水吸收二氧化硫填料吸收塔设计--化工原理课程设计.docx

1.课程设计目的化工原理课程设计是同学们根据学习的化工原理的相关知识并结合老师在课堂上所教授的内容进行进一步的学习和实践。培养自己工程设计能力和自主学习的能力。通过化工原理课程设计的实践，可以逐渐培养学生的编程能力，计算机制图的能力以及加深学生对这门课程的理解与认识。化工原理课程设计是以实际训练为主的课程，学生应在过程中收集设计数据，在教师指导下完成一定的设备设计任务，以达到培养设计能力的目的。从这个意义上来说，掌握化工单元操作设计的基本程序和方法，培养工程设计能力十分重要。进项课程设计实践也是大学必不可少的环节。2课程设计题目描述和要求2.1 设计题目描述(1) 设计题目水吸收二氧化硫填料吸收塔设计设计一座填料吸收塔，用于脱除废气中的SO2，混合气(空气、SO2)的处理量为1000m3/h，其中进口含SO2为:10%质量分数），采用清水进行逆流吸收。要求塔吸收效率达92%。吸收塔操作条件：常压100kPa(绝)；恒温，气体与吸收剂温度：303K清水取自自来水。设计满足吸收要求的填料塔及附属设备；选择合适的流体输送管路与动力设备（求出扬程、选定型号等），并核算离心泵安装高度。设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）吸收塔的物料衡算； （3）吸收塔的工艺尺寸计算； （4）填料层压降的计算； （5）液体分布器简要设计； （6）绘制液体分布器施工图（7）吸收塔接管尺寸计算； （8）设计参数一览表；（9）绘制生产工艺流程图 （10）绘制吸收塔设计条件图（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论3. 课程设计方案3.1吸收剂的选择本题吸收剂要求用清水3.2吸收装置的流程本题要求逆流操作3.3吸收塔设备及填料的选择3.3.1吸收塔设备本题要求是填料塔3.3.2填料的选择塔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因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。在选择塔填料时应考虑如下几个问题：（1）比表面积要大 比表面积a是指单位体积的填料层所具有的表面积，大的比表面积和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。（2）空隙率大 空隙率是指单位体积的填料所具有的空隙体积，填料的空隙率大，气液通过的能力大，气体流动的阻力小，填料的空隙率一般在0.45-0.95范围。（3）堆积密度小 堆积密度是指单位体积填料的质量，在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量减薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。（4）填料的几何形状 填料的几何形状对填料的流体力学和传质性能有着重要的影响。（5）填料的材质 工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类，不同的材质适应于不同的操作条件9。 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，故此选用聚丙烯阶梯环填料。2.4吸收剂再生方法的选择依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方案，工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生、加热再生及气提再生等。A. 减压再生（闪蒸） 吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得融入吸收剂中的溶质得以再生。该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需要在真空条件下进行，则过程可能不够经济B. 加热再生 加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于吸收温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸气作为加热介质，加热方法可依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热。3课程设计报告内容吸收塔的工艺计算3.1 基础物性数据 操作条件（1）操作压力：100kPa(绝)（2）操作温度 303K（3）吸收剂用量为最小用量的1.8倍（4）进口含SO2为:10%（质量分数）换算为摩尔分数为4.80%3.1.1 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，303K时水的有关物性数据如下：ML=18.02kgkmol密度 L=995.7kgm3黏度L=801.010-6Pas表面张力为C=0.07122Nm在水中的扩散系数为DL=2.210-9m2s3.