化原课程设计二氧化硫吸收塔

1、化工原理课程设计题目：S色气体吸收塔的设计系别：化学与环境工程学院专业：过程装备与限制工程姓名：杨天赐学号：122209104136指导老师：刘红娇2021年6月22日目录一设计任务书二设计方案简介三工艺计算设计任务书(一)设计题目水吸收SO过程填料吸收塔的设计：试设计一座填料吸收塔,用于脱除混合气体(先冷却)中的SQ,其余为惰性组分,采用清水进行吸收.混合气体的处理量m3/h3000入塔混合气含SO(体积分数)4%出塔混合气含SO(体积分数)0.14%平衡线方程1.15237.y66.76676x(二)操作条件(1)操作压力常压(2)操作温度20C(三)设计内容(1)流程的选择：本流程选择逆

2、流操作；(2)工艺计算：吸收剂量求取、操作线方程式、填料塔径求取、填料层高度、最小润湿速度求取及润湿速度的选取、单位填料层压降的求取、吸收塔高度等的计算；(3)附件选型：液体分布,分布器及再分布器、支座等的选型；(4)编写设计说明书和设计结果一览表,绘制填料塔的工艺条件图二设计方案简介2.1 方案确实定2.1.1 装置流程确实定本流程选择逆流操作.2.1.2 吸收剂的选择吸收剂为清水2.1.3 操作温度与压力确实定(1)操作压力常压(2)操作温度20C2.2 填料的类型与选择对于水吸收SO的过程,操作温度及操作压力较低,工业上通常选用塑料散装填料.本流程选用N38塑料鲍尔环填料.2.3 设计步

3、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.三工艺计算3.1 根底物性数据3.1.1 液相物性数据3.1.2 C时水的有关物性数据如下：密度为pl=998.2kg/m3粘度为产1.0050mPas外表张力为tl=72.6x103N/mSO在水中的扩散系数为DL=147X10-9m/s=5.29X10-6m/h0.5依Wilke-ChangD1.8591018人叫46T计算,查?化学工程基V础?3.1.3 气相物性数据设进塔混合气体温度为2

4、0C,混合气体的平均摩尔质量为MVm=2yiM=0.04X64+0.96X29=30.4g/mol混合气体的平均密度为PM101.32530.43pVnr=1.2645kg/nrRT8.314293混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查化工原理得20c空气的粘度为nv=1.81X105Pas查手册得SQ在空气中的扩散系数为D/=1.08X10-5m7s=0.039M/h3.1.4 气液相平衡数据由手册查得,常压下20c时SO在水中的亨利系数为E=3.55M03kPa相平衡常数为m=E/P=3.55X103/101.3=35.04溶解度系数为H=p/EM=998.2/(3.55X103X18)=

5、0.0156kmol/kNm3.1.5 物料衡算(1)进塔混合气中各组分的量塔平均操作压强为101.3kPa,故：混合气量=3000X273X,=124.79kmol/h2732022.4混合气SQ中量=124.78X0.04=4.99kmol/h=4.99x64=319.44kg/h设混合气中惰性气体为空气,那么混合气中空气量=124.78-4.99=119.79kmol/h=119.79X29=3473.88kg/h(2)混合气进出塔的摩尔组成y1二0.04y2=0.0014(3)混合气进出塔摩尔比组成进塔气相摩尔比为-V10.04Y1=0.041671y110.04出塔气相摩尔比为V20

6、.0014丫2=0.0014019631y210.0014(4)出塔混合气量出塔混合气量=119.79+(1-0.0014)=119.96kmol/h(5)吸收剂(水)的用量L该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算(L).丫1_丫一Vi工X对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为X2=0(L)min=0-041670.001401963=33.86V0.04167035.04取操作液气比为LL、1.4()minVVL1.433.8647.404VL47.404119.795678.53kmol/h(6)塔底吸收液组成XiV(YiY2)L(XiX2)XiV(Yi")0

