二氧化硫填料吸收塔及周边动力设备与管线设计 化工原理课程设计.doc

化工原理 课程设计报告系 别： 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： （课程设计时间：2011年6月10日2011年6月24日）目 录1课程设计目的3 2课程设计题目描述和要求 3 2.1 设计题目描述3 2.2 设计要求33课程设计报告内容4 3.1 液相和气相物性数据4 3.2 物料衡算4 3.3 填料塔的工艺尺寸的计算6 3.4 附属设备的计算与选择16 3.5 工艺设计计算结果汇总204总结215.参考文献 216.附图221. 课程设计目的化工原理课程设计是学生学过相关基础课程及化工原理理论与实验后，进一步学习化工设计的基础知识，培养工程设计能力的重要教学环节。通过该环节的实践，可使学生初步掌握单元操作设计的基本程序与方法，得到工程设计能力的基本锻炼。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。单元过程及单元设备设计是整个过程和装备设计的核心和基础，并贯穿于设计过程的始终，从这个意义上说，作为相关专业的本科生能够熟练地掌握典型的单元过程及装备的设计过程和方法，无疑是十分重要的。2课程设计题目描述和要求2.1 设计题目描述(1) 设计题目二氧化硫填料吸收塔及周边动力设备与管线设计(2) 设计内容根据所给的设计题目完成以下内容：(1)设计方案确定； (2)相关衡算； (3)主要设备工艺计算； (4)主要设备结构设计与算核；(5)辅助（或周边）设备的计算或选择；(6)制图、编写设计说明书及其它。(3) 原始资料设计一座填料吸收塔，用于脱除废气中的SO2，废气的处理量为1000m3/h，其中进口含SO2为9%（摩尔分率），采用清水进行逆流吸收。要求塔吸收效率达94.9%。吸收塔操作条件：常压 101.3Kpa；恒温，气体与吸收剂温度：303K清水取自1800米外的湖水。示意图参见设计任务书。 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。2.2 设计要求设计时间为两周。设计成果要求如下：1. 完成设计所需数据的收集与整理2. 完成填料塔的各种计算3. 完成动力设备及管线的设计计算4. 完成填料塔的设备组装图5. 完成设计说明书或计算书（手书或电子版打印均可）目录、设计题目任务、气液平衡数据、L/G、液泛速度、塔径、KYa（或KXa的计算、HOL、NOL的计算、动力设备计算过程（包括管径确定）等。3课程设计报告内容3.1液相和气相物性数据（1）液相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。30时水的有关物性数据如下：密度：黏度：表面张力：在水中的扩散系数：（2）气相数据混合气体的平均摩尔质量： 混合气体的平均密度：混合气体的黏度:在空气中的扩散系数:（3）气液相平衡数据：查资料，常压下30，在水中的亨利系数为3.2 物料衡算如图所示：物料衡算示意图 G惰性气体的流量，kmol/h;L纯吸收剂的流量，kmol/h;进出口吸收塔气体的摩尔比；出塔及进塔液体中溶质物质的量得的比。已知：,则： 平衡分压5.0113.914.101.5951.4692.56.987.030.2840.3971.54.204.220.1641.2721.02.802.810.1040.1160.71.961.960.06840.07840.51.401.400.04740.04980.30.8430.8440,02590,02660.20.5620.5620.01550.01570,150.4220.4220.01070.01080.10.2810.02810.006180.00618 表1由上表做X-Y坐标图（见附图P23）在图上做=0.0989对应的横坐标，即为则最小液气比为： 取实际液气比为最小液气比的1.3倍，即惰性气体流量（标况下）：由求得吸收夜出塔浓度为：3.3 填料塔的工艺尺寸的计算3.3.1 （1）空塔气速和塔径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为泛点率。