填料吸收塔课程设计.doc

徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 1 XuzhouXuzhou CollegeCollege of of IndustrialIndustrial TechnologyTechnology 填料吸收塔课程设计说明书填料吸收塔课程设计说明书 专专 业业 化化 学学 制制 药药 班班 级级 制药制药 111 姓姓 名名 石亮亮石亮亮 班班 级级 学学 号号 1132104123 指指 导导 老老 师师 刘刘 郁郁 日日 期期 2013-04-10 成成 绩绩 化工单元操作课程设计任务书 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 2 班级：制药 111 姓名：石亮亮 学号： :1132104123 常压下，在填料吸收塔中用清水吸收炉气中的二氧化硫 一、设计条件 1.操作方式：连续操作； 2.生产能力：处理炉气量：2500+学号； 3 /mh 3. 操作温度：25； 4.操作压力：常压 101.3kPa； 5.进塔混合气含量；二氧化硫的体积分数为（5.0+学号0.01）；其余 为空气； 6.进塔吸收剂：清水； 7.二氧化硫回收率：95； 2、设计要求 1.流程布置与说明； 2.工艺过程计算； 3.填料的选择； 4.填料塔工艺尺寸的确定； 5.输送机械功率的选型； 3、设计成果 1.设计任务书一份（A4 打印） ； 2.设计图纸：填料工艺条件图（CAD：A3 幅面） 4、设计时间(化学制药 111 班) 2013 年 3 月 25 日-2013 年 4 月 5 日 化学制药教研室 2013 年 3 月 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 3 目录 摘要：摘要： .4 第一章第一章 前言前言 .4 1.1 填料塔简介：.5 1.2 吸收技术概况：.5 1.3 吸收设备的发展.5 1.4 吸收在工业生产中的应用.5 第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定 .6 2.1 流程方案.6 2.4 吸收剂的选择.6 2.5 填料的类型与选择.7 第三章第三章 吸收工艺流程的确定吸收工艺流程的确定 .7 3.1 任务及操作条件.7 3. 2 工艺流程的确定 7 第四章第四章 吸收塔的工艺计算吸收塔的工艺计算 .8 4.1 基础物性数据.8 4.1.1 液相物性数据8 4.1.2 气象物性数据9 4.1.3 气液两相平衡时的数据9 4.2 物料衡算.9 4.2.1 进塔混合气中各组分的量.10 4.2.2.混合气进出塔的摩尔组成10 4.2.3 混合气进出塔摩尔比组成10 4.2.4 出塔混合气量11 4.2.5.吸收剂的用量11 4.2.6 塔底吸收液组成 X111 4.2.7 操作线方程.12 4.3 填料塔的工艺尺寸的计算12 4.3.1 塔径的计算.12 4.3.2 操作气速.14 4.3.3 塔径.15 4.3.4 泛点率校核：.15 4.3.5 液体喷淋密度校核：.15 4.4 填料高度的计算.15 4.4.1 传质单元数 NOG.15 4.4.2 传质单元高度的计算16 4.4.3 填料层高度的计算18 4.4.4 填料层压降计算.19 4.5 辅助设备的计算及选型.20 4.5.1.除雾沫器20 4.5.2.液体分布器简要设计20 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 4 4.5.3 布液计算21 4.6.填料支承装置.22 4.7.填料限定装置.24 4.7.1 塔附属高的确定24 4.7.2 人孔.24 设计结果汇总设计结果汇总 .25 主要符号说明主要符号说明 .27 设计过程的评述及有关问题的讨论设计过程的评述及有关问题的讨论 .29 参考文献参考文献 .30 课程设计总结：课程设计总结： .31 附主题设备条件图附主题设备条件图 .31 摘要：摘要： 气体吸收过程是利用混合气体中，根据各组分在液体中溶解度或化学反应活 性的差异，使其在各个组分加以分离，其目的是： 1.回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取有 利有价值的产品； 2.除去混合气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理；或除去 工业放空尾气中的有害物质，以免污染大气。 运用填料塔吸收有害气体是减少大气污染的 有效方法之一 实际过程往往同 时兼有净化和回收双重目的。气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间 某种物理和化学性质的差异而进行的。根据不同性质上的差异，可以开发出不 同的分离方法。 吸收操作仅为其中之一，它利用混合 物中各组分在液体中溶解度或化学反 应活性的差异，在气液两相接触时发生传质， 实现气液 混合物的分离。