7、.000848L(7)操作线方程0.0014依操作线方程YLX(Y2LX2)47.404XVV3.2填料塔的工艺尺寸的计算3.2.1 塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速.气相质量流量为W=3000X1.264=3792kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即皿=5678.53X18=102213.45kg/h其中：pl=992.2kg/m3pv=1.264kg/m3g=9.81m/s2艮=1.0050mPas(1)采用Ecekert通用关联图法计算泛点气速uF.通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下：图一填料塔泛点和压降的通用关联图引自?化工原理?9010阪0一%/,4102

8、gg0(,0,)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；PV、pL分别为气体和液体的密度,kg/m3;W、W分别为气体和7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,具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.Eckert通用关联图的横坐标为Wlv0.5102213.451.2640.5一0.959W/l3792998.2查图一查得纵坐标值为2u,L0.20.022gL表一散装填料泛点填料因子平均值填料填料因子,1/mDN1

9、6DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环410一117160一金属环矩鞍一170150135120金属阶梯环一一160140一塑料鲍尔环55028018414092塑料一260170127一阶梯环瓷矩鞍1100550200226一瓷拉西划、1300832600410一(?化工原理课程设计?附录十一)查得：f184m1Uf0.022glFV0.2L'0.0229.81998.2,18411.2641.00500.20.962m/s(2)操作气速由以下公式计算塔径：(?化工原理课程设计?)DJ4uu对于散装填料,具泛点率的经验值为u/uF=0.50.85取u=0.7uF=0.7X0.9

10、62=0.674m/s(3)塔径4VS43000/3600u3.140.6741.255m圆整塔径,取D=l.2m(4)泛点率校核：3000/3600_20.7851.20.737m/suUf0.7370.962100%76.63%(在允许范围内)(5)填料规格校核:D120031.5815mVL35.04119.795678.530.739d38(6)液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为(Lw)min=0.08n3/mh查填料手册得塑料阶梯环比外表积at=130m2/m3Umin=(LWminat=0.08x130=10.4m3/m2h102213.45/998.23/2.U290.585m/

11、mhUmin0.7851.2经以上校核可知,填料塔直径选用D=1200mmr理3.2.2填料层高度计算(1)传质单元数NogYimX35.040.0008480.02971Y2mX20解吸因数为:气相总传质单元数为NogS)YY2丫2丫2S10.041620ln(10.739)-0.7938.22310.7390.00140(2)传质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算awat1exp0.750.12CUlULat1.45-latllg0.05Ul2LLat0.2查表二：常见材质的临界外表张力值材质碳瓷玻璃聚丙聚氯钢石蜡烯乙烯外表张力,mN/m56617333407520得

12、C=33dyn/cm=427680kg/h2液体质量通量为:10221345一2Ul102213-4590422.37kg/(mh)0.7851.22气膜吸收系数由下式计算：aw1expat90422.372998.29408961304276800.7590422.370.190422.3721301.459408961303.6998.221.27100.6339气体质量通量为:0.70.237UvatV13VvDvatDv-RT气体质量通量UvkG30001.2642人3354.565kg/(mh)0.7851.210.2373354.565.00.06531300.0391300.06

13、51.2640.0398.314293.,2._、0.0357kmol/(mhkPs)液膜吸收系数由下式计算Ul3kL0.0095awL11l2Lg3lDll20.009590422.3730.63391303.63.6998.25.29101123.61.271083998.21.270m/h查表三:常见填料塔的形状系数填料球形棒形拉西环弧鞍环w值0.720.7511.191.45本设计填料类型为开孔环所以¥=1.45,那么,i.iksakoaw0.03571300.63391.454.4273km0lm3hkPa1.2701300.63391.450.4121.4271/h又因u

14、/uF=76.63%>50%需要按下式进行校正,即1.4kG'a19.50.5kGaUf2.2kLa12.6u0.5kLaUf可得：_._一_3kGa19.50.76630.544.427311.02kmo1/mhkPakLa12.60.76630.52.2121.427138.611/h那么Aa111.8076kmo1/m3hkPa1111kG'aH/a11.020.0156138.61HogKyaAaP119.791.8076101.30.7851.220.579m(3)填料层高度的计算由ZHogNog0.5798.2234.76m根据设计经验,填料层的设计高度一般为

