填料吸收塔课程项目设计方案

1、填料吸收塔课程项目设计方案一设计任务书(一) 设计题目水吸收SO过程填料吸收塔的设计：试设计座填料吸收塔，用于脱除焙烧炉送出的混合气体(先冷却)中的SO2其余为惰性组分，采用清水进行吸收混合气体的处理虽m3/h2000混合气体SO含虽(体积分数)10%SO的回收率不低于97%吸收剂的用n与最小用n之比1.3(1) 操作条件操作压力常压操作温度25C(1) 设计内容吸收塔的物料衡算；吸收塔的工艺尺寸计算；填料层压降的计算；液体分布器简要设计；吸收塔接管尺寸计算；绘制吸收塔设计条件图；对设计过程的评述和有关问题的讨论。二设计方案简介2.1方案的确定用水吸收SO属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率

2、，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，且SQ不作为产品，故采用纯溶剂2.2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。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率

3、的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。2.3设计步骤本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计（一）吸收塔的物料衡算；（二）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；（三）设计液体分布器及辅助设备的选型；（四）绘制有关吸收操作图纸。三、工艺计算3.1基础物性数据3.1.1液相物性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。由手册查得，密度为pl=997.1kg/m25C时水的有关物性数据如下：粘度为Pl=0.0008937Pa-s=3.2173kg/（m?h）表面张力为（Tl=71.97dyn/cm=932731kg/h

4、2（依Wilke-ChangD=1.8591048商计算,查化学工程基础SQ在水中的扩散系数为Dl=1.724为0-9m2/s=6.20610-6m2/h3.1.2气相物性数据设进塔混合气体温度为25C,混合气体的平均摩尔质虽为Mvm=»yMi=0.164.06+0.929=32.506g/mol混合气体的平均密度为pvm=PM/RT=101.325<32.506/(8.314X298.15)=1.3287kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得25r空气的粘度为-5Pv=1.83X5Pa?s=0.066kg/(m?h)查手册得SO2在空气中的扩散系数为522Dv

5、=1.422X10m/s=0.051m/h(依D=D0-P0(T)1.75计算，其中273K时，1.013X105Pa时SO在空气中的扩PTo散系数为1.22X10-5m/s，查化学工程基础)3.1.3气液相平衡数据由手册查得，常压下25T时SO在水中的亨利系数为3E=4.13X10kPa相平衡常数为3m=E/P=4.13X0/101.3=40.76溶解度系数为33H=p/EM=997.2/4.13X0X18.02=0.0134kmol/kPam3.1.4物料衡算.进塔混合气中各组分的M近似取塔平均操作压强为101.3kPa,故:混合气虽=2000(273.15）81.80kmol/h273.

6、15+2522.4混合气SQ中虽=81.80X0.1=8.18kmol/h=8.18X64.06=542.01kg/h设混合气中惰性气体为空气，则混合气中空气虽=81.8-8.18=73.62kmol/h=73.62X29=2135kg/h(2) .混合气进出塔的摩尔组成yAo.i8.18(10.97)0.0033273.62 8.18(10.97)混合气进出塔摩尔比组成1_y11-0.1出塔气相摩尔比为匕=Y(1-A)=0.11(10.97)0.0033(3) 出塔混合气虽出塔混合气虽=73.62+8.18x0.03=73.7836kmol/h=2135+542.01X0.03=2151.2

7、6kg/h(4) 吸收齐J(水)的用虽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进塔气相摩尔比为丫XAX2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0=39.54,10.11-0.0033(minV0.11/40.76-0取操作液气比为-=1.339.54=51.40VL=51.473.62=3784.07kmol/h(5) 塔底吸收液组成Xi73.62 V(Y7)=L(X1X2)(0.11-0.0033)Xi-0.002083784.07(6) 操作线方程3784.07依操作线万程YX0.0033X(Y2-X2)VV73.623.2填料塔的工艺尺寸的计算3.2.1塔径的计

8、算采用Eckert通用关联图计算泛点气速。气相质虽流虽为Wv=2000X1.3287=2657.4kg/h液相质虽流虽可近似按纯水的流虽计算，即W=3784.07X18.02=68188.94kg/h其中：pl=997.1kg/mv=1.3287kg/mg=9.81m/s=1.27X108m/hw=2657.4kg/hW=68188.94kg/hPl=0.0008937Pa?s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s0.001图一填料塔泛点和压降的通用关联图（引自化工原理）图中U0空塔气速，m/s;（I一湿填秘因子，简称填料因子，1/m;书一一水的密