一般 来说，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原料气 的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收 过程。 填料塔作为主要设备之一，越来越受到青睐而且与板式塔相比，二氧化硫填 料吸收塔，以水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。此外，由于水和二氧 化硫反应生成硫酸，有很大的利用。 关键字： 课程设计 SO2吸收填料塔 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 5 第一章第一章 前言前言 1.1 填料塔简介：填料塔简介： 填料塔是塔设备的一种。塔内填充 适当高度的填料，以增加两种流体间 的接触表面。例如应用于气体吸收时， 液体由塔的上部通过分布器进入，沿 填料表面下降。气体则由塔的下部通 过填料孔隙逆流而上，与液体密切接 触而相互作用。结构较简单，检修较 方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、 萃取等操作。为了强化生产，提高气 流速度，使在乳化状态下操作时，称 乳化填料塔或乳化塔 1.2 吸收技术概况：吸收技术概况： 在化学工业中，经常需将气体混合物中的个各组分加以分离。气体吸收是物 质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。混合气体中某一组分能否进入液 相，既取决于气相中该组分的分压也取决于溶液里该组分的平衡蒸气压。如果 混合气体中该气体的分压大 于溶液中该组分的平衡蒸气压，这个组分便可自气 相转移到液相，即被吸收。转移的结果，溶 液里这个组分的浓度便升高，它的 平衡蒸汽压也随着升高，到最后，可以升高到等于它的气相 中的分压，传质过 程于是停止，这时称为气液两相达到平衡。根据两相的平衡关系可以判断传 质 过程的方向与极限。另外，传质速率与推动力成正比，与阻力成反比，两相的 浓度距离平衡 浓度越大，则传质的推动力越大，传质速率与越大。 吸收技术 是从气液两相的平衡关系与传质速率关系着手，利用气体混合物中各组分在特 定的液体吸收剂中的溶解度不同的基本原理，最终实现各组分分离的目的。 1.3 吸收设备的发展吸收设备的发展 吸收设备有多种类型，如填料塔、板式塔、喷洒塔和鼓泡塔等。最常用的有 填料塔与板式 塔。填料塔中装有诸如瓷环之类的填料；气液接触在填料中进行。 板式塔中装有筛孔塔板，气液亮相在塔板上鼓泡进行接触。工业模型的填料塔 始于 1881 年的蒸馏操作中，1904 年采用于炼油工业，当时的填料是碎 砖瓦、 小石块和管子缩节等。20 世纪初填料塔进入了一个新的发展阶段。 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 6 1.4 吸收在工业生产中的应用吸收在工业生产中的应用 （1） 原料气的净化为除去原料气中所有的杂质，吸收可说是最常用的方法。 （2） 有用组分的回收 如从焦炉煤气中用水回收氨，再用洗油回收粗苯蒸 气（包括苯、甲苯、二甲苯等） ，以及从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。 （3） 默写产品的制取 将气体中需要的成分以指定的溶剂吸收出来，成为 溶液态的成品或半 成品。如制酸工业中含 HCL、NOX(氮氧化物)或 SO3 的气体 制取盐酸、硝酸或硫酸；甲醇（乙醇）蒸气经氧化后，用水吸收以制成甲醛 （乙醛）半成品等。 （4） 废弃的治理 很多工业废气中含有 SO2 、NOX （主要是 NO 及 NO2） 、汞蒸气等有害成分，虽然浓度一般甚低，但对人体和环境仍危害甚大 而必须进行治理。选择适当的工艺和 溶剂进行吸收，使废气治理中应用较广的 方法。当然，以上目的有时也难以截然分开，如干燥废气中的有机溶剂，能回 收下来就很有价值，任其排放则会污染大气。 第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定 2.1 流程方案流程方案 指完成设计任务书所达的任务采用怎样的工艺路线，包括需要哪些装置设 备， 物料在个设备间的走向，哪些地方需要有观测仪表、调节装置，有哪些取样 点 以及是否需要有备用支线等。 2.2 设备方案设备方案 根据设备要求，确定选用什么形式的设备。若选用填料塔， 塔内填料的型 式、尺寸和材质如何选定。方案的确定需要加以论证，在技术上可行的基础上 考虑经济性。 2.3 流程布置流程布置 吸收装置的流程布置是指气体和液体进出吸收塔的流向安排。 主要有逆流 操 作、并流操作、吸收剂部分再循环操作、单塔或多塔串联操作，根据生产任 务、 工艺特点，结合各种流程的优缺点， 逆流操作时传质平均推动力大，分 离程度高， 吸收剂利用率高，所以此次设计采用常规逆流操作的流程。 2.4 吸收剂的选择吸收剂的选择 吸收剂性能的优劣是决定吸收操作效果的关键之一，选择应考虑以下几方面： (1)溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量； (2)选择性要好，对溶质组分有良好的溶解能力，对其他组分不吸收或甚微。 (3)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)吸收剂在操作温度下粘度要低，且不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好 的 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 7 气液接触状况； (5)对设备腐蚀性小或基本无腐蚀性，尽可能无毒。 (6)价廉、易得、化学稳定性好，便于再生，不易燃烧等。一般来说，任何一 种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用是要针对具体情况和主要因素既考虑 工艺要求又兼顾到经济合理性。 2.5 填料的类型与选择填料的类型与选择 填料是填料塔中气液接触的基本构件， 其性能的优劣是决定填料塔操作性 能的主 要元素，因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体， 一般以随机的方式 堆积在 塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点的不同，又 可分为环形填 料，鞍形填料，环鞍形填料及球形填料等。 对于水吸收 SO2的 过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填 料。 在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用 DN38 聚丙 烯阶 梯环填料。 阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少 了一半，并在一端增 加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外 壁的平均路径大为缩短，减 少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了 填料的机械强度，而且使填料之间 由线接触为主变成以点接触为主，这样不但 增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填 料表面流动的汇集分散点，可以促进 液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成 为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。 第三章第三章 吸收工艺流程的确定吸收工艺流程的确定 3.1 任务及操作条件任务及操作条件 1.操作方式：连续操作； 2.生产能力：处理炉气量：2500+学号； 3 /mh 3. 操作温度：25； 4.操作压力：常压 101.3kPa； 5.进塔混合气含量；二氧化硫的体积分数为（5.0+学号0.01）；其余 为空气； 6.进塔吸收剂：清水； 7.二氧化硫回收率：95； 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 8 3. 2 工艺流程的确定工艺流程的确定 采用常规逆流操作流程，流程图如图二所示： 图二 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 9 第四章第四章 吸收塔的工艺计算吸收塔的工艺计算 4.1 基础物性数据基础物性数据 4.1.1 液相物性数据液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。 由手册查得，25时水的有关物性数据如下： 密度为: 3 1 . 997mkg L 粘度: ：hmkgaP L 2173. 30008973 . 0 表面张力： 2 93273197.71hkgcmdyn L SO2在水中的扩散系数为： hmsmDL 2629 10206 . 6 10724 . 1 4.1.2 气象物性数据气象物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 molgMyM iivm 884.30299477 . 0 06.640523 . 0 混合气体的平均密度为 3 2624 . 1 15.298314 . 8 /884.30325.101mkgRTPM Vm 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的 25空气的粘度为 hmkgsPa V 066 . 0 1083 . 1 5 25时 SO2在水中的扩散系数： hmsmDV 225 051. 010422 . 1 4.1.3 气液两相平衡时的数据气液两相平衡时的数据 常压下 25SO2在水中的亨利系数为 kPaE 3 1013 . 4 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 10 相平衡常数为 76.40 3 .101 3 1013 . 