水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计.doc

吉林化工学院化工原理课程设计 化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书 题目题目 水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计 学院 学院 姓名 姓名 学号 学号 指导老师指导老师 吉林化工学院化工原理课程设计 2 化工原理课程设计任务书 设计题目 水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计 1 设计题目 水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计 矿石焙烧炉送出的气体冷却到 20 后送入填料塔中 用 20 清水洗涤除去其中的 SO2 入塔的炉气流量为 1000m3 h 其中进塔 SO2的摩尔分率为 0 03 要求 SO2的吸收率为 99 99 吸收塔为常压操作 因该过程液气比很大 吸收温度基本不变 可近似取为清水的 温度 吸收剂的用量为最小用量的 1 3 倍 2 工艺操作条件 1 操作平均压力 常压 2 操作温度 t 20 3 每年生产时间 7200h 3 设计任务 1 完成干燥器的工艺设计与计算 包括塔径与塔高的计算 填料的选取 2 绘制吸收系统的工艺流程图 吸收塔的设备条件图 3 编写该吸收塔的设计说明书 吉林化工学院化工原理课程设计 3 目 录 摘摘 要要 1 1 1绪绪 论论 2 1 1 气体吸收的概述 2 1 2 化学工业中 吸收的意义 2 1 3 吸收在工业生产中的应用 2 1 4 影响吸收过程因素的分析 3 2 2 设计方案设计方案 4 2 1 吸收剂的选择 4 2 2 吸收操作参数的选择 4 2 3 填料层 5 2 3 1 填料的作用 5 2 3 2 填料种类的选择 5 2 3 3 填料规格的选择 5 2 3 4 填料材质的选择 5 2 4 吸收温度的选择 6 3 3 吸收塔的工艺计算吸收塔的工艺计算 7 3 1 基础物性数据 7 3 1 1 液相物性数据 7 3 1 2 气相物性数据 7 3 1 3 气液相平衡数据 7 3 2 物料衡算 8 3 3 填料塔的工艺尺寸的计算 9 3 3 1 塔径的计算 9 3 3 2 传质单元高度计算 11 3 3 3 传质单元数的计算 14 3 3 4 填料层高度 14 3 4 塔附属高度的计算 14 3 5 填料层压降的计算 15 3 6液体分布器计 算 15 3 6 1 液体分布器 15 3 6 2 布液孔数 15 3 6 3 塔底液体保持管高度 16 3 7 其他附属塔内件的选择 16 吉林化工学院化工原理课程设计 4 3 7 1 液体分布器 16 3 7 2 液体再分布器 17 3 7 3 填料支撑板 17 3 7 4 填料压板与床层限制板 17 3 7 5 气体进出口装置与排液装置 18 附录一附录一 工艺设计计算结果汇总及主要符号说明工艺设计计算结果汇总及主要符号说明 18 参考文献参考文献 22 致致 谢谢 23 吉林化工学院化工原理课程设计 5 吉林化工学院化工原理课程设计 0 摘摘 要要 吸收是分离气体混合物的单元操作 其分离原理是利用气体混合物中各组分在液体溶剂 中溶解度的差异来实现不同气体的分离 一个完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分 气 体吸收过程是利用气体混合物中 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 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 都广泛应用到气体吸收过程 本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔 的方法处理含有二氧化硫的混合物 使其达到排放标准 采用填料吸收塔吸收操作是因为填 料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况 从而使吸收易于进行 填料塔有通量大 阻力小 压降低 操作弹性大 塔内持液量小 耐腐蚀 结构简单 分离 效率高等优点 从而使吸收操作过程节省大量人力和物力 在设计中 以水吸收混合气中的二氧化硫 在给定的操作条件下对填料吸收塔进行物料衡 算 本次设计包括设计方案的选取 主要设备的工艺设计计算 物料衡算 