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为由M空气=29kgkmol MSO2=64kgkmolM=M空气1-y1+MSO2y1=291-0.048+640.048=30.68kgkmol得混合气体的密度为：M=(MP)RT=(30.68100)(8.314303)=1.218kgm3混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查资料得303K空气的黏度为G=0.0000186Pas查手册得SO2在空气中的扩散系数为DL=1.46910-5m2s3.1.3气液相平衡数据查表得常压下303K时SO2在水中的亨利系数为E=4.85103kPa相平衡常数为m=EP=4.85103100=48.5溶解度系数为H=CE=L(EML)=995.7(4.8510318.02)=0.0114kmolm-3kPa-13.2物料衡算全塔物料衡算图212所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：惰性气体的流量，kmolh；L纯吸收剂的流量，kmolh；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量的比。注意：本课程设计中塔底截面一律以下标“l”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。进口气体的体积流量：V=2000m3h 二氧化硫的摩尔分数为：y1=0.048 进塔气相摩尔比为：Y1=y1(1-y1)=0.048(1-0.048)=0.0504回收率：=1-Y2Y1=0.92 出塔气相摩尔比 Y2=Y1(1-)=0.00403进塔惰性气体流量：V=V22.41-y1273303=200022.41-0.048273303=76.584kmolh空气的体积流量：VG=V1-y1=20001-0.048=1904m3h出口液体中溶质与溶剂的摩尔比X2=0该吸收过程属于低浓度吸收，平衡曲线可近似为直线，最小液气比可按下式计算，即LVmin=Y1-Y2X1*-X2=Y1-Y2Y2m-X2=0.0504-0.00430.050448.5-0=44.622LV=1.8LVmin=1.844.622=80.320则进塔吸收剂的流量为L=80.320V=80.32076.584=6151.227kmolh操作线方程为：Y=LVX+Y2代入数据可得Y=80.320X+0.004033.3塔径计算聚乙烯塑性阶梯环填料主要性能参数为：公称直径 38mm外径 高 厚 38.5 19 1.0 mm堆积密度 57.5kgm3比表面积 at=132.5m2m-3 空隙率 =0.91m3m-3填料因子平均值 =115m-13.3.1 塔径的计算空塔气速的确定通常由泛点气速来确定空塔操作气速。泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。采用Eckert关联式计算泛点气速：气相质量流量为：mV=20001.128=2436kgh液相质量流量为：mL=6151.22718.02=110845.111kgh则mLmV(VL)0.5=110845.1112436(1.218995.7)0.5=1.591由化工原理下册P152页图11-27 埃克特泛点和压降的通用关联图中的乱堆填料泛点线可查出，横坐标为1.585时的纵坐标数值为0.015，即uF2VL0.2gL=0.015查化工原理P149页表11-4 常用散装填料的特性数据可得，38.5mm19mm1.0mm阶梯环的填料因子=115m-1，又因液相为清水，故液体密度校正系数=1；水的黏度L=0.801mPas。泛点气速为：uF=0.015gLVL0.2=0.0159.81995.711511.2180.8010.2=1.277ms取空塔气速为泛点气速的70%，即u=0.7uF=0.71.277=0.894msD=4200036003.140.894=0.890m圆整塔径D=0.9m泛点率校核：再计算空塔气速u=VS4D2=420003600(0.9)2=0.873ms安全系数uuF=0.8731.277100%=68.36%3.3.4液体喷淋密度校核因填料为38.5mm19mm1.0mm，塔径与填料尺寸之比大于8。依式Hd(HT+hW)计算最小喷淋密度。因填料尺寸小于75mm，故取(LW)min=0.08m3(m2h)，则Umin=(LW)min=0.08132.5=10.6m3(m2h)操作条件下的喷淋密度为U=110845.111995.74(0.9)2=175.08m3(m2h)(Umin)经以上校核可知，填料塔直径选用D=900mm合理每米填料层的压降纵标 Y=YF(uuF)2=u2VL0.2gL=(0.6836)20.015=0.007横标 mLmV(VL)0.5=1.591根据以上二数值：在P152页图11-27 埃克特泛点和压降的通用关联图中确定塔的操作点，此点位于PZ=200Pam与PZ=300Pam两条等压线之间。用内插法估值可求得每米填料层的压强降约为260Pam。4 填料层高度的计算因为在吸收过程所涉及的组成范围内平衡关系为曲线，所以可以用解析法中的脱吸因数法计算传质单元数。