4 P E m 溶解度系数为 33 0134 . 0 02.1810 13 . 4 2 . 997 kPamkmol EM H 4.2 物料衡算物料衡算 全塔全塔物料衡算图所示是一个定态操作逆流接触的吸收 VRY1 LSX2 塔，图中各符号的意义如下: VR-惰性气体的流量，kmol/h； LS-纯吸收剂的流量，Kmol/h； Y1,Y2-进出吸收塔气体的摩尔比 X1,X2-出塔及进塔液体中溶质物质的量的比。 VR Y2 LS X2 4.2.1 进塔混合气中各组分的量进塔混合气中各组分的量 近似取塔平均操作压强为 101.3kPa 所以： 混合气量=hkmol189.103 4 . 22 1 2515.273 15.273 2523 混合气 SO2中量 =hkmol397 . 5 0523 . 0 189.103 =hkg72.35406.64379 . 5 设混合气体中惰性气体为空气，则混合气体中空气量= hkmol972.97397 . 5 189.103 = hkg283529972.97 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 11 4.2.2.混合气进出塔的摩尔组成混合气进出塔的摩尔组成 00275 . 0 95 . 0 1397 . 5 972.97 95 . 0 1397 . 5 2 y 4.2.3 混合气进出塔摩尔比组成混合气进出塔摩尔比组成 进塔气相摩尔比为 055 . 0 0523 . 0 1 0523 . 0 1 1 1 1 y y Y 出塔气相摩尔体积 00275 . 0 95. 01055 . 0 1 12 A YY 4.2.4 出塔混合气量出塔混合气量 出塔混合气量hkmol242.9805 . 0 397. 5972.97 hkg72.283505 . 0 72.3542835 4.2.5.吸收剂的用量吸收剂的用量 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算 2 1 21 min X m Y YY V L 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为0 2 X 722.38 076.40055 . 0 00275 . 0 055 . 0 min V L 取操作液气比为 minmin 3 . 1 V L V L 0523. 0 1 y 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 12 339.50722.383 . 1 V L hkmolL18.4931972.97339.50 4.2.6 塔底吸收液组成塔底吸收液组成 X1 2121 XXLYYV 00139 . 0 18.4931 00275 . 0 055 . 0 972.97 1 X 4.2.7 操作线方程操作线方程 依据操作线方程00275 . 0 972.97 18.4931 22 XX V L YX V L Y 00275 . 0 33.50XY 4.3 填料塔的工艺尺寸的计算填料塔的工艺尺寸的计算 4.3.1 塔径的计算塔径的计算 采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为: hkgWv04.31852624 . 1 2523 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 hkgWL86.8885902.1818.4931 其中： 3 1 . 997mkg L 3 2624 . 1 mkg V 282 1027 . 1 18 . 9 hmsmg hkgWV04.3185 hkgWL68.88859 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 13 sPa L 0008937 . 0 1 采用 Ecekert 通用关联图法计算泛点气速 uF 通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下： 图三 填料塔泛点和压降的通用关联图（引自（化工原理） ） u0 空塔气速，；sm -湿填料因子，简称填料因子， 1/m -水的密度和液体的密度之比； g-重力加速度， 2 sm 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 14 、-分别为气体和液体的密度， V L 3 mkg 、-分别为气体和液体的质量流量， V w L wskg 此图适用于换堆的颗粒型填料，如拉西环、弧鞍型填料、矩鞍形填料、鲍尔环 等， 其上还绘制了整切拉西环和弦栅填料的泛点曲线。对于其他填料，尚无可靠的 填料因子数据。 Eckert 通用关联图标的横坐标为 993 . 0 1 . 997 2624 . 1 04.3185 86.88859 5 . 0 5 . 0 L V V L W W 查表查得纵坐标值为 022 . 0 2 . 