设备的结构设计 和工艺尺寸的设计计算 工艺流程图 主要设备的工艺条件图等内容 吉林化工学院化工原理课程设计 1 1 1绪绪 论论 1 11 1 气体吸收的概述气体吸收的概述 气体混合物的分离 是根据混合物中各组分间某种物理性质或化学性质的差异而进行的 根据性质上的差异 可以开发出不同的分离方法 吸收操作是根据混合物中各组分在某种溶 剂中的溶解度的不同而达到分离的目的 吸收过程应包括吸收和解吸两个部分 本设计中 含二氧化硫的气体在 25 oC 下进入吸收 塔底部 水从塔顶淋下 塔内装有填料 以扩大气液接触面积 在气体与液体接触的过程中 气体中的二氧化硫溶于溶液 使离开吸收塔顶的气体中二氧化硫含量降低至允许值 而溶有 较多二氧化硫的液体由吸收塔底排出 用这种逆流接触的方法提高了吸收效率 1 21 2 化学工业中 吸收的意义化学工业中 吸收的意义 在化学工业中 经常需要将气体混合物中的各组分加以分离 其目的是 1 回收或捕获气体混合物中的有用物质 以制取产品 2 除去工艺气体中的有害成分 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 以免污染大气 在实际过程中往往同时兼有净化和回收双重目的 1 31 3 吸收在工业生产中的应用吸收在工业生产中的应用 在化学工业中 气体吸收操作广泛应用于直接生产化工产品 分离气体混合物 原料气的 精制及从废气中回收组分或除去有害物质等 尤其是从保护环境 防治大气污染角度出发 对废气中的丙酮等有害物质吸收除去过程的开发研究 有关这方面已提出了不少新的方法 发表了不少论著与文献 除此之外 地球化学 生物物理和生物医药工程 也要应用气体吸 收的理论及其研究成果 1 制取化工产品 常见的气体吸收操作制取的产品有 1 应用 98 硫酸吸收 SO3制取 98 硫酸 2 用水吸收氯化氢支取 31 的工业盐酸 3 用水吸收 NO2 生产 50 60 的硝酸 4 用水或 37 的甲醛水溶液吸收甲醛制取福尔马林溶液 5 氨水吸收 CO2生产碳酸氢铵 6 纯碱生产中用铵盐水吸收 CO2生成 NaHCO3 7 用水吸收异丙醇催化脱氢生产的丙酮 2 分离气体混合物 气体吸收常被用于混合气体的分离 如 1 油吸收法分离裂解气 2 用水吸收乙醇氧化脱氢法制取的乙醛 3 用水吸收乙烯氧化制取的环乙烷 3 从气体里回收有用组分 这是着眼于从混合气体中获得某种组分 如 吉林化工学院化工原理课程设计 2 1 用硫酸从没其中回收氨生成硫铵 2 用洗油从煤气中回收粗苯 3 从烟道气或合成胺原料其中回收高纯度 CO2 4 气体净化 气体净化大致可分为以下两类 1 原料气的净化 目的是清除后续加工时所不允许存在的杂质 它们或会使催化剂中 毒 或会产生副反应而生成杂质 2 尾气 废气的净化以保护环境 燃煤锅炉烟气 冶炼废气脱 SO2 硝酸尾气脱除 NOx 磷酸生产中除去气态氟化物以及液氯生产时弛放气体中脱除氯气等 5 生物化学工程 人类的生存 离不开氧在血液中的溶解 同样 海洋及河流中生物的生存 也要氧在水 中有一定的溶解度 在生化技术过程中 例如 在废水处理中采用曝气法以及污泥氧化法等 均要应用空气中的氧在水中的溶解 吸收 这一基本过程 1 41 4 影响吸收过程因素的分析影响吸收过程因素的分析 通常 在生产过程中可以从以下两个方面来强化吸收过程 1 增加吸收过程推动力 1 增加吸收剂的用量 L 或增加液气比 L V 这样操作线位置将上移 吸收平均推动力 增加 2 改变相平衡关系 可通过降低吸收剂温度 提高操作压强或将吸收剂改性 从而使 相平衡常数 m 减小 这样平衡线位置下降 吸收的推动力就增大 3 降低吸收剂入口组成 X2 这样液相进口处推动力增大 全塔平均推动力 也随之增大 2 减小吸收过程阻力 即 提高传质系数 1 开发和采用新型填料 使填料的比表面积增大 2 改变操作条件 对气膜控制的物系 宜增大气速和增强气相湍动 对液膜控制的物 系 宜增大液速和湍动 此外 吸收温度不能过低 否则分子扩散系数减小 粘度增大 致使吸收阻力增大 吉林化工学院化工原理课程设计 3 2 2 设计方案设计方案 2 12 1 吸收剂的选择吸收剂的选择 吸收剂的选择是吸收操作的关键 吸收剂的选择与吸收方法的选择有一定的联系 选择吸 收剂时 首先要考虑吸收过程在整个生产流程中的作用和前后工序所提供的工艺条件和要求 其次从吸收过程的基本原理出发 按照各项技术经济要求加以分析和选择 选择吸收剂的基本要求 1 溶解度要大 减少吸收剂用量 降低输送与再生的能耗 2 选择性好 吸收剂的选择性好可以减少惰性组分的溶解损失 提高解吸后所得溶质的 