产量相对过剩。一些车间在生产中会制造大量的甲苯，对环境造成一些潜在的威胁。甲苯的危险性具体体现为：健康危害：对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。 急性中毒：短时间内吸入较高浓度该品可出现眼及上呼吸道明显的刺激症状、眼结膜及咽部充血、头晕、头痛、恶心、呕吐、胸闷、四肢无力、步态蹒跚、意识模糊。重症者可有躁动、抽搐、昏迷。 慢性中毒：长期接触可发生神经衰弱综合征，肝肿大，女工月经异常等。皮肤干燥、皲裂、皮炎。 环境危害：对环境有严重危害，对空气、水环境及水源可造成污染。 燃爆危险：该品易燃，具刺激性。1.1吸收塔的特点工业生产和气态物污染控制中需要吸收分离处理的其他混合物中，溶质组分大多低于10%，而且，从经济性考虑，吸收最适合于低浓度气体的分离和净化。吸收塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以吸收塔属连续接触式的气液传质设备。1.2吸收塔的设计任务及步骤 设计任务设计步骤：1、根据被净化气体的性质，选择合适的吸收剂；2、确定吸收剂的最小用量，计算吸收塔的高度和塔径；3、完成净化装置、风机、烟囱的位置及管道布置4、按照工程制图要求绘制一张吸收塔和系统A3 图。2. 填料塔设计原始资料（1） 气体成分：空气和甲苯（2） 甲苯浓度500mg/m3（3） 混合气体流量28500m3/h（4） 车间平均温度298K（5） 当地气压100kPa（6) 平均风速4m/s（7） 吸收设备选用填料塔 （8）允许的排风速度最大1.5m/s；车间有3个，相距5m。（9）允许罩内最大负压：25Pa；（10）允许压力损失：1000pa（11）按中国(GB16297-1996)大气污染物综合甲苯排放标准最高允许浓度60mg/m3排放（12）环境温度264K（13）净化系统布置场地在车间北侧20-25米以内3. 型号的确定3.1 填料塔的主体结构 图1 填料塔结构图3.2 吸收设备工艺简述吸收操作是一种气、液接触传质的过程，实现这种过程最常用的设备是吸收塔，吸收塔有气、液两相在塔内连续接触的填料塔。在吸收塔内，气、液两相的流动方式可以是逆流，也可以是并流，通常采用逆流方式：吸收剂从塔顶加入，自上而下流动，与从下向上流动的混合气体接触，吸收溶质，吸收液从塔底排出；混合气体从塔底送入，自下而上流动，溶质被吸收后，尾气从塔顶排出。逆流操作的优点在于，党两相进出口浓度相同时，逆流时的平均传质推动力大于并流，而且利用气、液两相的密度差，有利于两相的分离。但是逆流时，上升的气体对下降的液体将产生较大的曳力限制了塔内允许的气、液相流量。填料塔的传质推动力和传质系数沿塔高是变化的，每一个截面上的传质速率都是不同的，只能在一个微元填料层高度内认为传质速率相同，进行气、液相物料衡算。3.3 填料塔的工作原理填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备1。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。3.4 吸收剂的选择吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑一下几个方面：1、吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的需用量。2、吸收剂对溶质组分的选择性吸收能力要好，对溶质组分以外的其他组分的溶解度要很低或基本不吸收。3、操作温度下吸收剂的挥发度要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。4、操作温度下吸收剂应具有较低的黏度，且不易产生泡沫，使其在塔内的流动性好，以实现吸收塔内良好的气液接触状况，有利于提高传质速率。5、对设备的腐蚀性小或无腐蚀性，尽可能无毒。 并且甲苯能与乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，极微溶于水，故综合这些条件，在此选择乙醇作为吸收剂3.5 吸收剂用量与液气比在吸收塔的设计中，所处理的气体流量、进出塔气体溶质浓度均由设计任务而定，吸收剂的种类和入塔浓度X2由设计者选定，而吸收剂用量L和出塔溶液中吸收质浓度X1需通过计算确定。 