0 L L VF g u 表一表一 散装填料泛点填料因子平均值散装填料泛点填料因子平均值 填料因子，1/m 填料类型 DN16DN25DN38DN50DN76 金属鲍尔环 410117160 金属环矩鞍 170150135120 金属阶梯环 160140 塑料鲍尔环 28018414092 塑料阶梯环 550260170127 瓷矩鞍 1100550200226 瓷拉西环 1300832600410 （ 化工原理课程设计附录十一） 查得11 1 170 m F sm g u LVF L F 9796 . 0 8937 . 0 2624 . 1 1170 1 . 99781 . 9 022 . 0 022 . 0 2 . 02 . 0 4.3.2 操作气速操作气速 由以下公式计算塔径：（化工原理课程设计 ） 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 15 u Vs D 4 对于散装填料其泛点率的经验值为 85 . 0 5 . 0 F uu 取smuu F 6857 . 0 9796 . 0 7 . 07 . 0 4.3.3 塔径塔径 由m u Vs 141 . 1 6857 . 0 14 . 3 3600252344 圆整塔径，取mD2 . 1 4.3.4 泛点率校核：泛点率校核： smu621 . 0 2 . 1785 . 0 36002523 2 (在允许范围内)%27.60%100 9796 . 0 621 . 0 F u u 4.2.5 填料规格校核： 8 38 1200 d D 4.3.5 液体喷淋密度校核：液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 hmmLw 3 08 . 0 min 查填料手册得 塑料阶梯环比表面积 hm m at 2 5 . 132 hmmaLwU t 2 min 6 . 10 5 . 13208 . 0 min min82.93 2 . 1785 . 0 1 . 99786.88859 3 2 UhmmU 经以上校核可知，填料塔直径选用合理mmD1200 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 16 4.4 填料高度的计算填料高度的计算 4.4.1 传质单元数传质单元数 NOG 05667 . 0 00139 . 0 76.40 11 mXY 0 22 mXY 解吸因数为: 809 . 0 18.4931 972.9776.40 L mV S 气相总传质单元数为： S YY YY s S NOG * 22 * 21 - - )-1 (ln -1 1 022 . 8 809 . 0 000275 . 0 0055 . 0 809 . 0 1ln 809 . 0 1 1 4.4.2 传质单元高度的计算传质单元高度的计算 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 2 . 0 2 05 . 0 2 2 1 . 075 . 0 45 . 1 exp1 tLL L L tL Lt L L c t w a U g aU a U a a 表二： 常见材质的临界表面张力常见材质的临界表面张力 材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡 表面张力, mN /m 56617333407520 得hmkgcmdyn c 2 42768033 液体质量通量为： hmkgUL 2 2 17.76277 2 . 1785 . 0 86.88859 气膜吸收系数由下式计算： 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 17 2 . 0 2 05 . 0 82 2 1 . 075 . 0 2173 . 3 932731 1 . 997 17.76277 1027 . 1 1 . 997 5 . 13217.76276 2173 . 3 5 . 132 17.76276 932731 427680 45 . 1 exp1 t w a a 6416 . 0 气体质量通量为： RT Da Da U K Vt VV V Vt V G 3 1 7 . 0 237 . 0 气体质量通量为： hmkgUV 2 2 03.2734 2 . 1785 . 0 2624 . 1 2523 298314 . 8 051 . 0 5 . 132 051 . 0 2624 . 1 066 . 0 066 . 0 5 . 132 03.2734 237 . 0 3 1 7 . O G K hkPamkmol 2 0137 . 0 液膜吸收系数由下式计算: 3 1 2 1 3 2 0095 . 0 L L LL L LW L L g Da U K 3 1 8 2 1 6 3 2 1 . 997 1027 . 1 2173 . 3 10206 . 6 1 . 997 2173 . 3 2173 . 3 5 . 1326047 . 0 17.72276 0095 . 