纯度 选择性以选择性系数表示 3 易于再生 再生性能的优劣和再生过程的经济性是评价吸收剂乃至整个吸收过程的重 要技术经济指标 4 挥发性小 对应一定温度 其蒸汽压要低 这样可以减少吸收剂的损耗 并提高溶质 气体纯度 5 具有较好的化学稳定性及热稳定性 以减少吸收剂的降解和变质 尤其在使用化学吸 收剂时 6 粘度低 以利于传质与输送 不易发泡 以利于实现高效 稳定操作 7 安全性能好 无毒 不易燃烧和爆炸 8 经济 易得 且对环境没有污染 表表 2 2 1 1 物理吸收剂和化学吸收剂的特性物理吸收剂和化学吸收剂的特性 物理吸收剂化学吸收剂 1 吸收容量 溶解度 正比于溶质分压 2 吸收热效应很小 近于等温 3 常用降压闪蒸解吸 4 适于溶质含量高 而净化度要求不太高 的场合 5 对设备腐蚀性小 不易变质 1 吸收容量对溶质分压不太敏感 2 吸收热效应显著 3 用低压蒸汽气提解吸 4 适于溶质含量不高 而净化度要求很高 的场合 5 对设备腐蚀性大 易变质 本次设计采用水作为吸收剂 2 22 2 吸收操作参数的选择吸收操作参数的选择 吸收塔的操作参数主要指操作压力和操作温度 1 操作压力的选择 吸收压力高 优点 提高吸收过程的推动力 减少了气体的体积流量 可以减小塔径 缺点 降低了吸收剂的选择性 吸收塔的造价可能升高 吸收压力低则相反 一般应该从过程的经济性角度出发 必须兼顾吸收和解吸以及整个工艺的操作条件 选择合 适的操作压力 吉林化工学院化工原理课程设计 4 2 操作温度的确定 由吸收过程的气液关系可知 温度降低可增加溶质组分的溶解度 即低温有利于吸收 但操作温度的低限应有吸收系统的具体情况决定 因此 根据具体情况选为 20 操作压力的确定 由吸收过程的气液平衡可知 压力升高可增加溶质组分的溶解度 即加压有利于吸 收 但随着操作压力的升高 对设备的加工制造要求提高 且能耗增加 综合考虑 采用常压 101 325kPa 2 32 3 填料层填料层 2 3 12 3 1 填料的作用填料的作用 填料塔内充以某种特定形状的固体填料以构成填料层 填料层是塔实现气 液接触的主 要部位 填料的主要作用是 填料层内空隙体积所占比例很大 填料间隙形成不规则的弯 曲通道 气体通过时可达到很高的湍动程度 单位体积填料层内提供很大的固体表面 液 体分布于填料表面呈膜状流下 增大了气 液之间的接触面积 填料的选择包括确定填料的种类 规格及材质等 所选填料既要满足生产工艺的要求 又要使设备投资和操作费用最低 2 3 22 3 2 填料种类的选择填料种类的选择 填料种类的选择要考虑分离工艺的要求 通常考虑以下几个方面 1 传质效率要高 一般而言 规整填料的传质效率高于散装填料 2 通量要大 在保证具有较高传质效率的前提下 应选择具有较高泛点气速或气相动能 因子的填料 3 填料层的压降要低 4 填料抗污堵性能强 易拆装 检修 2 3 32 3 3 填料规格的选择填料规格的选择 填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积 1 散装填料规格的选择 工业塔常用的散装填料主要有 DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 等几种规格 同类填料 尺寸越小 分离效率越高 但阻力 增加 通量减少 填料费用也增加很多 而大尺寸的填料应用于小直径塔中 又会产生液体 分布不良及严重的壁流 使塔的分离效率降低 因此 对塔径与填料尺寸的比值要有一规定 一般塔径与填料公称直径的比值 D d 应大于 8 2 规整填料规格的选择 工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多 国内习惯用比表面积表示 主要有 125 150 250 350 500 700 等几种规格 同种类型的规整填料 其比表面积越大 传质 效率越高 但阻力增加 通量减少 填料费用也明显增加 选用时应从分离要求 通量要求 场地条件 物料性质及设备投资 操作费用等方面综合考虑 使所选填料既能满足技术要求 又具有经济合理性 吉林化工学院化工原理课程设计 5 一座填料塔可以选用同种类型 同一规格的填料 也可选用同种类型不同规格的填料 可以选用同种类型的填料 也可以选用不同类型的填料 有的塔段可选用规整填料 而有的 塔段可选用散装填料 设计时应灵活掌握 根据技术与经济统一的原则来选择合适的填料规 格 表 2 2 填料尺寸与塔径的对应关系 塔径 mm填料尺寸 mm D 300 300 D 900 D 900 20 25 25 38 50 