(完整版)水吸收二氧化硫填料塔课程设计..

1、1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SO2,混合 气体的处理为2500m3/h，其中SO2（体积分数）8%。要求塔 板排放气体中含SO2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5、绘制吸收塔的结构图26、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.-41. 操作条件的确定.-41.1 吸收剂的选择 . .41.2 装置流程的确定 . .

2、41.3 填料的类型与选择 . 41.4 操作温度与压力的确定 .-42. 有关的工艺计算.52.1 基础物性数据. 52.2 物料衡算 .62.3 填料塔的工艺尺寸的计算 . 62.4 填料层降压计算 . 112.5 吸收塔接管尺寸的计算 . .122.6 附属设备.12三、评价. .13四、.参考文献.13五、附表143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，在填料层中与液体逆流接触进行

3、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11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。12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。13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，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

4、上，传质效率提高430%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1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=0.001Pas=3.6kg/(mh)表面张力6L=72.6dyn/cm=940896kg/h3SO2在水中的扩散系数为DL=1.47x10-5m/s=5.29x10-6ni/h2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为MJm=EyiMI=0.08x44+0.92x29=31.8PMvm 1013 31.8-3混合气体的平均密度pvm=1.

5、322kg mRT 8.314 293混合气体粘度近似取空气粘度，手册20C空气粘度为p,V=1.81x10-5Pas=0.065kg/(m ?h)查手册得SO2在空气中的扩散系数为52 2Dv=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m355035.04P 101.3溶解度系数为H= -P0.0156kmlo kPa.m3E.Ms2.2物料衡算进塔气相摩尔比为y1= 0.08出塔气相摩尔比为y2=0.004进塔惰性气相流量为V二空0 273（1 0.08） 95.67kmol/h22.4 293该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系

6、为直线，最小液气比按下式对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0y1y20.080.004y-i/ m x20.08/35.040取操作液气比为L/V=1.4L/V=1.4X33.29=46.612.3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=2500X1.322=3305kg/hX1=95.67(0.080.004)4459.181.6310计算，即（*）仏y?y1/ m x2L=46.61X95.67=4459.18kmol/h6液相质量流量可近似按纯水的流量计算7即WL=4459.18X18.02=80354.42kg/h查埃克特通用关联图得 土

7、旦？亠？0.20.025gL查表（散装填料泛点填料因子平均值）得F140 m取U=0.7UF=0.7X1.149=0.8046m/s1.048m圆整塔径，取D=1.1m泛点率校核u= 0.7311m/suUF0.7311100% =63.63%(在允许范围内)1.149填料规格校核：D 110044 10d25液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为3(Lv)min=0.08m/mh查塑料（聚乙烯）鲍尔环（*）特性数据表得：23型号为DN50的鲍尔环的比表面积at=92.7 m /mU32min=(Lv)minat=0.08X92.7=7.416m /mhU=80354.42/9982一“ ,284

8、.77 Umin0.785 11Eckert通用关联图横坐标为 黑（巴）0.5WPL80354.423305(1.322 )0.5(998.2)0.885UF0.025gL.F V0.20.226 9.81 998.2140 1 1.322 10.21.149m/s由D4 2500/36003.14 0.80468经校核可知，塔径D=1100m合理9填料层高度计算y1=mx=35.04x0.00163=0.0571Y2=mX=0脱因系数为S=mV 35.04 95.670.752L 4459.18气相总传质单元数1NOG-ln 11 SSY1 y2S y2y210.08 0一In (10.75

9、2)30.7521 0.7521.63 1030= 10.319气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算查常见材质的临界表面张力值表得2c=33dy n/cm=427680kg/h液体质量通量为=0.6467吸收系数由下式计算0.11 exp 1.450.75cULU2atL Lat0.050.2U2L80354.420785 11284600.461kg/(m2?h)0.750.1d d“ 427680846004611 exp 1.45 940896927 3.68460046292.72 899821.27 100.0520.2846004619982UL102/38460Q463.6

10、3.6 1.27 10KL0.009560.6467 92.7 3.6998.2 5.29 10998.2=3.236m/hKGa KGaw11查常见填料的形状系数表得1.45KGa KGaW0.0325 0.6467 92.7 1.451.12.932kmol /(m3?h?kPa)KLaKLaW0.43.236 0.6467 92.7 1.450.4225.08/hu/uF=63.63%50%1.4KGa 1 9.5 0.5 Qa UF2.2KLa 1 2.6 0.5KLaUF0.71/3KG0.237Uvat vvvDvatDvRTKG0.2370.73479.31/30.06592.7

11、 0.03992.70.0651.322 0.0398.314 293=0.237X85.71x1.08x0.0015=0.0325kmol/(m3hkPa)吸收系数由下式计算2/31/21/3KL0.0095ULLLgaW LLDLL质量通量为Uv3479.5kg/ m2?h2500 132220.785 1121/31114Q得KGa 1 9.5 0.6363 0.5.2932 4.642mo/m2 3?h?kPa2 21 2.6 0.6363 0.5.22508 23238/ h2?亠？0.2值。通过作图得出交点，读出过交点的等压得CaKGaKGHKLa14.6420.0156 232.

12、382.036kmol/ m3 * *?h?kPaHOG=KYa KGaP95.6722.036 101.3 0.785 1.10.488 m12Z=HOJNDG=0.488X10.319=5.03m得Z =1.3X5.03=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D510,hmax6m取h/D=8则h=8X1100=8800mm计算得填料层高度为66000mm故不需分段2.4填料层压降计算计算的方便，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WLWV0。5V=0.885查散装填料压降填料因子平均值表得P125 m查通用关联图得：

13、P/Z=190.45Pa/m填料层压降为P=190.45X6.6=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0。5W值。WV L再根据操作空塔气速U用有关物性数据,求出纵坐标13一般管道为圆形，d为内径，水流速为0.53m/s常压下气体流速1030m/s贝 S 气体进口直径diJ4 2500 172mm u 3.14 3600 30气体出口直径d2=d1=172mm4 80354.42/998.2 -239mm

14、3.14 3600 0.5喷液出口直径d4=d3=240mm排液口直径d5=d/2=120mm2.6附属设备(1)本设计任务液相负荷不大，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

15、少工作设备的负荷。设计体会14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，20023、 刘乃鸿等现代填料塔技术指南天津，中国石化出版社19984、 徐崇嗣等塔填料产品及技术手册北京，化学工业出版社19955、姚玉英化工原理，下册天津大学出版社1999五，附表郴的即序和驹嘯气比埃克特通用关图15填料特性参数填料名称规格（直径X高X厚）/mm材质及堆积方式比表面积23/m .m空隙率33/m /m干填料