二氧化硫吸收塔的设计计算.doc

题目:填料吸收塔工艺设计 姓名: 杜珊珊 班级: 化学11001班 学号: 201003001 序号: 4 前 言吸收塔不断结构简单，而且流体通过填料层的压降减小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特别适合用于处理量小，有腐蚀性的物料及要求降小的场合。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进入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触 传质。因为气液两相组成沿塔高继续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。填料塔内除充填填料以外，还需安装一些必要的附件，设计时对这方面如重视不够，会造成操作过程中气液分布不均、阻力过大、过早发生液泛等情况，对塔通过能力和效率的不利影响颇大，在选择填料规格时要进行反复试算，以选出最适合的规格。本次设计内容是根据一定处理量及一定的分离要求设计一个用水吸收二氧化硫的填料吸收塔，其中填料的类型已给出，要求设计者自拟设计方案并写出计算过程及画出设计图。 目录一、填料塔主体设计方案的确定.11.1装置流程的确定.11.2填料规格的选择.11.3设计步骤.11.4基础物料数据.1 1.4.1液相物性数据.1 1.4.2汽相物性数据.2 1.4.3汽液相平衡数据.2 1.4.4填料的填料因子及比表面积数据.3 1.4.5物料衡算.3二、填料塔工艺尺寸的计算.42.1塔径的计算.42.2填料塔高度的计算和分段.62.3填料层压降的计算.10三、填料塔内件的类型及设计.103.1管内件的类型.103.2塔内件的设计.11四设计结果汇总.114.1设计结果.114.2主要符号说明.12五.参考文献.14 任务书(1) .设计题目试设计一座填料塔用于脱除混于空气中的,气体的处理量为3500,其中含5%（体积分数），要于塔顶排放气体中含00.2%（体积分数），采用清水吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。(2) 设计条件 压力：常压 温度：20(3) 填料类型 ：自选(4) 工作日：每年按300天算，每天24小时运作设计内容1.填料塔主体设计方案的确定1.1装置流程的确定用水吸收S02，为提高传质效率，选用逆流吸收过程。因用水作为吸收剂，且S02不作为产品，故采用纯溶剂。1.2填料规格的选择该系统不属于难分离的系统，操作温度及压力较低，可采用散装填料，系统中有S02，有一定的腐蚀性，故考虑选用塑料鲍尔环，由于系统压降无特殊要求，考虑到不同尺寸鲍尔环的传质性能选用Dg38塑料鲍尔填料。1.3设计步骤本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计（1） 吸收塔的物料衡算；（2） 填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；（3） 设计液体分布器及辅助设备的选型；（4） 绘制有关吸收操作图纸。1.4基础物性数据1.4.1液相的物性数据1对于低浓度的吸收过程，溶液的物性数据可以近似取水的物性数据，由手册查得，20时水的有关物性数据如下：密度=998.2 kg/m3粘度=0.001 Pas=3.6 kg/(mh)表面张力=73 dyn/cm=940 896 kg/h2S02在水中的扩散系数 = =cm2/s=5.47210-6 m2/h1.4.2气相的物性数据2混合气体的平衡摩尔质量=0.0564.06+0.9529=30.75 g/mol混合气体的平均密度=1.279 kg/m3混合气体的粘度可以近似取空气的粘度，查手册20时空气的粘度为=1.8110-5 Pas=0.065 kg/(mh)查手册得S02在空气中的扩散系数为=0.108 cm2/s=0.039 m2/h1.4.3气液相平衡数据3查手册，常压下20时：S02在水中的亨利系数E=3.551O3 kPa相平衡常数为=3.551O3/101.3=35.04溶解度系数=998.2/3.551O3/18.02=0.0156 kmol/h1.4.4填料的填料因子及比表面积数据4泛点填料因子=184 /m压降填料因子=114 /m比表面积=151 m2/m3填料临界表面张力=33 dyn/cm=427680 kg/h21.4.5物料衡算进塔气相摩尔比出塔气相摩尔比 进塔惰性气相流量 kmol/h吸收过程属于低浓度吸收，最小液气比可按下式计算对于纯溶剂的吸收过程，进塔液相组成为：X2=0取液气操作比为1.5塔底吸收液组成： 已知2.填料塔工艺尺寸的计算2.1塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相的质量流量液相的质量流量（可以近似用纯水的流量计算）参照Eckert通用关联图图 1： 填料塔泛点和压降的通用关联图5图中 u0空塔气速，m /s； 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，m /s2； V、L分别为气体和液体的密度，kg /m3； wV、wL分别为气体和液体的质量流量，kg /s。 此图适用于乱堆的颗粒形填料，如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等，其上还绘制了整砌拉西环和弦栅填料两种规整填料的泛点曲线。对于其他填料，尚无可靠的填料因子数据。