80 2 3 42 3 4 填料材质的选择填料材质的选择 填料的材质分为陶瓷 金属和塑料三大类 1 陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性 陶瓷填料价格便宜 具有很好 的表面润湿性能 质脆 易碎是其 最大缺点 在气体吸收 气体洗涤 液体萃取等过程中应 用较为普遍 2 金属填料 金属填料可用多种材质制成 选择时主要考虑腐蚀问题 碳钢填料造价 低 且具有良好的表面润湿性能 对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用 不锈钢填料 耐腐蚀性强 一般能耐除 Cl 以外常见物系的腐蚀 但其造价较高 且表面润湿性能较差 在某些特殊场合 如极低喷淋密度下的减压精馏过程 需对其表面进行处理 才能取得良好 的使用效果 钛材 特种合金钢等材质制成的填料造价很高 一般只在某些腐蚀性极强的物 系下使用 一般来说 金属填料可制成薄壁结构 它的通量大 气体阻力小 且具有很高的抗冲击 性能 能在高温 高压 高冲击强度下使用 应用范围最为广泛 3 塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯 PP 聚乙烯 PE 及聚氯乙烯 PVC 等 国内一般多采用聚丙烯材质 塑料填料的耐腐蚀性能较好 可耐一般的无机酸 碱和有机溶剂的腐蚀 其耐温性良好 可长期在 100 以下使用 塑料填料质轻 价廉 具有良好的韧性 耐冲击 不易碎 可以制成薄壁结构 它的通 量大 压降低 多用于吸收 解吸 萃取 除尘等装置中 塑料填料的缺点是表面润湿性能 差 但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能 2 42 4 吸收温度的选择吸收温度的选择 1 对于物理吸收 吸收温度低 优点 溶质的溶解度增大 减少溶剂用量 推动力增大 降低塔高度 减轻解吸塔的负荷 缺点 低于常温的操作会增加操作费用 2 对于化学吸收 吉林化工学院化工原理课程设计 6 吸收温度高 优点 化学反应速度快 缺点 传质推动力降低 一般情况下 常温下的吸收和解吸操作 过程的操作费用最低 3 3 吸收塔的工艺计吸收塔的工艺计算算 3 13 1 基础物性数据基础物性数据 3 1 13 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 20oC 时水的有关物性数据如下 密度为 3 L 998 2 mkg 黏度 3 6 Lhmkg 表面张力为 2 L 940869 hkg SO2在水中的扩散系数为 DL 1 47 10 5cm2 s 5 29 10 6m2 h 3 1 23 1 2 气相物性数据气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 28 30 2995 0 06 6405 0 iivm MyM kmol kg 混合气体的平均密度为 3 259 1 293314 8 28 30 3 101 mkg RT PMvm vm 混合气体的黏度可近似取为空气的黏度 查手册得 20oC 空气的黏度为 065 0 vhmkg 查手册得 SO2在空气中的扩散系数为 D 0 039m2 h V 3 1 33 1 3 气液相平衡数据气液相平衡数据 由手册查得 常压下 20oC 时 SO2在水中的亨利系数为 E 3kPa 3 1055 相平衡常数为 m 04 35 3 101 1055 3 3 P E 溶解度系数为 吉林化工学院化工原理课程设计 7 0156 0 02 181055 3 2 998 3 3 mkPakmol EM H S L 3 23 2 物料衡算物料衡算 全塔物料衡算图 2 12 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 V h kmol L 纯吸收剂的流量 h kmol 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 进塔气体摩尔比 0204 0 02 0 1 02 0 1 1 1 1 y y Y 出塔气体摩尔比 6 12 104 2 9999 0 1 0204 0 1 A YY 进塔惰性气体的流量 hkmolV 76 4002 0 1 20273 273 4 22 1000 由设计任务知该吸收过程属于低浓度吸收 平衡关系为直线 最小液气比可按下式计算 即 21 21 min XmY YY V L 对于纯溶剂吸收过程 进塔液相组成为 0 