15、Z'=(1.21.5)Z(4-19)式中Z'设计时白填料高度,mZ工艺计算得到的填料层高度,m得：Z'=1.25X4.76=5.95m设计取填料层高度为Z6m查：填料类型h/DHmax/mh拉西环2.5<4矩鞍58<6鲍尔环510<6阶梯环815<6环矩鞍515<6表四散装填料分段高度推荐值对于鲍尔环填料h6000510m,hmax6m12005(符D要求)故环需分段,填料层高度为6m3.2.3填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降.0.5横坐标为：丝二0.959WVL表五散装填料压降填料因子平均值填料类型填料因子,1/mD

16、N16DN25DN38DN5CDN76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-瓷拉西划、1050576450288-查表得,p=114m-1纵坐标为：u2_上L0.20.73711411.2641.0050.20.0040gl9.81998.2查Eckert通用关联图得：zP/Z=90.55Pa/m填料层压降为：P=90.55X6=543.3Pa四、辅助设备的计算及选型1 .除雾沫器穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴,因此需在塔顶气体排出口前设

17、置除沫器,以尽量除去气体中被夹带的液体雾沫,SO2容于水中易于产生泡沫为了预防泡沫随出气管排出,影响吸收效率,采用除沫装置,根据除沫装置类型的使用范围,该填料塔选取丝网除沫器.丝网除雾沫器：一般取丝网厚度H=100150mm气体通过除沫器的压降约为120250pa通过丝网除沫器的最大速ukLG0.085f997-11-32782.3277m/sg'V1.3278实际气速为最大气速的0.750.8倍所以实际气速u=0.75X2.3277=1.75m/s2 .液体分布器简要设计(1)液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较大,而气相负荷相对较低,应选用槽式液体分布器.(2)分布点密度计算表六Ec

18、kert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径,mm分布点密度,点/m2塔截面D=400330D=750170D>120042按Eckert建议值,因该塔液相负荷较大,设计取喷淋点密度为120点/m2.布液点数为n=0.785X1.22X120=135.6=136点按分布点几何均匀与流量均匀的原那么,进行布点设计.设计结果为：二级槽共设七道,在槽侧面开孔,槽宽度为80mm,槽高度为210mm.两槽中央矩为160mm.分布点采用三角形排列,实际设计布点数为n=132点.图二槽式液体分布器二级槽的布液点示意图(3)布液计算由重力型液体分布器布液水平计算式中Ls液体流量,m3/s；n开孔数目(分布点

19、数目)；孔流系数,通常取小=0.550.60;d0孔径,mH开孔上方的液位高度,m,取=0.60,H=160mm,0.54Lsd0,Q0.5那么4102213.45/998.236003.141320.629.810.160.0161m设计取d016mm液体分布器的安装一般高于填料层外表150300mm取决于操作弹性,槽式分布器主槽分槽高度均取210mm主槽宽度为塔径的0.70.8,这里取塔径的0.7,分槽宽度由液体量及停留时间确定,最低液位为50mn*宜,最高液位由操作弹性塔内允许高度及造价确定,一般为200mm左右.2.液体再分布器升气管式液体再分布器在离填料顶面一定距离处,喷淋的液体便开

20、始向塔壁偏流,然后沿塔壁下流,塔中央处填料的不到好的润湿,形成所谓的“干锥体的不正常现象,减少了气液两相的有效接触面积.因此每隔一定的距离设置液体再分布装置,以克服此现象.由于塔径为1100mm因此可选用升气管式再分布器,分布外径1180mm升气管数8.3填料支承装置填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置.对填料的根本要求是：有足够的强度以支承填料的重量；提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过,预防在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀,易制造,易装卸等.常用填料支承板有栅板式和气体喷射式.这里选用分块梁式支承板.4.填料限定装置为预防在上升气流的作用下填料床层发

21、生松动或者跳动,需在填料层上方设置填料压紧装置.对于塑料散装填料,本设计选用创层限制板3.气体和液体的进出口装置管道的公称通径50810)100120130140160185205235260315(1)气体和液体的进出口直径的计算+d河由公式VuVs为流体的体积流量,m3/su为适宜的流体流速,m/s.常压气体进出口管气速可取1020m/s；液体进出口速度可取0.81.5m/s(必要时可加大).选气体流速为15m/s由VS=2000/3600=0.556m3/s代入上公式得d=217mm圆整之后,气体进出口管径为d=235mm选液体流速为2.0m/s,由VS=3784.07X18.02/(3