0 = hm433 . 1 查表三: 常见填料塔的形状系数常见填料塔的形状系数 填料类型球形棒形拉西环弧鞍开孔环 值 0.720.7511.191.45 本设计填料类型为开孔环 所以，则45 . 1 1 . 1 WGG aKaK = 1 . 1 45 . 1 6047 . 0 5 .1320137 . 0 hkPamkmol 3 307 . 2 4 . 0 WLL aKaK 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 18 4 . 0 45 . 1 6407 . 0 5 . 132433 . 1 hl14.141 又因 %50%21.60 F uu 需要按下式进行校正，即 aK u u aK G F G 4 . 1 5 . 05 . 91 aK u u aK L F L 2 . 2 5 . 06 . 21 可得： hkPamkmolaKG 3 4 . 1 092. 3307 . 2 5 . 0621 . 0 5 . 91 hlaKL89.14114.1415 . 0621 . 0 6 . 21 2 . 2 则 89.1410134 . 0 1 092 . 3 1 1 11 1 aHKaK aK LG G hkPamkmol 3 2784 . 1 由 aPK V K V H GY OG 2 2 . 1809 . 0 3 . 1012784 . 1 972.97 m689 . 0 4.4.3 填料层高度的计算填料层高度的计算 由022 . 8 689 . 0 OGOG NHZ m53 . 5 根据设计经验，填料层的设计高度一般为 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 19 945 . 12 . 1 ZZ 式中 Z 设计时的填料高度，m; Z工艺计算得到的填料层高度，m; 得: 53 . 5 25 . 1 Z m9 . 6 设计取填料层高度为 mZ7 查： 表四表四 散装填料分段高度推荐值散装填料分段高度推荐值 填料类型 h/DHmax/m 拉西环 2.54 矩鞍58 6 鲍尔环510 6 阶梯环815 6 环矩鞍515 6 对于阶梯环填料 6; 8 max h D h 取mmh D h 960012008; 8 计算得填料层高度 9600mm, mmmm96007300 故需分为两段，每段高 3.45m 4.4.4 填料层压降计算填料层压降计算 采用 Eckert 通用关联图计算填料层压降。 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 20 横坐标为397 . 0 5 . 0 L V V L W W 表五 散装填料压降填料因子平均值 填料因子，1/m 填料类型 DN16DN25DN38DN50DN76 金属鲍尔环306 11498 金属环矩鞍 13893.47136 金属阶梯环 11882 塑料鲍尔环34323211412562 塑料阶梯环 17611689 瓷矩鞍700215140160 瓷拉西环1050576450288 查表得， 1 116 m p 纵坐标为： 2 . 0 2 2 . 0 2 8937 . 0 1 . 997 2624 . 1 81 . 9 1116621 . 0 L L V g u 0068 . 0 查 Eckert 通用关联图得： mPaZP29.118 填料层压降为： PaP03.828729.118 4.5 辅助设备的计算及选型辅助设备的计算及选型 4.5.1.除雾沫器除雾沫器 穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴，因此需在塔顶气体排出口前设置 除沫器，以尽量除去气体被夹带的液体雾沫，SO2溶于水中易于产生泡沫为了 防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 21 使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。丝网除沫器：一般取丝网厚度 ，气体通过除沫器的压降约为 120250pammH150100 通过丝网除沫器的最大速 smku G GL 327 . 2 2624 . 1 2624 . 1 1 . 997 085 . 0 实际气速为最大气速的 0.750.8 倍，所以实际气速smu75 . 1 3277 . 2 75 . 0 4.5.2.液体分布器简要设计液体分布器简要设计 （1）液体分布器的选型 该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。 （2）分布点密度计算 查表六: 表六表六 EckertEckert 的散装填料塔分布点密度推荐值的散装填料塔分布点密度推荐值 塔径，mm分布点密度， 2 /m点塔截面 D=400330 D=750170 D120042 按 Eckert 建议值，因该塔 液相负荷较大，设计取喷淋点密度为 120 点/. 2 m 布液点数为点13666.1351202 . 1785 . 