3.4.1传质单元数的计算Y2*=mX2=0解吸因数为S=mGL=48.576.5846151.227=0.603气相总传质单元数为NOG=11-Sln1-SY1-Y2*Y2-Y2*+S=11-0.603ln1-0.6030.0504-00.00403-0+0.603=4.33传质单元高度的计算SO2用水做吸收剂时，是中等溶解度气体，气膜阻力和液膜阻力在总阻力中有相当的比例。干填料比表面积为at，实际操作中润湿的填料比表面积为aw，由于只有在润湿的填料表面才可能发生气、液传质，故aw值具有实际意义。下面介绍计算的恩田（ONDA）公式，该公式为：awat=1-exp-1.45(c)0.75(LatL)0.1(L2atL2g)-0.05(L2Lat)0.2式中，aw、at为单位体积填料层的有效传质面积及填料表面积，m2m-3；、c为液体的表面张力及填料材质的临界表面张力，mNm-1；g为重力加速度。材质c/mNm-1材质c/mNm-1材质c/mNm-1材质c/mNm-1钢75陶瓷61聚氯乙烯40表面涂石蜡玻璃73石墨56聚乙烯33液体质量通率L=110845.11140.923600=48.42kg/(m2s)则(c)0.75=(0.0330.07122)0.75=0.562(LatL)0.1=(48.42132.50.80110-3)0.1=1.845(L2atL2g)-0.05=(48.422132.5995.729.81)-0.05=1.188(L2Lat)0.2=(48.422995.70.0722132.5)0.2=0.755故awat=1-exp-1.450.5621.8451.1880.755=0.740有aw=0.740132.5=98.05气体质量通率为：G=243640.923600=1.0642kg/(m2s)则气膜吸收系数由下式计算：kG=0.237GatG0.7ScG13atDGRTGatG0.7=1.0642132.51.8610-50.7=69.94ScG13=(GGDG)13=(1.8610-51.2181.46910-5)13=1.013atDGRT=132.51.46910-58.314303=7.72710-7则kG=0.23769.941.0137.72710-7=1.29710-5kmols-1m-2kPa-1kL=0.0095LaWL23ScL-12(LgL)13LaWL23=48.4298.050.80110-323=72.437ScL-12=(LLDL)-12=(0.80110-3995.72.210-9)-12=0.0523(LgL)13=(0.80110-39.81995.7)13=0.020kL=0.009572.4370.05230.020=7.19810-4kGa=kGaw1.1=1.29710-598.0511.1=1.27210-3kLa=kLaw0.4=7.19810-498.0510.4=0.0706kGa=1+9.5uuF-0.51.4kGa=1+9.50.8731.277-0.51.41.27210-3=2.39810-3kLa=1+2.6uuF-0.52.2kLa=1+2.60.8731.277-0.52.20.0706=0.0751KGa=11kGa+1HkLa=112.39810-3+10.01140.0751=6.30910-4HOG=GKYa4D2=GKGaP4D2=76.58436006.30910-410040.92=0.5303.4.3填料层高度的计算h0=HOGNOG=0.5304.33=2.30m根据设计经验，填料层设计高度一般为h0=(1.21.5)h0，因此取h0=1.5h0=1.52.30=3.45m所以设计取填料层高度为h0=4m填料类型拉西环矩鞍鲍尔环阶梯环环矩鞍h/D2.558510815815hmaxm46666对于阶梯环填料，hD=815；hmax6m故不需分段。填料塔附属高度计算塔上部空间高度可取1.2m,塔底液相停留时间按1min考虑,则塔釜所占空间高度为h1=1606151.22718.020.920.7853600995.7=2.918m考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取2.1m,所以塔的附属高度可以取2.9m.经参考书查得；直径D=900mm的椭圆封头总深度H为250mm。填料支承装置的选择一般情况下填料支承装置应满足如下要求：（1） 足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量（持液量），并考虑填料空隙中的持液量，以及可能加于系统的压力波动，机械震动，温度波动等因素。足够的开孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撑处发生液泛；此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛。（2）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），并且结构简单，便于加工制造安装和维修。由于本题是水吸收二氧化硫的填料塔故要求有一定的耐腐蚀性，塔径及液体负荷不大，故选用栅板支承板。填料压紧装为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。填料限定可分为类：一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板；一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限制板。