2 X 代入数值 得 04 35 0 04 350204 0 0000204 0 0204 0 min V L 取实际液气比为最小液气比的 1 3 倍 即 V L min 3 1 V L 有 55 45 04 353 1 V L 得 L 45 55 40 76 1856 72 kmol h 由 求得吸收液出塔浓度为 2121 XXLYYV 00045 0 0 72 1856 00000204 0 0204 0 76 40 2 21 1 X L YYV X V Y2 L X2 V Y1 L X1 图 2 12 物料衡算示意图 吉林化工学院化工原理课程设计 8 3 3 填料塔的工艺尺寸的计算填料塔的工艺尺寸的计算 1 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 填料的泛点气速可由 Eckert 通用关联图查得 气相质量流量为 hkgq vmvv 1257257 1 1000 液相质量流量可近似按纯水的流量计算 即 hkgWL 09 3345802 1872 1856 Eckert 通用关联图的横坐标为 945 0 2 998 257 1 1257 09 33458 5 05 0 L V V L 查表得 03 0 2 0 2 L L VFF g u 1 170 m F sm g u LVF L F 1721 1259 1 1170 2 99881 9 03 0 030 0 2 02 0 取 smuu F 8210 172 17 07 0 由 m u V D S 6570 821 0 14 3 3600 10004 4 圆整塔径 取mD7 0 泛点率校核 由于泛点附近流体力学性能的不稳定性 一般较难稳定操作 故一般要求 泛点率在 50 80 之间 而对于易起泡的物系可低于 40 smu690 0 7 0821 0 3600 1000 2 在允许范围内 92 58 100 172 1 690 0 F u u 吉林化工学院化工原理课程设计 9 填料规格校核 在允许范围内 842 18 38 700 d D 以上式中 泛点气速 F u s m 空塔气速 u s m 液体密度 L 3 m kg 气体密度 G 3 m kg 气液相质量流量 G L h kg g 重力加速度 9 81 2 s m 液体黏度 L smp 填料因子 1 m 2 液体喷淋密度的求法 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间 单位塔截面上液体的喷淋量 其计算式为 2 785 0 D L U h 式中 液体喷淋密度 U hm m 2 3 液体喷淋量 h L h m3 填料塔直径 Dm 为使填料能获得良好的润湿 塔内液体喷淋量应不低于某一极限值 此极限值称为最小 喷淋密度 以表示 min U 对于散装填料 其最小喷淋密度通常采用下式计算 min U tw aL min 式中 最小喷淋密度 min U hm m 2 3 最小润湿速率 min w L hm m3 填料的总比表面积 t a 3 2 m m 最小润湿速率是指在塔的截面上 单位长度的填料周边的最小液体体积流量 对于直径 不超过 75mm 的散装填料 可取最小润湿速率 吉林化工学院化工原理课程设计 10 0 08 min w L hm m 3 本次设计选用聚丙烯阶梯环填料 其 132 5 代入数值 得最小喷淋密度38 N D t a 3 2 m m 为 0 08 min U tw aL min 6 10 5 132 hm m 2 3 最小喷淋密度的校核 求得液体喷淋密度为 2 785 0D L U h min 2 14 87 7 0785 0 2 99809 33458 U 所以液体喷淋密度符合要求 即填料塔直径合理 mmD700 3 3 3 3 2 2 传质单元高度计算传质单元高度计算 干填料比表面积为 实际操作中润湿的填料比表面积为 由于只有在润湿的填料表 w a 面才可能发生气 液传质 故 值具有实际意义 下面介绍计算的恩田 ONDA 公式 该 公式为 2 0 2 05 0 2 2 1 075 0 45 1 exp 1 tLL L L tL Lt L L C t w a U g aU a U a a 式中 单位体积填料层的润湿面积 w a 3 2 m m 填料的总比表面积 t a 3 2 m m 液体表面张力 L m N 填料上液体铺展开的最大表面张力 m N 液体通过空塔截面的质量流速 L U sm Kg 2 液体的粘度 sPa 液体的密度 L 3 m Kg g 重力加速度 9 81 2 s m 