0 2 n 按分布几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。 设计结果为：二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽为 80nm，槽高度为 210nm。 两槽中心距为 160nm 分布点采用三角排列，实际设计分布点为 n=136 点 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 22 槽式液体分布器二级槽的布液点示意图 4.5.3 布液计算布液计算 由重力型液体分布器布液能力计算 由HgndLs2 4 2 0 式中 Ls液体流量，；sm3 n开孔数目（分布点数目） ； 孔流系数，通常取；60 . 0 55 . 0 孔径，m； 0 d 开孔上方的液位高度，m。H 取，nmH160,60 . 0 5 . 0 0 2 4 Hgn L d s 则 5 . 0 ) 16 . 0 81 . 9 26 . 013614 . 3 3600 1 . 997/17.762764 ( m014 . 0 设计取mmd14 0 液体分布器的安装一般高于填料层表面 150300mm（取决于操作弹性） ，槽 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 23 式分布器主槽分槽高度均取 210mm，主槽宽度为塔径的 0.70.8，这里取塔径 的 0.7，分槽宽度由液体量及停留时间确定，最低为 50mm 为宜，最高液位由 操作弹性塔内允许高度及造价确定，一般 200mm 左右。 2.液体再分布器升气管式液体再分布器 在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流， 塔中心处填料的不到好的湿润，形成所谓的“千锥体”的不正常现象，减少了 气液两相的有效接触面积。因此每隔一定的距离设置液体再分布器装置，以克 服此现象。 由于塔径为 1200mm，因此可选升气管式再分布器，分布外径 1180mm，升气 管数 8. 4.6.填料支承装置填料支承装置 填料支撑结构是用于支承塔内填料及其所特有的气体和液体的重量之装置。 对 填料支承结构的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量；提供足够的自 由截面以 使气、液两相流体顺利通过，防止产生液泛；有利于液体的再分布； 耐腐蚀，易制造， 易装卸等。 常用的填料支承板主要有栅板式和气体喷射式等结构。 1）栅板式支承板 栅板式的支承结构较为常见，由竖立的扁钢制成。栅板可以制成整块式或分块 式 的。一般直径小于 500mm 的塔可以采用整块式栅板；直径为大于 600mm 的塔，可以 根据情况将栅板分成若干块，每块宽度在 300400mm 之间，以 便于装卸。栅条间距 为填料外径的 0.60.8 倍。在直径较大的塔中，当填料环 尺寸较小时，也可采用间距较大的栅板. 2）气体喷射式支承板 气体喷射式支承板的结构特点是：为气体和液体提供了不同的通道，气体易于 进 入填料层，液体也可自由排出，避免了因液体积聚而发生液泛的可能性，并 有利于液体的均匀再分配。 气体喷射式支承板有圆柱升气管式和梁式，而以梁式较为优越，梁式支承板用 于小塔可制成整体式， 用于大塔则分块制作或塔内组装。 它可提供超过 90% 的自由截面 ，保证气体通量大，阻力小。因此，在新型填料塔中广泛采用 （有时甚至达到 100%）了这种结构。 这里选用分块梁式支承板。 4 填料限定装置 为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方设 置填料压紧装置。 对于塑料散装填料，本设计选用创层限制板。 6 表七 气体和液体的进出口装置 管道的公称 通径 758090100120130140160185205235260315 1 气体和液体的进出口直径的计算 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 24 由公式 u V d S 4 VS 为流体的体积流量，sm3 u 为适宜的流体流速，sm 常压气体进出口管气速可取液体进出口速度可取sm2010sm5 . 18 . 0 （必要时可加大） 。 选气体流速为由sm15smVS 2 701 . 0 36002523 代入 u V d S 4 得：mmd243 圆整之后，气体进出口管径为mmd250 选液体流速为由sm0 . 2smVS 3 0251 . 0 1 . 9973600/02.1818.4931 代入上式公式得mmd0251 . 0 圆整之后液体进出口管径为260d 2 底液出口管径：选择mmd75 3 泵的选型由计算结果可以选用;ISI00-80-125 型的泵 4.7.填料限定装置填料限定装置 为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方 设置填料压紧装置。 对于塑料散装填料，本设计选用创层限制板。 