水吸收二氧化硫填料塔课程设计

1、水吸收二氧化硫填料塔课程设 计 化工原理课程设计报告 设计任务书 （一）设计题目 试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的 S02,混合 气体的处理为2500m3/h,其中S02 （体积分数）8%。要求 塔板排放气体中含SC2低于0.4 %，采用清水进行吸收。 （二）操作条件 常压，20C （三）填料类型 选用塑料鲍尔环、陶瓷拉西环填料规格自选 （四）设计内容 1、吸收塔的物料衡算 2、吸收塔的工艺尺寸计算 3、填料层压降的计算 4、吸收塔接管尺寸的计算 绘制吸收塔的结构图 6、对设计过程的评述和有关问题的讨论 7、参考文献 8、附表 目录 一、概述4 二、计算过程-4 1. 操作条件的确定

2、 1.1吸收剂的选择 .4 1.2装置流程的确定 .4 1.3填料的类型与选择 4 1.4操作温度与压力的确定 -4 2. 有关的工艺计算5 2.1基础物性数据5 2.2物料衡算6 2.3填料塔的工艺尺寸的计算 6 2.4填料层降压计算 11 2.5吸收塔接管尺寸的计算.12 2.6附属设备.12 三、评价 .13 14 四、参考文献.13 五、附表 概述 填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用 耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量小，有腐蚀性的物 料及要求压降小的场合。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送入， 流过填料的空隙

3、，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气 液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液 传质设备。 二、设计方案的确定 （一）操作条件的确定 1. 1吸收剂的选择 因为用水作吸收剂，同时 so2不作为产品，故采用纯溶 剂。 1. 2装置流程的确定 用水吸收so2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高 传质效率，选择用逆流吸收流程。 1. 3填料的类型与选择 用不吸收so2的过程，操作温度低，但操作压力高， 因为工业上通常选用塑料散堆填料，在塑料散堆填料 中，塑料鲍尔环填料的综合性能较好。鲍尔环填料是 对拉西环的改进，鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了 环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，

4、液体分 布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加 50% 以上，传质效率提高30%左右。 1. 4操作温度与压力的确定 20C，常压 (二)填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2.1基础物性数据 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据 查得，293K时水的有关物性数据如下： 密度 p =998.2kg/m 粘度卩 l=0.001 Pa s=3.6kg/(m h) 3 表面张力 6 L=72.6dyn/cm=940896kg/h SO2在水中的扩散系数为 DL =1.47 X 10-5nVs=5.29 X 10-6n1/h 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 MVm

5、=E yi M=0.08 X 44+ 0.92 X 29=31.8 混合气体的平均密度p vm= =1.322kg m-3 PMvm_1013 汉 31.8 RT8.314 293 混合气体粘度近似取空气粘度，手册20 C空气粘度为 -5 卩 v=1.81 X 10 Pa - s=0.065kg/(m ?h) 查手册得S02在空气中的扩散系数为 2 2 Dv=0.108cm/s=0.039m /h 由手册查得20C时SO在水中的亨利系数E=3550kPa 相平衡常数为m =: 3550 =35.04 P 101.3 溶解度系数为H=0.0156kmlo kPa.m3 E.Ms 2.2物料衡算

6、进塔气相摩尔比为y1= 0.08 出塔气相摩尔比为y2=0.004 进塔惰性气相流量为 V500 迈(1 一0.08) =95.67kmol/h 22.4293 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式 计算，即(+) min二 y1 7 y1 / m - x2 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为 X2=0 (L V 打十 -丫2.。8 - 0.00433.29 y1/mX20.08/35.04 0 取操作液气比为 L/V=1.4L/V=1.4 X 33.29=46.61 L=46.61 X 95.67=4459.18kmol/h t V(y1-y 2)=L(x 1-x 2) .

7、95.67 汉(0.08 0.004),门门 j X1二1.63 10 4459.18 2.3填料塔的工艺尺寸计算 塔径计算 采用Eckert通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为W=2500X 1.322=3305kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算 即 W=4459.18 X 18.02=80354.42kg/h Eckert通用关联图横坐标为 黑（巴）0.5二83544（祭严4885 W pL3305998.2 查埃克特通用关联图得 土旦工.二0.025 gPl 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得 =140m Uf = 1.149m/s 0.025g二 0.226 9.81 9

8、98.2 f 厂严 一 ：140 1 1.322 10.2 取 u=0.7u f=0.7 X 1.149=0.8046m/s 4 2500/3600 = 1.048m 3.14 0.8046 圆整塔径，取D=1.1m 2500/3600 泛点率校核U=20.7311m/s 0.785 x1.12 =0.7311 100 % =63.63 % （在允许范围内） uF 1.149 填料规格校核：D = 1100 = 44 10 d 25 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 3 （Lv） min=0.08m/m h 查塑料（聚乙烯）鲍尔环（* ）特性数据表得： 型号为DN50的鲍尔环的比表面积at=

9、92.7 m7m3 U 32 min=(Lv)minat=0.08 X 92.7=7.416m /m h U= 80354.42/998.2 284.77 Umin 0.785 112 经校核可知， 塔径D=1100mr合理 填料层高度计算 y ! =mx=35.04 x 0.00163=0.0571 Y 2=mX=0 脱因系数为 S=mV 二 35.04 95.67 二 0.752 L 4459.18 气相总传质单元数 1 1-0.752 In (1 -0.752) 0.08-0 1.63 10- 0 0.752 = 10.319 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 Uiat Pl%