查表得 2 42768033 h Kg cm dy C 流体质量流量 t a w a c L 吉林化工学院化工原理课程设计 11 hmkgUL 2 2 95 83155 7 0821 0 09 33458 代入数值 得 953 0 t w a a 气膜吸收系数由下式计算 RT Da Da U k Vt Vv v vt V G 3 17 0 237 0 式中 填料的总比表面积 t a 3 2 m m 气体通过空塔截面的质量流速 V U sm Kg 2 气体的粘度 sPa 气体的密度 V 3 m Kg g 重力加速度 9 81 2 s m 气体质量通量为 12 3124 7 0821 0 257 1 1000 2 2 hm kg UV 代入数值 293314 8 039 0 5 132 039 0 259 1 065 0 065 0 5 132 92 3124 237 0 3 17 0 G k 0 0321 kmol m2 h KPa 液膜传质系数由下式计算 3 15 03 2 0095 0 L L LL L LW L L g Da U k 式中 液体的密度 L 3 m Kg 液体的质量流速ms L U kg 液相的黏度 L spa g 重力加速度 9 81 2 s m 液体通过空塔截面的质量流速 L U sm Kg 2 单位体积填料层的润湿面积 w a 3 2 m m V 吉林化工学院化工原理课程设计 12 溶质在液相中的扩散系数 L D s m2 代入数值得 3 15 03 2 2 998 10000000027 1 6 3 000001 0 29 5 2 998 6 3 6 3 5 132592 0 95 83155 0095 0 L k 1 276m s 由 查表得 1 1 WGG akak 45 1 则 1 1 WGG akak 09 6 45 1 5 132953 0 0321 0 3 1 1 KPahm kmol h akak WLL 1 94 18645 1 5 132953 0 276 1 4 04 0 5092 58 0 0 F u u ak u u ak G F G 4 1 5 0 5 91 ak u u ak L F L 2 2 5 0 6 21 kPahmkmolakG 3 4 1 05 8 09 6 5 0 5892 0 5 91 h akl 1 32 18994 1865 0 5892 0 6 21 2 2 则 kPahmkmol aHkak ak LG G 3 16 2 32 1890156 0 1 05 8 1 1 11 1 m aPK V aK V H GY OG 465 0 7 0821 0 3 10116 2 76 40 2 3 3 3 3 3 3 传质单元数的计算传质单元数的计算 0158 0 00045 0 04 35 1 1 mXY 0 2 2 mXY 脱吸因数为 769 0 72 1856 76 4004 35 L mV S 气相总传质单元数为 吉林化工学院化工原理课程设计 13 S YY YY s S NOG 22 21 1 ln 1 1 83 12769 0 0 0000204 0 0 0204 0 769 0 1 ln 769 0 1 1 3 3 3 3 4 4 填料层高度填料层高度 mNHZ OGOG 975 83 12465 0 46m7 97 5 25 1 Z 设计取填料层高度为 mZ8 取 8 D h mmh6 max 则 mmh56007008 计算得填料层高度 8000mm 故需要分两段 每段 4000mm 3 43 4 塔附属高度的计算塔附属高度的计算 塔上部空间高度 可取 1 0m 液体在分布器高度约 0 5m 若塔底液相停留时间按 1min 考虑 则塔釜液所占空间高度为 mh39 1 7 0821 0 2 9983600 09 33458 601 2 1 考虑到气相接管所占空间高度 底部空间高度可取 1 0m 所以塔的附属高度为 1 0 0 5 1 39 1 0 3 89m 则 塔的总高度为 8 3 89 11 89 m 即塔的总高度大约为 12 m 3 53 5 填料层压降的计算填料层压降的计算 在逆流操作的填料塔中 从塔顶喷淋下来的液体 依靠重力在填料表面成膜状向下流动 上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降 填料层压降与液体喷淋量及气速有关 在一定的气速下 液体喷淋量越大 压降越大 在一定的液体喷淋量下 气速越大 压降也 越大 散装填料的压降可采用 Eckert 通用关联图计算 计算时 