气相质量流量：液相质量流量可近似按纯水的流量计算：填料的泛点气速可由贝恩-霍根关联式计算：泛点气速，;重力加速度，9.81;填料总比表面积，；填料层空隙率，；气、液相密度，；液体黏度，； 液、气相质量流量，；A,K关联常数。本次设计选用DN25聚丙烯阶梯环填料，查表可知：A=0.204，K=1.75，代入贝恩-霍根关联式：取空塔气速由D塔径，m;操作条件下混合气体流量，;混合气体空塔气速，m/s.则圆整塔径，取D=0.8m,即800mm.泛点率校核：，在50%80%之间（在允许范围之内）填料规格校核：（在允许范围之内）(2)液体喷淋密度的确定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：式中：U液体喷淋密度，； 液体喷淋量，； D填料塔直径，m.为使填料塔获得良好的湿润，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，即最小喷淋密度，以表示。对于散装乱堆填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算：式中：最小喷淋密度，； 最小湿润速率，； 填料的总比表面积，。对于直径不超过75mm的散装填料，取=0.08，又=228校核： 求的液体喷淋密度为： 液体喷淋密度符合要求，即塔径D=0.8m合理。3.3.2 传质单元高度计算（1）由恩田公式：，式中：气液体通过空塔截面的质量流量流速，； 填料的总比表面积，； 单位体积填料层的湿润面积，； 液体表面张力，; 填料上液体铺展开的最大表面张力，； 气液体的黏度，； 气液体得密度，； 重力加速度,； 在空气，水中的扩散系数，。查表得：代入上式得：则气膜吸收系数： 液膜传质系数： 由，查表可知则则 （2）溶解度系数H的求法由表：序号15.010.74230.59560.27350.012322.50.37950.28428.76920.013231.50.22990.16416.61320.013841.00.15400.10410.53520.014650.70.10810.06846.92900.015660.50.07740.04744.80160.016170.30.04650.02592.62370.017780.20.03110.01551.55470.020090.150.02330.01071.08390.0215100.100.01550.006180.62600.0248 表2注：的求法：，溶液质量=溶解度+溶剂质量 溶液密度为995.7/m； （P=101.3kPa）； ，计算出 3.3.3 传质单元数的计算取点：在所附X-Y图上区间上取9个点，分别为,并且令，它们在平衡线上对应的横坐标分别为;由方程计算出对应X值，序号00.0050440.2500010.010.4251.00533081.94920.020.7003.03382521.30530.030.9255.06222387.88940.041.1757.09072146.46550.051.4009.11912048.80260.061.65011.14761868.32170.071.87513.17601794.04480.082.10015.20451725.47790.092.30017.23291733.974100.09892.47519.03831750.792 表3由辛普森公式：故实际填料高度取1.3倍，则m故填料高度为3.2m;可将填料分为两段，每段1.6m.3.3.4填料层压降的计算利用埃克特通用关联式图查压力降：下图为填料塔泛点气速及气体压力降计算用关联图横坐标：纵坐标：查表得3.3.5填料塔附属部件选择（1）液体喷淋装置初始分布器：盘式分布器（溢流管式）分布盘结构参考数据/mm 表4塔径D800分布盘直径500分布盘厚度46溢流管直径缓冲管直径如图所示： 再分布器： 截锥式再分布器 采用如图所示再分布器，截锥体与塔壁夹角一般为3545，截锥下口直径约为。（2）填料支撑板选择常用的栅板，其由竖立的扁钢条构成，结构简单、制造方便 上图为 塔径的栅板在塔内的安装及栅板结构注：支持圈也可用钢煨制所选栅板尺寸见下表：塔径填料环直径栅板尺寸公称直径RLnt8002578038939077914253509 表支持圈尺寸见下表塔径厚度S8007966966(3)除雾器采用干填料除雾器（在液体喷淋装置与气体出口管之间装一段干填料）。