填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。床层限制板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其开始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。一般要求压板和限制板自由截面分率大于70%。本任务由于使用塑料填料，塔径及液体负荷不大，故选用床层限制板。3.7.3塔顶除雾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，以尽量除去气体中被夹带的液体雾沫，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使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。丝网除雾沫器：一般取丝网厚度H=100150 mm ，气体通过除沫器的压降约为120250 Pa，通过丝网除沫器的最大气速umax=k =0.085 =2.3875m/s，实际气速为最大气速的0.750.8倍 所以实际气速u=0.752.3875=1.7906 m/s。所以丝网除沫器直径D= 0.6984m3.6液体分布器的设计 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。根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器，布液孔数应应依所用填料所需的质量分布要求决定，喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大这一规律。3.6.1液体分布器的选型液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：（1）液体分布均匀 评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。分布点密度。液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差较大。大致规律是：塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。表3-1列出了散装填料塔的分布点密度推荐值。塔径，mm分布点密度，塔截面D=400330D=700280D=800180D=900140D120042分布点的几何均匀性。分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题。设计中，一般需通过反复计算和绘图排列，进行比较，选择较佳方案。分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降夜点间流量的均匀性。为保证各分布点的流量均匀，需要分布器总体的合理设计、精细的制作和正确的安装。高性能的液体分布器，要求个分布点与平均流量的偏差小于6%。（2）操作弹性大 液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为24，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊设计。（3）自由截面积大 液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35%以上。（4）其它 液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便。由于本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器；且填料层不高，可不设液体再分布器。 3.6.2分布点密度及布液孔数的计算按照Eckert建议值，D=900mm 时，喷淋点密度为140点/m2。布液点数为n=0.9140=89点。取圆盘直径为塔径的0.65-0.8倍，则圆盘直径为9000.8=720mm 分布盘厚度5mm.分布器开孔直径计算：L=4d02n2gHL液体流量,m3s；n开孔数目孔流系数，取0.550.60d0孔径，mH开孔上方的液位高度，m 取，H=200md0=4Ln2gH=4110845.1113.143600995.7890.629.810.2=0.0193m设计取 d0=19mm3.6.3塔底液体保持管高度的计算 取布液孔的直径为19mm，则液位保持管中的液位高度可由公式：L=4d2nk2gh 得h=(4Ld2nk)22g式中：布液孔直径，m L：液体流率，m3/s ：布液孔数 ：孔流系数 ：液体高度，m ：重力加速度，m/s2值由小孔液体流动雷诺数决定，可取k=0.600.62，取k=0.60h=(4Ld2nk)22g=(4110845.1113.14995.736000.0192890.6)2(29.81)=0.2128m根据经验 ，则液位保持管高度为：h=1.15h=1.150.2128=0.245m3.5填料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1.2m（包括除沫器高度）。