先根据气液负荷及有关物性数 据 求出横坐标值 再根据操作空塔系数 u 及有关物性数据 求出纵坐标 2 1 L L v v 吉林化工学院化工原理课程设计 14 值 通过作图得出交点 读出过焦点的等压线数值 即得出每米填料层压降 2 0 2 L L v g u 值 式中 空塔气速 即按空塔截面积计算的混合气体线速度 u s m 气液相质量流量 v L h kg 液体密度 L 3 m kg v 气体密度 3 m kg 液体黏度 L smp 填料因子 m 1 g 重力加速度 9 81 2 s m 经查得 116 m 1 横坐标 0 921 2 1 L L v v 纵坐标 2 0 2 L L v g u 0052 0 1 2 998 257 1 81 9 111659 0 2 0 2 从 Eckert 通用关联图中可查得 mPaZP 91 107 2 m kg 填料塔压降为 Pa28 863891 107 其他塔内件的压力降很小可以忽略 所以填料层压降为 863 28 Pa 3 63 6 液体分布器计算液体分布器计算 3 6 1 液体分布器液体分布器 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 各布液点的 布液布液均匀性 各布液点上的液相组成的均匀性决定设计液体分布器主要是确定决定这些 参数的结构尺寸 为使液体分布器具有较好的分布性能 必须合理确定布液孔数 布液孔数应依所用填料 所需的质量要求决定 在通常情况下 满足各种填料质量分布要求的适宜喷淋点见下表 在 选择填料的喷淋点密度时应该遵循填料的效率越高 所需的喷淋点密度越大这一规律 依所 吉林化工学院化工原理课程设计 15 选用的填料 确定单位面积的喷淋点后 在根据塔的截面积即可求得分布器的布液孔数 Eckert 的散装填料塔分布点密度推荐值 塔径 mm分布点密度 塔截面 2 m点 D 400330 D 750170 D 120042 根据物质性质可选用管式液体分布器 取布液点数为 2 170m点 3 6 2 布液孔数布液孔数 总布液孔数为点点69 4 681707 0821 0 2 n 3 6 3 塔底液体保持管高度塔底液体保持管高度 液体保持管高度 取布液孔直径为 10mm 则液体保持管高度可由式 mg nkd V h S 187 0 81 9 2 62 0 101010 0 14 3 2 998360072 334584 2 4 2 2 2 2 k 为孔流系数 其值由小孔液体流动雷诺数决定 在雷诺数大于 1000 的情况下 可取 0 60 0 62 液位高度的确定应和布液孔径协调设计 使各项参数均在一定范围内 mmhh05 21518715 1 15 1 在 200mm 500mm 之间 符合要求 3 73 7 其他附属塔内件的选择其他附属塔内件的选择 本装置的直径较小可采用简单的进气分布装置 同时排放的净化气体中的液相夹带要求严 格 应设除液沫装置 为防止填料由于气流过大而是翻 应在填料上放置一个筛网装置 防止填 料上浮 3 7 1 液体分布器液体分布器 液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件 也是使填料达到 预期分离效果的保证 为此 分布器设计中应注意以下几点 1 为保证液体在塔截面上均布 颗粒型 散装 填料的喷淋点数为 40 80 个 m2 环形 填料自分布性能差应取高值 此外 为减少壁流效应 喷淋孔的分布应使近塔壁 5 20 区域内的液体流量不超过总液量的 10 规整填料一般为 100 200 个 喷淋点 2 喷淋孔径不宜小于 2 以免引起堵塞 孔径也不宜过大 否则液位高度难维持稳定 吉林化工学院化工原理课程设计 16 3 7 1 1 多孔型液体分布器 多孔型液体分布器系借助孔口以上的液层静压或泵送压力使液体通过小孔注入塔内 3 7 1 2 直管式多孔分布器 根据直管液量的大小 在直管下方开 2 4 排对称小孔 孔径与孔数依液体的流量范围确定 通常取孔径 2 6 孔的总面积与及进液管截面积大致相等 喷雾角根据塔径采用 30 或 45 直管安装在填料层顶部以上约 300 此形分布器用于塔径 600 800 对液体的均布要求不高的场合 根据要求 也可以采 用环形管式多孔分布器 3 7 1 3 排管式多孔分布器 支管上孔径一般为 3 5 孔数依喷淋点要求决定 支管排数 管心距及孔心距依塔径和液 体负荷调整 一般每根支管上可开 1 3 排小孔 孔中心线与垂直线的夹角可取 15 22 5 30 或 45 等 取决于液流达到填料表面时的均布状况 主管与支管直径由送液推动力决定 