（4）手孔手孔直径一般为150mm250mm,此处选用标准手孔公称直径DN150。3.3.6填料塔附属高度计算 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0.6 m（包括除沫器高度）；塔底部空间高度取1.5m；喷淋器，包括初始喷淋器和在分布器高2m;支撑板总高0.15m；所以塔附属高度总为4.25m。塔总高为7.25m，约为7.3m。在此选择悬挂式。3.4 附属设备的计算与选择3.4.1蓄水池处离心泵的选择与计算取液体流速据根管材规范，该直径d应该选热轧无缝钢管，内径为81mm. 实际流速：30水的黏度（湍流）钢管绝对粗糙度取，相对粗糙度由得截止阀（全开），三个90弯头，带滤水器底阀（全开），管出口突然扩张.管路的压头损失： 扬程：根据要求选泵时，流量为实际流量的1.11.2倍，即为35.9339.20.扬程放大5%10%，即为12.2m12.78m.查表可选取规格为IS80-65-125的离心泵允许汽蚀余量为30水的饱和蒸汽压，压强，吸入管长取吸入管压头损失：泵的最大允许安装高度：泵的实际安装高度应小于4.69m.此处取2m.IS80-65-125离心泵的具体参数如下转速n/(r/min)流量/m3/h扬程H/m效率轴功率/kW配带功率/kW汽蚀余量29005018753.635.53.0 3.4.2 湖边泵的选择取流量：则:选，内径为d=81mm.则实际流速为绝对粗糙度，相对粗糙度截止阀（全开），两个90弯头，带滤水器底阀（全开），管出口突然扩张.管路的压头损失：扬程：查表可选取规格为IS80-50-315的离心泵允许汽蚀余量为30水的饱和蒸汽压，压强，吸入管长取吸入管压头损失：泵的最大允许安装高度：泵的实际安装高度应小于4.85m.此处取3m.IS80-50-315离心泵的具体规格如下：转速n/(r/min)流量/m3/h扬程H/m效率轴功率/kW配带功率/kW汽蚀余量2900501285431.5372.5 3.4.3吸收塔主要接管尺寸选择与计算(1)气体管路直径：气体进入塔内的流速一般为1018m/s，常压塔气体进出口管速度可取1020m/s,高压塔气速低于此值。为了防止突然扩大引起的压头损失，所以取气体流速为u=18m/s。气体流量为据根管材规范，取管径为：内径为150实际流速（2）液体管路直径由3.4.1与3.4.2内容可知取3.5 工艺设计计算结果汇总 吸收塔的吸收剂用量计算总表项目符号数值与计量单位混合气体处理量V1000惰性气体流量G36.6027kmol/h进塔气相摩尔比0.0989出塔气相摩尔比0.005044进塔液相摩尔分率0出塔液相摩尔分率0.001904最小液气比37.922液气比49.2986混合气体的平均摩尔质量32.1554混合气体的平均密度1.293吸收剂用量 L1804.4619kmol/h气相质量流量1293kg/h液相质量流量32516.4034kg/h塔设备计算总表 项目符号数值与计量单位塔径D800mm填料层高度Z3.2m塔高 h7.3m气膜吸收系数传质单元高度0.5003m液膜传质速率传质单元数4.63m总压降空塔气速液泛速率泛点率62.13%4总结这是我第一次接触课程设计，刚开始不知道如何下手，通过与同学讨论还有老师的帮助，我终于在两个星期内完成了课程设计所有的内容，虽然花费了很多时间精力，但是学到了很多东西，我觉得非常值得。设计过程中，我认为细心和耐心是关键，我们要细心的计算画图，耐心的查资料想问题，不能因为一次算错就灰心丧气，罗马不是一天建成，更何况我们刚接触课程设计，设计过程中算错一个地方是很正常的，我们要认真对待。这种课程设计不仅是理论结合实际的表现，也是对我们心理的一个磨炼，我们应该将我们在课堂上学习到的理论知识运用的设计中来，不能只凭空想象，还要结合实际，多查阅资料，只有这样才能做出一个好的设计出来。这次的课程设计真可谓是苦中有乐，我既享受到了进行课程设计中发现问题解决问题的乐趣，也感受到了课程设计的辛苦，我相信这对我以后的学习生活都有很大的帮助。