化工原理课程设计--水吸收二氧化硫填料塔.doc

化工原理课程设计 水吸收二氧化硫填料塔设计姓名： 专业：学号：目 录一 前言3二 设计任务3三 设计条件3四 设计方案3 1吸收剂的选择3 2流程图及流程说明3 3塔填料的选择4五 工艺计算4 1物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成4 2塔径的计算5 3.填料层高度计算6 4.填料层压降计算8 5.液体分布装置8 6.液体再分布装置9 7.填料支撑装置10 8.气体的入塔分布10六 设计一览表10七 对本设计的评述11八 参考文献11九 主要符号说明12一前言课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。二、设计任务：完成填料塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔装置图，编写设计说明书。三、设计条件1、气体混合物成分：空气和二氧化硫和水蒸气；2、二氧化硫的含量： 4g/m3；3、混合气体流量： 3300m3/h；4、操作温度：298K；5、混合气体压力：101.3KPa；6、回收率： 99.9。四、设计方案1吸收剂的选择 根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。2流程说明该填料塔中，二氧化硫和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气 体由塔顶排除，吸收了二氧化硫的水 由填料塔的下端流出。3塔填料选择 该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用DN38聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积a：132.5 空隙率：0.91干填料因子：五、工艺计算对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。25时，空气和水的物性常数如下：空气：水：1 物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成查表知，25下二氧化硫在水中的溶解度系数溶解度系数 相平衡常数混合气体的平均摩尔质量为：混合气体的密度 进塔气相摩尔比为：出塔气相摩尔比为：对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：(清水)混合气体流量：惰性气体流量：最小液气比：取实际液气比为最小液气比的1.4倍，则可得吸收剂用量为：2 塔径计算气象质量流量：液相质量流量：液气比 采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度：取泛点率为0.7，即圆整后取 泛点率校核： （在允许的范围内）填料规格校核： 液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：所以 经以上校核可知，填料塔直径选用合理。3 填料层高度计算脱吸因数为气相总传质单元数为：气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：查表知，液体质量通量为所以：气体质量通量为气膜吸收系数由下式计算：液膜吸收系数由下式计算：查表得：则由 得，则 由 由 设计取填料层高度为：查表：对于阶梯环填料，取则 将填料层分为三段设置，每段6m，两段间设置一个液体再分布器。4填料层压降计算：采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为：查表得：纵坐标为：查图得，填料层压降为：5.液体分布装置液体分布器的选型：液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。液体分布装置的安装位置，须高于填料层表面200mm,以提供足够的自由空间，让上升气流不受约束地穿过分布器。根据该物系性质，可选用目前应用较为广泛的多孔型布液装置中的排管式喷淋器。多孔型布液装置能提供足够均匀的液体分布和空出足够大的气体通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆结构。液体引入排管喷淋器的方式采用液体由水平主管一侧引入，通过支管上的小孔向填料层喷淋。排管式喷淋器采用塑料制造。分布点密度计算：为了使液体初始分布均匀，原则上应增加单位面积上的喷淋点数。但是，由于结构的限制，不可能将喷淋点设计得很多。根据Eckert建议，当时，喷淋密度为，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为。则布液点数为：布液计算：由 取，则 6.液体再分布装置实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流动时，不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加、填料主体的流量减小，影响了流体沿塔横截面分布的均匀性，降低传质效率。所以，设置再分布装置是十分重要的。可选用多孔盘式再分布器。分布盘上的孔数按喷淋点数确定，孔径为3.6mm。为了防止上一填料层来的液体直接流入升气管，应在升气管上设帽盖。它的设计数据如下：分布盘外径-785mm，升气管数量-6.7.