10、丿 _0.052 Ul 0.2 Pqat 丿 查常见材质的临界表面张力值表得 2 -c=33dyn/cm=427680kg/h 液体质量通量为 Ul 80354.42 0785 1.12 2 二 84600.461kg/(m * h) =1 -exp1.45 (4276805 i84600461 8460046927 940896.927 3.699822 1.27 1(f .05 846004612 (9982 740896 927 NoG=1 ln (1 1-S y：】y 15 =0.6467 吸收系数由下式计算 Kg =0.237 0.7 fat Dv y 丿百丿 1/3 质量通量为 U

11、V 二 2500 1 彳22 二 3479.5kg/ m2 h 1/3 0.065、92.7x0.039、 0.785 12 Kg =0.237： i- 3479.37r (92.7汉 0.065 丿 J.322汇0.039丿(8.313 293 丿 =0.237 X 85.71 X 1.08 X 0.0015 =0.0325kmol/(m 3 h kPa) 吸收系数由下式计算 F、2/3 /8、1/3 (84600.463.6 13.6江 1.2708 心=0.0095 I I 10.6467沢92.7T.6 丿 1998.2汇5.290 丿 I998.2丿 =3.236m/h KGa =

12、KGaw，11查常见填料的形状系数表得 二 1.45 aa 二 KGaW ；：1.1 = 0.0325 0.6467 92.7 1.451.1 = 2.932kmol/(m3 h kPa) KLa 二 KLaW 0.4 二 3.236 0.6467 92.7 1.450.4 二 225.08/h u/u f=63.63 % 50% 一 (u Kg a= 1+9.5 一 -0.5 KGa .H 丿 ” 一 /I KLa= 1+2.6 -0.5KLa I I 丿 得 KG a = 1 +9.5% (0.63630.52.932= 4.642mo/(m3 h kPa) 得 KL a = 1 2.6

13、0.6363 0.5221 22508二 23238/h 1 1 1 ；+；- Kg HKl a Io 2.036kmol/ m3 hkPa 1 1 + HOg V KYa1.1 V KGaP11 95.67 2.036 101.3 0.785 1.12 =0.488m 4.6420.0156 232.38 Z=HOGNdg=0.488 X 10.319=5.03m 得 Z =1.3 X 5.03=6.539 取填料层高度为Z =6.6m 查塑料鲍尔环高度推荐值表 对于阶梯环填料 -=510, hmax6m D 取 h/D=8贝y h=8X 1100=8800mm 计算得填料层高度为66000

14、mm故不需分段 2.4填料层压降计算 散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。计算时，先 根据气液负荷及有关物性数据，求出横坐标Wl A 值。 WvJPl 丿 再根据操作空塔气速U用有关物性数据，求出纵坐标 d 丄Z0.2值。通过作图得出交点，读出过交点的等压 g l 线数值，即得出每米填料层压降值。用埃克特通用关联图计 算压降时，所需填料因子与液体喷淋点密度有关，为了工程 计算的方便，常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平 均值。 埃克特通用关联图横坐标为 0。5 W 匸=0.885 Wv几 查散装填料压降填料因子平均值表得 p =125m 查通用关联图得： P/Z=190.45Pa/m

15、 填料层压降为 P=190.45X 6.6=1256.97Pa 查此图时，一定要看好，最好用两个直角板找到横坐标和纵 坐标的交点，在估计出合理的等压线数值。 2.5吸收塔接管尺寸计算 般管道为圆形, d为内径，水流速为0.53m/s 常压下气体流速 10 30m/s 则气体进口直径 di = 4 2500,72mm 3.14 3600 30 气体出口直径 d 2=di=172mm 喷液进口直径 da 二 8035442/998.2 : 239mm 3.14 3600 0.5 喷液出口直径 d 4=da=240mm 排液口直径 d5=d/2=120mm 2.6附属设备 (1) 本设计任务液相负荷

16、不大，可选用排管式液体分面器， 且填料层不高，可不设液体再分布器。 (2) 塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及 压板。 三、评价 设计中问题的评价： 1、对于吸收塔基本尺寸的确定以及数据来源，物性参数，合 适取值范围的确定要按具体的实际设计情况来定。 2、对于吸收塔填料装置的材料属性，以及经济效益要综合考 虑工艺的可能性又要满足实际操作标准。 3、对于吸收塔的温度的确定，由吸收的平衡关系可知，温度 降低可增加溶质组分的溶解度，对于压力的确定，选择常 压，减少工作设备的负荷。 设计体会 刚拿到任务说明书时，一脸茫然，大家都是第一次接触到 这个陌生的东西，面对大量繁琐的计算，我的头都

17、大了，其中我 得了一个很不合理的数据，经过反复查找，才发现前面有个小数 点弄错了，我深深体会到了科学需要的严谨性。在设计课程报告 时，要输入大量的公式，我自学了一点公式编辑器的知识，感觉 它非常有用，今后有时间还得好好学学。我会好好对待以后的每 一次设计，让老师满意。希望老师对我这次的表现认可。 四、参考文献 1、化学工程手册编辑委员会，化学工程手册一一气液传质 设备 2、 贾绍义，紫诚敬化工原理课程设计天津大学出版社，2002 3、刘乃鸿等现代填料塔技术指南天津，中国石化出版社1998 4、徐崇嗣等塔填料产品及技术手册北京，化学工业出版社 1995 5、姚玉英化工原理，下册天津大学出版社 1999 五，附表 y? (b) 呱的撫件域和聶小港吒比 埃克特通用关图 填料特性参数 填料名 称