填料吸收塔课程设计.doc

目录填料吸收塔的设计2第一节 概述2第二节 设计方案的确定2一、设计方案的内容3（一）流程方案3（二）设备方案3二、流程布置3三、吸收剂的选择3四、设计参数4第三节 填料的选择4一、对填料的要求4二、填料的种类和特性5三、填料尺寸5四、填料的材质5第四节 工艺计算5一、气液平衡关系6二、吸收剂用量及操作线的确定6（一）吸收剂用量的确定6（二）操作线的确定7三、塔径计算7（一）采用Eckert通过关联图8（二）泛点气速9（三）塔径的计算9（四）喷淋密度校核10（五）单位高度填料压降校核10四、填料层高度的确定11（一）传质系数计算11（二）填料层高度计算14附录：参考文献14填料吸收塔的设计第一节 概述吸收是利用气体在液体中的溶解度的差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。用于吸收的设备类型很多，如填料塔、板式塔、鼓泡塔和喷洒塔等。但工业上更多的使用填料吸收塔，这是由于填料塔结构简单、容易加工、便于用耐腐蚀材料制造，以及压降小、吸收效果好、装置灵活等优点。尤其适用于小塔径的场合。填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，它的结构和安装比板式塔简单。塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许企业通过。支撑板的填料有整砌和乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布装置，从而是液体均匀喷洒于填料层上。填料层中的液体有向塔壁流动的“趋壁”倾向，因此填料层较高时往往将其分为几段，每一段填料层上方设有再分布器，将沿塔壁流动的液体导向填料层内。填料塔使用已有百年的历史，人们对它的研究从未中断。特别是近些年，由于性能优良的新型填料不断开发，改善了填料层内液体两相的分布与接触情况，是填料塔的负荷通量增大，阻力降低，效率提高，操作弹性加大。所有这一切促使了填料塔的应用日趋广泛。第二节 设计方案的确定一、设计方案的内容（一）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，那些取样点以及是否需要有备用支线等。 （二）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，塔内填料的形式、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。二、流程布置常用的吸收装置流程主要有逆流操作、并流操作、吸收剂部分再循环操作、单塔或多塔串联操作，根据设计任务、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，传质速率快，分离程度高，吸收剂利用率高，所以本设计采用常规逆流操作的流程。三、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)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，不易爆易燃、廉价易得及化学性质稳定，便于再生。（6）廉价、易得、化学稳定性要好，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。四、设计参数进塔炉气流量：；混合气：空气和二氧化硫；二氧化硫气体含量：0.05（摩尔分率）；二氧化硫气体回收率：95%；操作压力：常压操作；吸收过程可是为等温吸收过程。第三节 填料的选择一、对填料的要求根据分离工艺的要求，考虑以下因素：1、比表面积a 要大，比表面积a 是指单位堆积体积填料所具有的表面积； 2、能提供大的流体流量，即所选用的结构填料要敞开，使于死角区域的空间小，有效空隙率大；3、液体的再分布性能要好。4、填料要有足够的机械强度，尤其是非金属填料；5、价格低廉。二、填料的种类和特性1、 颗粒填料：一般为湿法乱堆或干法乱堆的散装填料。主要有：拉西环填 料、鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍形填料。2、规整填料：以一定的几何形状，整齐堆砌，工业用多为波纹填料，其优点是结构紧凑、传质效率高、处理量大，但不易处理粘度大或有悬浮物的物料，且造价高。三、填料尺寸填料尺寸直接影响塔底操作和设备投资。一般推荐:时，选25的填料；时，选2538的填料。时，选用的填料，但一般大塔中常用的填料，但通量的提高不能补偿成本的降低，所以本设计选用DN38的填料。四、填料的材质填料材质根据物系的腐蚀性、操作温度、材质的腐蚀性并综合填料的性能及经济因素来选择。第四节 工艺计算一、气液平衡关系 查得20下二氧化硫在水中的亨利系数相平衡常数当溶液浓度比较低时，亨利系数和溶解度间的关系为 式中：溶剂的分子量，溶液的密度，二、吸收剂用量及操作线的确定（一）吸收剂用量的确定1、最小吸收剂用量式中： 惰性气体流率， 下标：1塔底 2塔顶最小吸收剂用量，气相和液相组成，摩尔比与平衡的液相组成，摩尔比 进塔惰性气体：若气液两相浓度很低，平衡关系符合亨利定律，最小吸收剂用量可按下式计算： 因为清水吸收，所以=0 则，2、吸收剂用量 或 （二）操作线的确定 如右图对于逆流操作的吸收塔， 在任意截面与塔底或塔顶作物料衡算： 或 于是，操作线方程为： 或 则三、塔径计算 查得20下水的密度 ，粘度 表面张力混合气体的平均摩尔质量 ： 混合气体平均密度: （一）采用Eckert通过关联图气相质量流量为： 液相质量流量可近似按纯水计算： 有下图1.1查得因为吸收的是二氧化硫所以选用塑料阶梯环查得 则 图1.1填料塔泛点和压降的通用关联图（二）泛点气速填料塔塔径大小是根据生产能力与空塔气速来计算的，空塔气速由下面经验公式确定： （三）塔径的计算 圆整后： 填料径比： 圆整后的塔径代入得 （四）喷淋密度校核最小喷淋密度： 因为 所以 取最小润湿率为： 查得 则 填料直径合适（五）单位高度填料压降校核由图1.1查得横坐标 纵坐标由Eckert关联图查得=425.56填料层压降为：一般在145490较合适 所以=425.56合理，则， 四、填料层高度的确定（一）传质系数计算1、有效面积（润湿面积）查（表1.1）得聚丙烯 （） 表1.1 填料材质的临界表面张力值材质钢陶瓷聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯玻璃涂石蜡的表面 dyn/cm75613333407320查得 2、 液相传质系数由=0.0095所以3、气相传质系数查得查（表1.2）得表1.2 常见填料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由 由于 需要校正脱吸因数：（二）填料层高度计算吸收过程常用传质单元数法求解填料层高度。根据设计经验，填料层的设计高度一般为 附录：参考文献【1】: 化工原理 夏清 陈长贵.天津大学出版社【2】: 食品工程原理 杨同舟.中国农业出版社，2001【3】: 化工原理课程设计指导.内蒙古科技大学.生物与化学工程学院化学系致谢：通过近两周的课程设计，我们进一步巩固和加深了对本课程的理论知识的运用，同时提高了在设计、计算、文献查阅等基本技能方面的水平；锻炼了我的实践动手能力，独立分析和解决工程实际问题的能力。在设计过程中，通过与同学的共同讨论，培养了我的团队协作精神，同时也