9、度和液体的密度之比；2g重力力可残度，m/s;PV、pL分别为气体和液体的密度，kg/m3;04wV、wL-MR分别为气体和液体的质虽流虽，kg/s。006此图适用于乱堆的颗粒形填料，如拉西环、孤鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等，其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。002Eckert通用关联图的横坐标为0.0080.0060.00423456S10WV2657.46818894(茸0.937997.1查图一查得纵坐标值为曲鼻0.022表一散装填料泛点填料因子平均值填料类型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环4

10、10117160金属环矩鞍170150135120金属阶梯环160140塑料鲍尔环55028018414092塑料阶梯环260170127瓷矩鞍1100550200226瓷拉西环1300832600410（化工原理课程设计附录十一）查得：0.022g几0.0229.81997.1Uf=0.987m/sy叮217011.32870.89370.2f=170mJ(1) 操作气速由以下公式计算塔径：(化工原理课程设计)VTTU对于散装填料,其泛点率的经验值为U/Uf=0.50.85取u=0.7Uf=0.7>0.987=0.691m/s(2) 塔径4VJ42000/3600=1.012m二u3.

11、140.691圆整塔径，取D=l.1m。(3) 泛点率校核：2000/3600u20.585m/s0.7851.1(4) U0585一=100%=59.27%(在允许范围内)uf0.987填料规格校核：D1100=28.94-8d38液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为3(Lw)min=0.08m/mh查填料手册得塑料阶梯环比表面积at=132.5m2/m33268188.94/997.232078511Umin=(Lw)minq=0.08X32.5=10.6m/mh经以上校核可知，填料塔直径选用D=1100mm合理3.2.2填料层高度计算二mX2=0(1)传质单元数NDGYA=mX1=40.7

12、60.00208=0.08478%解吸因数为：mV40.7673.62-0.793L3784.07饥总黑元数为0.793=9.857Nog1In(1_S)-In(1-0.793)0.111-0.7930.0033-0(2)传质单元高度的计算awat广0.1ULw|IUI。lj1|0.2Ul2Pqat,气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算=1-exp-1.45材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡表面张力,mN56617333407520查表二:常见材质的临界表面张力值液体质虽通虽为=71789.17kg/(mh0.7851.1诂t5拿果5倍肘忌ci,小碍I=33dyn/cm=427680kg/

13、h气膜吸收系数由下式计算：-0.604771789.172汇132.505''71789.172l997.1*1.27O08<997.A93273A132.522IJJ气体质虽通虽为kG=0.237UvDv1atDv|'V.RT20.70.0661.32870.051§132.50.0518.31429820001.3287Uv0.785!.厂日勺嘶/寸)2797.70kG-0.237132.50.066气体质H通H-0.0363kmol/(m2hkPa)液膜吸收系数由下式计算71789.17-0.00950.6047132.53.21733.21739

14、97.16.20610»1广3.2173灯.27灯083997.1UlJoUkL二0.00952IALDL|PL=1.320m/h查表三：常见填料塔的形状系数填料类型球形棒形拉西环孤鞍开孔环中值0.720.7511.191.451.1?a二kGaw本设计填料类型为开孔环所以W=1.45,则=0.036313250.6047".45'=4.3769kmo/(m3hkPa)0.4=1.320"32.5汉0.6047汉1.4504=122.71!/h乂因u/uf=59.27%>50%kga(需要按下式进行校正，即UF1+2.62-0.5可得:kG，a=1+

15、9.5(0.59270.54.3769=5.85kmol/(m3hkPa)'-2.2nda=1+2.6(0.5927-0.5)?122.71=124.411/haa1111=1.297kmol/(mhkPa)'+113VVHogkya-KGaP'J73.6221.297101.30.7851.1=0.590m(3)填料层高度的计算由Z二HogNg=0.599.857=5.82m根据设计经验，填料层的设计高度一般为Z'=(1.21.5)Z(4-19)式中z'一一设计时的填料高度，mZ工艺计算得到的填料层高度，m。得：Z'=1.25X5.82=7.2