设塔底液相停留时间为60s，则塔釜液所占空间高度为：h=60110845.111/995.70.7850.923600=2.9m考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取1m, 所以塔的附属高度为h=1.2+2.9+1=5.1m经参考书查得；直径D=900mm的椭圆封头总深度H为250mm。填料塔的计算吸收塔的总高度为9.1m3.8流体力学参数计算3.8.1 全塔压降计算（1）气体进出口压力降由后面主要接管尺寸计算可知，气体的进出口接管内径为198mm。则气体的进出口流速为:u=4200036000.7850.1982=72.208ms（突然扩大 =1）则进口P1=12Vu2=121.21872.2082=3175.32Pa（突然缩小 =0.5）则出口P2=12Vu2=0.5121.21872.2082=1587.66Pa（2）填料层压力降填料层压降计算则采用埃克特通用关联图有： 横坐标 mLmV(VL)0.5=110845.1112436(1.218995.7)0.5=1.591查表表3-1 散装填料压降填料因子平均值填料类型填料因子, 1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环30611498金属环矩鞍13893.47136金属阶梯环11882塑料鲍尔环34323211412562塑料阶梯环17611589瓷矩鞍环700215140160瓷拉西环105057645028838.5mm19mm1.0mm阶梯环的填料因子=115m-1，又因液相为清水，故液体密度校正系数=1；水的黏度L=0.801mPas。uF2VL0.2gL=0.015u2VL0.2gL=1.277211511.2180.8010.29.81995.7=0.015填料层压降为PZ=2009.81=1962Pam则P3=19624=7848Pa全塔压降P=P1+P2+P3=3175.32+1587.66+7848=12610.98Pa3.8.2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。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1.53.0m/s（必要时可加大些）1 液体进料接管进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计取u液=2.0m/s。设进料管管内径为D1=4mLu液=4110845.111995.736003.142.0=0.140m查流体输送用不锈钢无缝钢管规格：GB/T 14976-94可知，可选用热轧无缝钢管管径为152mm6mm。则实际管内径为140mm.实际通过液体接管的液速为：u液=4mLD2=4110845.111995.736003.140.1402=2.0ms和所选择的的液速一致故满足。2.液体出料接管液体出口装置应该保证应该便于塔内液体的排放，不易堵塞，而且又能将塔设备的内部与外部大气相隔离。液体出口装置在负压操作的塔设备中必须另装液封装置。由于二氧化硫溶于水后对水的流量影响不大，所以出水管取与进水管取相同的管径D=140mm3.气体进料接管采用直管进料。取气速u气=24.0m/s。设计进料管管径D2=4Gu气=4200036003.1424.0=0.172m查流体输送用不锈钢无缝钢管规格：GB/T 14976-94可知，可选用热轧无缝钢管管径为194mm11mm。则实际管内径为172mm.实际通过气体接管的液速为：u气=4GD2=4200036003.140.1722=23.92ms4.气体出料接管气体的出口结构：要能防止液滴的代出和积聚，可采用同气体进口结构相似的引出管管径D=212mm。当气体夹带液滴过多时，需另装除沫器。c.手孔和人孔为了容器便于安装和装卸内部装置，清洗内部结构需要开手孔和人孔。手孔结构通常时在一突出接口或短接管上加一盲板而成。对于较大压力容器直径大于900mm时需开设人孔。由于设备直径为450mm，因此，塔设备开设手孔。根据工作压力选择平盖手孔参数如下：公称压力/MPa公称直径Dg密封面型螺栓螺母数量螺栓直径*长度总重/kg1.57150A型平面159*6280240170842818208M20*7022.9d.接管接管直径的大小，由输送流体的流量和管内的流速确定。接管长度与接管的连接方式有关。 一般在接管一端焊上法兰，另一端焊接在设备上。接管长度为设备外壁至管法兰密封面之间的距离，该距离的长度要便于上紧螺栓，要考虑设备保温层的厚度。8.除沫器由于塔中气速较高，为了防止出塔气体中带有雾滴，耗费吸收剂同时为塔气处理带来不便，所以装有除沫器。一般塔设备顶部都装有，本设计中，因为放空气的组分只有NH3溶于水，产生的雾沫较多，而且吸收溶剂为水，气液中极少粘结物或者固体物，所以采用丝网除沫器比较理想（如下图），它比表面积大、空隙率大、结构简单、使用方便以及除沫效率高、压降小等优点。它可除去直径大于5的雾滴。应注意液体蒸发后留下固体易堵塞丝网孔影响塔的正常操作。构成是塑料丝网。本设计采用平放式。 