图2 吸收塔的最小液气比图2为计算吸收塔最小液气比的示意图，由a可见，若A点（X2，Y2）位置确定，从A点按斜率L/V引直线终止于纵坐标Y1的某点即为吸收操作线。当减少吸收剂流量L时，L/V减少，即操作线斜率变小，出塔吸收液浓度X1减小，如AC、AB及AD线所示，党塔底操作点D与平衡线相交时，出塔吸收液浓度X1和进塔气相中吸收质浓度Y1达平衡，这是理论上吸收液所能达到的最高浓度，以X1*表示，此操作线对应的液气比称为最小液气比，以（L/V）min表示。若为低浓度气体吸收，且溶液为稀溶液，其气液平衡关系服从亨利定律，代入下式可得到最小液气比：3.6 填料塔塔径的确定吸收塔的塔径可根据圆形管道内的流量公式计算3，即：式中：VS吸收任务要求处理的气体体积流量m3/s； u按照空塔截面积计算的混合气体线速度，即空塔气速，m/s。一般u=（0.51.0）uF。uF为“泛点气速”,是刚出现“液泛”（即在一定喷淋量下，当气速增大至一定数量时，吸收塔内液体不能及时下流而出现局部积液，压力降急剧上升的现象）时的气速。“泛点气速”是吸收塔正常操作气速的上限，可通过化工手册中的埃克特（Eckert）通用关联图查得。3.7 填料塔塔高的确定3.7.1传质单元数以NOG为例，根据积分中值定理，有当所有要求的（Y1-Y2）为一定值时，平均传质推动力（Y-Y*）愈大，则传质单元数NOG就愈小，所需要的填料层高度就愈小。因此，传质单元数的大小反映传质的难易程度。为了减小NOG，应设法增大推动力。传质推动力的大小与相平衡关系及液气比有关。3.7.2 传质单元高度例如气相总传质单元高度HOG是传质单元数NOG=1时的填料层高度。HOG为G/与1/KYa的乘积，为单位塔截面积的惰性气体摩尔流量，1/KYa反映传质阻力大小。因此，当G/为一定值时， HOG大小反映传质阻力大小。若传质阻力小，则HOG小，填料层高度可以小。体积传质系数KYa（或KXa，kYa，kXa）随气、液流量的变化较大，而传质单元高度的变化较小。例如，而，所以。在常用的填料塔中，传质单元高度的数量级为0.11.0m。4. 设计计算4.1基础物性数据与填料塔物料数据的计算4.1.1气相与液相物性数据的计算溶液的物性数据可近似取无水乙醇的物性数据。由化工手册查得乙醇的有关物性数据如下：密度为：粘度为： 空气的密度可近似取为： 甲苯的摩尔质量：4.1.2亨利系数的计算下甲苯溶于乙醇溶液的亨利系数近似取为： 相平衡常数为： 4.1.3填料塔物料衡算 惰性气体流量： 甲苯气体流量： 进塔气体组成： 假定排出甲苯浓度为出口甲苯气体流量： 出塔气体组成： 进塔液体组成：（纯溶剂吸收）4.1.4吸收剂最小用量的计算吸收剂最小用量为：一般取适宜液气比为最小液气比的，此处取1.5倍。实际吸收剂用量为：塔底出口液相组成为： 4.2 填料塔直径的计算4.2.1填料塔泛点气速的计算 通过 埃克特关联图 查询得： 填料塔泛点气速为：一般取 此处取0.8 ，则4.2.2填料塔直径的计算填料塔直径的大小可根据流体力学公式计算：4.3 填料塔高度的计算4.3.1传质单元数的计算选择对数平均推动力法求传质单元数4.3.2传质单元高度的计算填料塔的横截面积：入塔空气的质量速度：入塔甲苯的质量速度：入塔混合气体的质量速度：入塔液体的质量速度：由气相转移到液相的甲苯的质量速度：出塔混合气体的质量速度：出塔混合液体的质量速度：塔顶的吸收系数：塔底的吸收系数： 传质单元高度为：4.3.3填料塔高度的计算填料塔高度为：5. 课程设计小结课程设计是我们在校大学生必须经过的一个过程，通过课程设计的锻炼，可以为我们即将要准备的毕业论文打下坚实的基础。此次设计基本能按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行并且顺利完成通过这次课程设计，我对本专业的知识有了更进一步的掌握，此次设计填料吸收塔的过程中，充分运用了大气污染控制工程，化工原理，环境工程原理等课程的相关知识，同