填料支撑装置填料支撑装置对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小的栅板作为支撑板。为了改善边界状况，可采用大间距的栅条，然后整砌一、二层按正方形排列的瓷质十字环，作为过渡支撑，以取得较大的孔隙率。由于采用的是的填料，所以可用的十字环。塔径，设计栅板由两块组成。且需要将其搁置在焊接于塔壁的支持圈或支持块上。分块式栅板，每块宽度为700mm，每块重量不超过700N，以便从人孔进行装卸。8.气体的入塔分布设计位于塔底的进气管时，主要考虑两个要求：压力降要小和气体分布要均匀。由于填料层压力降较大，减弱了压力波动的影响，从而建立了较好的气体分布；同时，本装置由于直径较小，可采用简单的进气分布装置。由于对排放的净化气体中的液相夹带要求不严，可不设除液沫装置。六、设计一览表填料吸收塔设计一览表吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔混合气处理量：3300m3/h工艺参数名称物料名称清水二氧化硫操作压力，kPa1013101.3操作温度，2525流速，m/s0.736液体密度，kg/m3996.951.177（混）流量，kg/h138486.8723884.1塔径，mm1400填料层高度，mm18000压降，Pa2118.96操作液气比1.979分布点数185黏度，kg/(m*h)3.250.0659表面张力，kg/h933120七、对本设计的评述这次我的课程设计题目是水吸收二氧化硫过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。本设计中，开始的时候我打算采用Eckert通用关联图计算泛点气速，但是我发现用查图的方法误差很大，并且操作上很难实现。同时参考了其他的一些资料上的算法发现也有用贝恩（Bain）霍根（Hougen）关联式计算泛点气速的，所以最后采用了关联式来计算泛点速度。 在填料的选择中，我几乎是用排除法来选择的，后来认为DN38计算得的结果比比较好。虽然在同类填料中，尺寸越小的，分离效率越高，但它的阻力将增加，通量减小，填料费用也增加很多。用DN38计算所得的D/d值也符合阶梯环的推荐值。解决了上面的问题之后就是通过查找手册之类的书籍来确定辅助设备的选型，我选择栅板支承装置作为填料支撑。本设计我们所设计的填料塔产能大，分离效率高，持液量小，填料塔结构较为简单，造价适合。不过，它的操作范围小，填料润湿效果差，当液体负荷过重时，易产生液泛，不宜处理易聚合或含有固体悬浮物的物料等。课程设计是我们在校大学生必须经过的一个过程，通过课程设计的锻炼，可以为我们即将来的毕业设计打下坚实的基础！八、参考文献：1、化学工程手册编委会，化学工程手册，北京：化学业出版社，1991.2、上海医药设计院，化学工艺设计手册，北京：化学工业出版社，1996.3、刘光启，化工物性算图手册，北京：化学工业出版社，2002.4、童景山，流体的热物理性质，北京：中国石化出版社，1996.5、卢焕章等，石油化工基础数据手册，北京：化学工业出版社，1982.6、马沛生，石油化工基础数据手册，续编，北京，化学工业出版社，1993.7、王松汉，石油化工设计手册(第1卷)，石油化工基础数据，北京：化学工业出版社，2002.8、兰州石油机械研究所，换热器，上册，北京：中国石化出版社，1992.9、化工设备设计全书编辑委员会，换热器设计，上海：上海科技出版社，1998.10、中华人民共和国国家标准GB151-89钢制管壳式换热器，国家技术监督局发布，1989.11、施林德尔EU.热交换设计手册，第三卷，北京：机械工业出版社，1988.12、匡国柱，史启才，化工单元过程及设备课程设计，北京：化学工业出版社，2002.13、马江权，杨德明，龚方红，计算机在化学化工中的应用，北京：高等教育出版社，2005.14、贾绍义，柴成敬，化工原理课程设计，天津：天津大学出版社，2002.15、刘乃鸿等，工业塔新型规整填料应用手册，天津：天津大学出版社，1993.16、王树楹等，现代填料塔技术指南，北京：中国石化出版社，1998.17、徐崇嗣等，塔填料产品及技术手册，北京：化学工业出版社，1995.18、陈英南，常用化工单元设备的设计，上海：化工理工大学出版社，1993.19、潘国昌，郭庆丰，化工设备设计，北京：清华大学出版社，1996.20、徐中全译，尾花英郎著，热交换器设计手册，北京：石油工业出版社，1982.21、王国胜，化工原理课程设计，大连：大连理工大学出版社，2005.22、王立页，化工装置技术，大连：大连理工大学出版社，2005.23、尹先清，化工装置技术，北京：石油工业出版社，2005.24、尹芳华，钟璟，马江权等，现代分离技术，北京：化学工业出版社，2009.九、主要符号说明：a填料的有效比表面积，m2/m3. UL液体质量通量，kg/(m2*h).at填料的总比表面积，m2/m3. Umin最小液体喷淋密度，m3/(m2*h)aw填料的润湿比表面积，m2/m3. UV气体质量通量，kg/(m2*h).d填料直径，m. Vh气体体积流量，m3/h.D塔径，m. wL液体质量流量，kg/s.DL液体扩散系数，m2/s. wv气体质量流量，kg/s.DV气体扩散系数，m2/s. x液相摩尔分数.g重力加速度，9.81，m/s2. y气相摩尔分数.h填料层分段高度，m. X液相摩尔比.hmax允许的最大填料层高度，m. Y气相摩尔比.HB塔底空间高度，m. Z填料层高度，m.HD塔顶空间高度，m. 孔隙率，无因次.HOG气相总传质单元高度，m. 粘度，Pa*s.kG气膜吸收系数，kmol/(m2*s*kPa) 密度，kg/ m3.kL液膜吸收系数