4.7.1 塔附属高的确定塔附属高的确定 塔的附属空间高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器和液体再 分度器所需的空间高度，塔的底部空间高度以及塔的群坐高度。塔的上部空间 高度是指塔填料层以上，应有一足够的空间高度，以使随气流携带的液滴能够 从气相中分离出来，该高度一般取 1.2-1.5。安装液体再分布器所需的塔空间 高度依据所用分布器的形式而定一般需要 1-1.5m 的高度。 塔的底部空间高度是指塔底最下一块塔板到塔底封头之间的垂直距离。该 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 25 空间高度含釜液所占的高度及釜液面上方的气液分离高度的两部分。釜液所占 空间高度的确定是依据塔的釜液流量以及釜液在塔内的停留时间确定出空间容 积，然后根据该容积和塔径计算出塔釜所占的空间高度。 塔底液相液相停留时间按 1min 考虑，则塔釜液所占空间为 1 2 1 60 3194.19 18.02 3.2 0.785 3600 998.2 1.0 hm 考虑到气相接管所占的空间高度，底部空间高度可取 1.5 米，所以塔的附 属空间高度可以取 3.7 米。 4.7.2 人孔人孔 表八 人孔 公称压力公称直径密封面型标准号 常压 450 mm 平面(FS) HG21515-95 设计结果汇总设计结果汇总 课程设计名 称 水吸收 SO2填料吸收塔的设计 操作条件操作温度 25操作压力：101.3 kPa 物性数据物性数据 液相气相 液体密度 997.1kg/m3 混合气体 平均摩尔 质量 30.884kg/kmol 液体粘度 3.2173kg/(m h) 混合气体 的平均密 度 1.2624kg/m3 液体表面张力 932731 混合气体 的粘度 0.066kg/(mh) SO2在水中的扩 散系数 6.02610-6m2/h SO2在空气 中的扩散 系数 0.051m2/h 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 26 重力加速度 1.27108m/h 气相平衡数据气相平衡数据 SO2在水中的亨利系数 E相平衡常数 m溶解度系数 H 4.13103 kpa40.760.0134kmol/kPam3 物料衡算数据物料衡算数据 Y1Y2X1X2 气相流量 V液相流量 L最小液气 比 操作液气 比 0.0550.002750.00139098.242 kmol/ h 4931.18 kmol/ h 38.77250.339 工艺数据工艺数据 气相质量流 量 液相质量流量塔径气相总 传质单 元数 气相总传质 单元高度 填料层 高度 填料层压降 3185.0488859.861.2m8.0220.689m7.0m828.03pa 填料塔附件填料塔附件 除沫器液体分布器填料限定装置填料支承板液体再分布器 丝网式二级槽式床层限制版分块梁式升气管式 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 27 主要符号说明主要符号说明 at填料的总比表面积，m2/m3 aW填料的润湿比表面积，m2/m3 d填料直径，m； D塔径，m； DL液体扩散系数，m2/s； Dv气体扩散系数，m2/s ； ev液沫夹带量,kg(液)/kg(气)； g重力加速度，9.81 m/s2 ； h填料层分段高度，m； HETP 关联式常数； hmax允许的最大填料层高度，m； 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 28 HB塔底空间高度，m； HD塔顶空间高度，m； HOG气相总传质单元高度，m； kG气膜吸收系数，kmol/(m2skPa)； kL液膜吸收系数，m/s； KG气相总吸收系数，kmol/(m2skPa)； Lb液体体积流量，m3/h； LS液体体积流量，m3/s； LW润湿速率，m3/(ms)； m相平衡常数，无因次； n筛孔数目； NOG气相总传质单元数； P操作压力，Pa； P压力降，Pa； u空塔气速，m/s； uF泛点气速，m/s u0.min漏液点气速，m/s； u0液体通过降液管底隙的速度，m/s； U液体喷淋密度，m3/(m2h) UL液体质量通量，kg/(m2h) Umin最小液体喷淋密度，m3/(m2h) Uv气体质量通量，kg/(m2h) Vh气体体积流量，m3/h； VS气体体积流量，kg/s； wL液体质量流量，kg/s； wV气体质量流量，kg/s； x液相摩尔分数； X液相摩尔比 Z y气相摩尔分数； 徐州工业职业技术学院化工单元操作课程设计 29 Y气相摩尔比； Z板式塔的有效高度，m； 填料层高度，m。 希腊字母 空隙率，无因次； 粘度，Pas； 密度，kg/m3； 表面张力，N/m； 开孔率或孔流系数，无因次； 填料因子，l/m； 液体密度校正系数，无因次。 设计过程的评述及有关问题的讨论设计过程的评述及有关问题的讨论 吸收单元的操作型设计与计算，在工业中起着非常重要的作用，要求也是很 严格的，所以合理设计和实用性是必须的。 吸收塔在工业中有着它非常重要的位置