相关参数：气速：u=KL-GG=0.09992.3-4.494.49=1.335ms盘的直径：qV,B,G=0.06643m3sDi=4qV,B,Gu=40.066433.141.335=0.2517m=251.7mm除沫器厚度：选用0.1mm,的金属丝，则除沫器厚度设计为120mm，直径250mm10.支座中小型设备采用悬挂式支座又称耳座，广泛用于立式设备中。筋板设备一般为三块。安装位置应在容器中部。本设备采用 A型耳式支座，不带垫片，标记为JB1165-81，支座AN1，材料为Q235-A3FJB1165-81支座允许的负荷/t支座的支承面积/mm2支承面上单位压力（kgcm2）尺寸/mm地脚螺栓尺寸每个支座质量/kgHbsacfS1孔径d直径1.095.110.5216010068012530825M201.611.液封采用液封结构，一来将塔内空间与外界隔绝，维持塔设备的正常操作压力；二来防止气体走短路，影响吸收效果，同时保证塔内气体排出顺畅。只要塔底维持有一段储液高度，就可以直接与泵连接，无需再设置其他的液体出口装置。12.塔高的设计计算塔设备的总高度包括塔顶空间、塔底空间、填料层高度、封头等。本设备中，基本参数为：塔底部排液口的引出管设置在填料塔右边，内径为25mm，内伸高度为50mm，外伸距离为100mm;进气口中设置在填料塔的左边，外径为76mm，与壳体最低点的垂直距离设为200mm；进气口与填料支承板底部的垂直距离设为200mm；支承板的高度为20mm 填料层高度为1750mm；莲蓬头与填料层顶部的垂直距离为180mm；清水输入管设置在塔的右边，内径为25mm，清水输送管入口处与莲蓬头的垂直距离为100mm；除沫器支承圈厚度为20mm，底部到清水输入管入口处的垂直距离为50mm；除沫器厚度为120mm，直接放置在除沫器支承板上，顶部与圆筒外壳顶部的垂直距离为20mm；塔上下两端的封头的曲面高度为88mm，直边高度25mm，封头的厚度为4mm；排气口内径为67mm，外径为76mm，竖直开在塔顶封头上，最后由榫槽面平焊法兰与排气管连接，法兰上表面与塔顶封头的竖直距离为120mm，法兰厚度为24mm；（与管的距离均为到中心线的距离）则，全塔高=100+500+140+20+1750+180+100+280+20+120+68+4+45=3327mm五.填料塔辅助设备设计计算和选型1.风机由于出口风压低于所以选择离心通风机。30度下进口混合气体的平均密度为1.218kg/m3 输送系统所需的全风压HT=168.13Pa将30度条件下的风压换算为实验条件下的风压即HT=HT1.2=168.131.21.218=165.65Pa根据进气口原料气的流量2000m3/h和实验条件下的风压165.65pa查手册的选择机号为3.15的风机，其性能参数如下表所示：机号转速全压风量出风口方向/（。）电动机型号 电动机功率(kW)传动方式外形尺寸质量3.152900170.119440225间隔22.5YSF63120.137A315*584*71444.3离心泵在离心泵入口截面1-1和与喷淋装置入口处截面2-2之间并以离心泵入口截面1-1为水平基准面进行机械能衡算得，12u12+P1+gz1+we=12u22+P2+gz2+hf化简得H=Z+Pg+u22g+hfg式中u2=u22-u12=2.02-0=4.0m2s2P=P0-P总=100000-7848=92152Pa原料离心泵与塔顶喷淋装置的垂直距离为原料泵入口管为241mm11mm的热轧无缝钢管，其直管部分长9.1m入水管d=0.140m 二个标准弯头90 =0.752=1.5二个标准阀（全开）=6.42=12.8转子流量计造成的阻力损失较小，此处忽略不计。采用光滑管Re=du=0.1402.0995.70.80110-3=348059.925=3.481105查得，具有轻度腐蚀的无缝钢管的绝对粗糙度为0.20.3mm，取，d=140mm，则相对粗糙度d=0.25140=0.00179因为Re=3.481105(4000)故=0.100(d+68Re)0.23=0.100(0.00179+683.481105)0.23=0.0239hf1g=ld+u22g=0.02399.10.140+1.5+12.82.0229.81=3.232m所以H=Z+Pg+u22g+hfg=7.8+92152995.79.81+4.029.81+3.232=20.67m清水流量qv,l=mL=110845.111995.7=111.323m3h扬程：H=20.67m根据流量和扬程选择离心泵，查表选择轴功率为15kw的IS100-80-160型离心泵，其性能参数如下表：型号转速流量扬程/m效率/%功率/kW允许汽蚀余量NPSH/m质量（泵/底座）/kg轴功率电机功率IS100-80-16029006010012016.727.833.33632287078758.4211.212.2153.54.05.069/110检验303k时水的饱和蒸汽压PV=4.242kPaP=100kPa取吸入管长为4.0m则吸入管的压头损失为Hf,0-1=l+ledu22g=0.02394.00.1402.0229.81=0.139泵的最大允许安装高度Hg=p-pvg-NPSH+0.5-Hf,0-1=100-4.2421000995.79.81-5.0+0.5-0.139=4.164m即泵的最大安装高度应该小于4.164m，本题泵安装在离地面1m处即可。