22、600X997.1)=0.019m3/s代入上公式得d=110mm圆整之后液体进出口管径为d=120mm(2)底液出口管径：选择d=75mm(3)泵的选型由计算结果可以选用：IS100-80-125型的泵(4)塔附属高确实定塔的附属空间高度主要包括塔的上部空间高度,安装液体分布器和液体再分度器所需的空间高度,塔的底部空间高度以及塔的群坐高度.塔的上部空间高度是指塔填料层以上,应有一足够的空间高度,以使随气流携带的液滴能够从气相中别离出来,该高度一般取1.2-1.5.安装液体再分布器所需的塔空间高度依据所用分布器的形式而定一般需要1-1.5m的高度.塔的底部空间高度是指塔底最下一块塔板到塔底封头

23、之间的垂直距离.该空间高度含釜液所占的高度及釜液面上方的气液别离高度的两局部.釜液所占空间高度确实定是依据塔的釜液流量以及釜液在塔内的停留时间确定出空间容积,然后根据该容积和塔径计算出塔釜所占的空间高度.塔底液相液相停留时间按1min考虑,那么塔釜液所占空间为1603784.9718.026t丁1hm0.7853600997.11.1考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取1.5米,所以塔的附属空间高度可以取3.7米.(5)人孔公称压力公称直往第封间型标准号常压450mm平间(FS)HG21515-95五、设计结果汇总课程设计名称水吸收SO2M料吸收塔的设计操作条件操作温度20摄氏度操作

24、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30.4kg/kmol液体粘度3.22kg/(mh)混合气体的平均密度1.264kg/m3液体表回张力940896Kg/h2混合气体的粘度0.065kg/(mh)SO2在水中的扩散系数5.29X10-62m/hSO2s空气中的扩散系数0.0392m/h重力加速度1.27X108m/h气相平衡数据SO2ft水中的亨利系数E相平衡常数m溶解度系数H3.55X103kpa35.0430.0156kmol/kPam物料衡算数据Y1Y2X1X2入相流星C；液相流量L最小液气比操作液气比0.041620.00140.00084801

25、19.79kmol/h5678.53kmol/h33.8647.404工艺数据气相质里濡里六Kg/h、液相质量Kg/h塔径气相总传质单元数气相总传质单元高度填料层图度填料层压降3792芳102213.451.2m8.2230.579m6m543.3pa1料塔附件除沫瑜液体分布器填料限定装置填料支承板液体再分布器丝网痴二级槽式床层限制版分块梁式升气管式下图是本设计的工艺流程简图图二工艺流程简图掉人地闯塔底取样塔17取样羲冲器温度计遢度什风机工程<1>(2><3><4>组成空气要余分数口.g£9966gS02摩尔3教CL0.003320Q.002

26、0?水摩尔分数1a9979225262525Ett/lflFiCl101QJ0D0.11110.LD1流量/(knJl/h)机73.F63784OT3792.01流量/(kg/h)2即,42151.2668108.9468636.00七、课程设计总结本次课程设计是在生产实习后进行的,是对化学工程的过程设计及设备的选择的一个深层次的锻炼,也是对实际操作的一个加深理解.在设计过程中遇到的问题主要有：1未知条件的选取；2文献检索的水平；3对吸收过程的理解和计算理论的运用；4对实际操作过程中设备的选择和条件的最优化；5对工艺流程图的理解以及绘制简单的流程图和设备结构；(6)还有一些其他的问题,例如计算的准确度等等.当然,在本次设计中也为自己再次重新的复习化工这门学科提供了一个动力,对化工设计过程中所遇到的问题也有了一个更深的理解.理论和实际的结合也是本次设计的重点,为日后从事相关工作打下了一定的根底.最后,深感要完成一个设计是相当艰巨的一个任务,如何细节的出错都有可能造成实际操作中的经济损失甚至生命平安.八、主要符号说明at填料的总比外表积,m2/m3aW-填料的润湿比外表积,m2/m3d填料直径,m；