横坐标为查Eckert通用关联图，纵坐标为0.024即表2 ：散装填料泛点填料因子平均值6填料类型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环410117160金属环矩鞍170150135120金属阶梯环160140塑料鲍尔环55028018414092塑料阶梯环260170127(瓷矩鞍1100550200226瓷拉西环1300832600410查得：取空塔气速为泛点气速的0.65倍，则：塔径圆整塔径塔径的校核泛点率校核填料规格校正液体喷淋密度校核取最小湿润速率为hh经以上校核，填料塔直径选用合理2.2填料层高度的计算脱吸因数气相总传质单元数 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算液体的质量通量表3：常见材质的临界表面张力值材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡表面张力, mN /m56617333407520= =0.604气膜吸收系数如下计算：气体的质量通量为液膜吸收系数如下计算： =1.157m/h由 表4：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查表=1.45 取安全系数为1.3，则： 圆整后可得,Z=10m所以，设计填料塔的高度为10m表5： 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586鲍尔环5106阶梯环8156环矩鞍5156对于鲍尔环填料，h=51400=7000 mm10000mm7000mm计算填料层高度为10000mm，故需分段，分为2层，每层5m2.3填料层压降的计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降表6： 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-瓷矩鞍环700215140160-瓷拉西环1050576450288-查得：=114 /m查图3.管内件的类型及其设计3.1管内件的类型填料塔的内件主要有填料塔支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体手机再分布装置等。合理的选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。3.2塔内件的设计1.液体分布器设计的要求：（1）液体分布均匀（2）操作弹性大（3）自由截面积大（4）其他2.液体分布器布液能力的计算（1）重力型液体分布器布液能力的计算（2）压力型液体分布器布液能力的计算注：（1）本设计任务液相负荷较大，可选用管式液体分布器;且填料层不高，可不设计液体在分布器。（2） 塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支撑板及压板。其他塔附件及气液出口装置计算。（3） 气体进出口装置：低压下气体进出口管气速可取815m/s，原料气体进气量为3500，选用圆形管道，以d为管道内径由选用气体流速为15m/s，则：取整，d=29mm液体进出口装置：水及一般液体的流速范围为，选用圆形管道，以d为管道内径选液体流速为2.0 m/s，取整：d=150mm4. 设计结果汇总4.1设计数据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 20摄氏度操作压力：常压物性数据液相气相液体密度998.2kg/m3混合气体平均摩尔质量30.75kg/kmol液体粘度3.6kg/(m h)混合气体的平均密度1.279kg/m3液体表面张力940896混合气体的粘度0.065kg/(mh)SO2在水中的扩散系数5.47210-6m2/hSO2在空气中的扩散系数0.043m2/h重力加速度1.27108m/h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H3.55103 kpa35.040.0156kmol/kPam3物料蘅算数据Y1Y2X1X2气相流量G液相流量L最小液气比操作液气比0.0529.810-40138.30 kmol/ h7241.09 kmol/ h34.9052.36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4476.5130484.41.4m11.380.566m10m 981.0pa4.2主要符号说明at填料的总比表面积，m2/m3aW填料的润湿比表面积，m2/m3d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 ； g重力加速度，9.81 m/s2 ； HETP关联式常数： hmax允许的最大填料层高度，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)； LW润湿速率，m3/(ms)； m相平衡常数，无因次； 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/sU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)VS气体体积流量，kg/s； L液体质量流量，kg/s； G气体质量流量，kg/s； x液相摩尔分数； X液相摩尔比Zy气相摩尔分数； 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。 下标 ：max最大的； mi