由于本设计中吸收剂使用的是水，因而，采用清水泵（可用于输送各种工业用水以及物理性质、化学性质类似于水的其他液体）既简单又使用。通过计算可知，吸收塔所要求的压头不是很高，所以采用普通的单级单吸式即可，本设计中选用的型号为IS100-80-160型离心泵其具体参数如下：转速n/(r/min)流量/m3/h扬程H/m效率轴功率/kW电机功率/kW必须汽蚀余量质量（泵/底座）/kg290012033.37512.2155.069/110远处泵和管路的设计90度弯头三个,进水管伸进水里l=1.0m，总管长l=2000+1.0=2001m三个标准弯头90 =0.753=2.25二个标准阀（全开） =6.42=12.8带滤水器的底阀（全开）=2.0进口突然变大 =1.0液体输送仍选用热轧无缝钢管，管径为152mm6mmRe=du=0.1402.0995.70.80110-3=348059.925=3.481105查得，具有轻度腐蚀的无缝钢管的绝对粗糙度为0.20.3mm，取，d=140mm，则相对粗糙度d=0.25140=0.00179因为Re=3.481105(4000)故=0.100(d+68Re)0.23=0.100(0.00179+683.481105)0.23=0.0239hf1g=ld+u22g=0.02392.0010.140+2.25+12.8+2.0+1.02.0229.81=3.75m在河面为1-1和出管口截面2-2之间列机械能衡算式，并以河面为零基准面得12u12+P1+gz1+we=12u22+P2+gz2+hf化简并带入数据得H=Z+Pg+u22g+hfg=1.2+100000995.79.81+029.81+3.75=15.19m清水流量qv,l=mL=110845.111995.7=111.323m3h扬程：H=15.19m根据流量和扬程选择离心泵，查表选择轴功率为11kw的IS100-80-125型离心泵，其性能参数如下表：型号转速流量扬程/m效率/%功率/kW允许汽蚀余量NPSH/m质量（泵/底座）/kg轴功率电机功率IS100-80-12529006010012016.727.833.3242016.56778745.867.007.28114.04.55.049/64检验303k时水的饱和蒸汽压PV=4.242kPaP=100kPa取吸入管长为4.0m则吸入管的压头损失为Hf,0-1=l+ledu22g=0.02394.00.1402.0229.81=0.139泵的最大允许安装高度Hg=p-pvg-NPSH+0.5-Hf,0-1=100-4.2421000995.79.81-5.0+0.5-0.139=4.164m即泵的最大安装高度应该小于4.164m，本题泵安装在离河面2m处即可。由于本设计中吸收剂使用的是水，因而，采用清水泵（可用于输送各种工业用水以及物理性质、化学性质类似于水的其他液体）既简单又使用。通过计算可知，吸收塔所要求的压头不是很高，所以采用普通的单级单吸式即可，本设计中选用的型号为IS100-80-125型离心泵其具体参数如下：转速n/(r/min)流量/m3/h扬程H/m效率轴功率/kW电机功率/kW必须汽蚀余量质量（泵/底座）/kg290012033.3747.28115.049/64第4章 工艺设计计算结果汇总与主要符号说明4.1 填料塔工艺尺寸计算结果表： 表-1项目符号数值与计量单位气相质量流量WV2346kg/h液相质量流量110845.111kg/h塔径 900mm空塔气速0.894泛点率68.36%气相总传质单元数4.33气相总传质系数6.30910-4 kmol/(m3.h.kpa)气相传质单元高度0.530填料层高度Z4.0填料塔上部空间高度1.2填料塔下部空间高度2.1塔附属高度5.1塔高9.1布液孔数89点孔径d00.019m开孔上方高度0.16m液位保持管高度h0.245m4.2 流体力学参数计算结果汇总： 表-2项目符号数值与计量单位气体进口压力降P13175.32 Pa;气体出口压力降P21587.66Pa;填料层压力降P37848Pa;吸收塔总压力降P12610.98Pa;泛点率 68.36%4.3 附属设备计算结果汇总： 表-3项目选型数值与计量单位液体进出口接管热轧无缝钢管液体实际流速气体进出口接管热轧无缝钢管气体实际流速吸收剂输送管路热轧无缝钢管吸收剂实际流速离心泵的选型IS125-100-200单级单吸离心泵扬程 H=11.2m4.4 所用DN25套瓷拉西环填料主要性能参数汇总： 表-4项目符号数值与计量单位公称直径25mm塔径与填料公称直径比值D/d20-30填料分段高度推荐值h/D=2.5hmax4m压降填料因子平均值115m-14.5 主要符号说明：1、英文字母 表-5填料层的润滑比表面积m/m；S脱吸因数;无因次;填料层的有效传质比表面积（m/m） 扩散系数，m/s; 塔径,m;液体质量通量气体质量通量亨利系数，KPa;重力加速度，kg/(m.h);溶解度系数，kmol /(m.KPa);气相传质单元高度 ，m;液相传质单元高度，m;气相总传质单元高度，m;液相总传质单元高度，m;液体喷淋密度;相平衡常数，无因次;气相传质单元数，无因次;液相传质单元数，无因次;气相总传质系数，无因次 液相总传质系数，无因次;总压，KPa ;温度，0C; 气体通用常数，kJ/(kmol.K)填料直径，mm；空塔速度，m/s ;液泛速度，m/s ; 惰性气体