如用液柱静压送液 中间垂直管和水平主管内的流速为 0 2 0 3m s 支管流速取为 0 15 0 2m s 采用泵送液则流速可提高 3 7 2 液体再分布器液体再分布器 当塔顶喷淋液体沿填料层下流时 存在向塔壁流动的趋势 导致壁流增加 此外 塔体 倾斜 保温不良等也会加剧壁流现象 为提高塔的传质效果 当填料层高度与塔径之比超过某一数值时 填料层需分段 在各 段填料层之间安设液体再分布器 以收集自伤以填料层来的液体 为下一填料层提供均匀的 液体分布 3 7 3 填料支撑板填料支撑板 填料支撑板用于支撑塔填料及其所特有的气体 液体的质量 同时起着气液流道及其体 均布作用 故要求支撑板上气液流动阻力太大 将影响塔的稳定操作甚至引起塔的液泛 支撑板大体分为两类 一类为气液逆流通过的平板支撑板 板上有筛孔或为栅板式 另 一类斯气体喷射型 可分为圆柱升气管式的气体喷射型支撑板和梁式气体喷射型支撑板 平板型支撑板结构简单 但自由截面分率小 且因气液流同时通过板上筛孔或栅缝 故 板上存在液位头 气体喷射性支撑板气液分道 即有利于气体的均匀分配 又避免了液体在 板上聚集 梁式结构强度好 装卸方便 可提高大于塔截面的自由截面 且允许气液负荷较 大 其应用日益受到重视 当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时 塔内填料将发生浮动或相互撞击 破坏塔的正 常操作甚至损坏填料 为此 一般在填料层顶部设压板或床层限制板 3 7 4 填料压板与床层限制板填料压板与床层限制板 填料压板系藉自身质量压住填料但不致压坏填料 限制板的质量轻 需固定于塔壁上 一般要求压板或限制板自由截面分率大于 70 吉林化工学院化工原理课程设计 17 3 7 5 气体进出口装置与排液装置气体进出口装置与排液装置 填料塔的气体进口既要防止液体倒灌 更要有利于气体的均匀分布 对 500mm 直径以下 的小塔 可使进气管伸到塔中心位置 管端切成 45 向下斜口或切成向下切口 使气流折转 向上 对 1 5m 以下直径的塔 管的末端可制成下弯的锥形扩大器 或采用其它均布气流的装 置 气体出口装置既要保证气流畅通 又要尽量除去被夹带的液沫 最简单的装置是在气体 出口处装一除沫挡板 或填料式 丝网式除雾器 对除沫要求高时可采用旋流板除雾器 液体出口装置既要使塔底液体顺利排出 又能防止塔内与塔外气体串通 常压吸收塔可 采用液封装置 常压塔气体进出口管气速可取 10 20m s 高压塔气速低于此值 液体进出口气速可取 0 8 1 5m s 必要时可加大些 管径依气速决定后 应按标准管规定进行圆整 吉林化工学院化工原理课程设计 18 附录一附录一 工艺设计计算结果汇总及主要符号说明工艺设计计算结果汇总及主要符号说明 工艺设计计算汇总表 序号项目数值 备注 1 混合气体处理量 U m3 h 1000 2 进塔气相摩尔比 Y1 0 0204 3 出塔气相摩比 Y2 0 0000204 4 进塔液相摩尔分率 X2 OkmolHkmolSO 22 0 5 出塔液相摩尔分率 X1 OkmolHkmolSO 22 0 00045 6 混合气体平均摩尔质量 Vm Mmolg 30 28 7 混合气体的平均密度 Vm 3 mkg1 257 8 混合气体的粘度 V hmkg 0 065 9 吸收剂用量 L hkmol1856 72 10 气相质量流量 V whkg 1257 11 液相质量流量 L whkg 33458 09 12 气相总传质单元数 m OG N 12 83 13 气相总传质单元高度 m OG H 0 465 14 空塔气速 u m s 0 821 15泛点气速 u m s F 1 172 16 泛点率 f 58 92 17 圆整塔径 D m 0 7 18 填料层高 Z m 8 19 填料塔上部高度 h m 1 0 20 填料塔下部高度 h m 1 0 吉林化工学院化工原理课程设计 19 21 塔的附属高度 h m 3 89 22 塔总高度 H 12 主要符号说明 符号意义单位 X 平衡时液相 SO2摩尔比 Y 气相 SO2摩尔比 y 气相 SO2摩尔分率 L w 液体的质量流量 hkg V w 气体的质量流量 hkg V 气体密度 3 kg m Z 填料层高度 m V 惰性气相流量hkmol S L 溶剂的摩尔流率 12 smkmol Y 气相中溶质的比摩尔分率 X 液相中溶质的比摩尔分率 min U 最小喷淋密度 123 hmm w L 润湿率 113 hmm D 填料塔直径m s V 气体的体积流量 13 s m u空塔气速 1 s