16、7m设计取填料层高度为Z=7.4m查：乞6m表四散装填料分段高度推荐值填料类型h/DHmax/m拉西环2.5<4矩鞍5?8<6鲍尔环5?10<6阶梯环8?15<6环矩鞍5?15<6对于阶梯环填料，-=815m,取一=8,贝Uh=8X1100=8800mmD7300mm18800mm故需分为两段，每段周3.7m。323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：竺.k=0.937WvEJ表五散装填料压降填料因子平均值填料类型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环306-11498-金属环矩鞍-13893.47136金属

17、阶梯环-11882-塑料鲍尔环34323211412562塑料阶梯环-17611689-瓷矩鞍环700215140160-瓷拉西坏1050576450288-1查表得，p=116mxL3?87xo893严gL9.81=0.0053纵坐标为:P0.2=0585511611997.1.查Eckert通用关联图得：P/Z=117.72Pa/m填料层压降为：P=117.72X7.4=871.128Pa四、辅助设备的计算及选型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置除沫器，以尽虽除去气体中被夹带的液体雾沫,SO溶于水中易于产生泡沫为了用范围，该填料防止泡沫随出气管排出，

18、影响吸收效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的使塔选取丝网除沫器。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。1. 通过丝网除沫器的最大速,R-PgU-=0.085VPg实际气速为最大气速的0.750.8997.1-1.32781.3278=2.3277m/s倍所以实际气速u=0.75X2.3277=1.75m/s液体分布器简要设计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，故选用糟式液体分布器分布点密度计算表六Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径,mm分布点密度，点/m塔截面D=400330D=750170D>1200

19、42按Eckert建议值，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为140点/m22布液点数为n=0.785X1.1XI40=132.9?133点按分布点几何均匀与流虽均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级糟共设七道，在糟侧面开孔，糟宽度为80mm,糟高度为210mm两糟中心矩为160mm。分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=132点.14Titi>】r444ii4IW1W_I1WI160I160160图二糟式液体分布器二级糟的布液点示意图（3）布液计算由重力型液体分布器布液能力计算由1_八-d02n2g:H式中Ls液体流H,m/s;n-开孔数目（分布点数目）；?孔流系数，通常取？

20、-0.55?0.60;d孔径，m;-开孔上方的液位高度，mo0.54Lsdo取=0.60,H=160mm.则4汇68188.94/997.仔3600、13.14汉132汽0.6M“2汉9.81汉0.16J=0.0131m设计取d0二14mm液体分布器的安装一般高于填料层表面150300mm取决于操作弹性），糟式分布器主糟分糟高度均取210mm主糟宽度为塔径的0.70.8，这里取塔径的0.7,分糟宽度由液体虽及停留时间确定，最低液位为50mn为宜，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，喷淋的液体便开始向塔壁偏流

21、，然后沿塔壁下流，塔中心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&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虽之装置。对填料的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重虽；提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；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.填料限定装置为防止在上升气流的作用下填料床层发生松

22、动或者跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。2. 对于塑料散装填料，本设计选用创层限制板气体和液体的进出口装置管道的公称通径758090100120130140160185205235260315气体和液体的进出口直径的计算由公式d4VS，二uvs为流体的体积流H,m/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/(3600X

23、997.1)=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(1) 底液出口管径：选择d=75mm(2) 泵的选型由计算结果可以选用：IS100-80-125型的泵塔附属高的确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分离出来，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之间的垂

24、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分离高度的两部分。釜液所占空间高度的确定是依据塔的釜液流虽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，则塔釜液所占空间为,仆60汉3784.97汉18.02,hi2=1m0.7853600997.11.12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。(3) 人孔公称压力公称直径密封面型标准号常压450mm平面(FS)HG21515-95五、设计结果汇总课程设计名称水吸收SO填料吸收塔的设计操作条件操作温度25摄氏度操作

25、压力：常压物性数据液相气相液体密度997.1kg/m3混合气体平均摩尔质H33.505kg/kmol液体粘度3.22kg/(mh)混合气体的平均密度1.3287kg/m3液体表而张力932731混合气体的粘度0.066kg/(mh)SO在水中的扩散系数6.206x10-6m/hSO在空气中的扩散系数0.051m/h重力加速度1.27x108m/hSO在水中的亨利系数Ei财艘据m溶解度系数H34.13x10kpa40.760.0134kmol/kPam3物料蔺算数据Y1Y2X1X2气相流虽G液相流虽L最小液气比操作液气比0.110.003_30.00208073.62kmol/h3784.07k

26、mol/h39.5451.4工艺数据气相质虽流H液相质H:流H塔径气相总传质单元数气相总传质单元高度填料层高度填料层压降2657.468188.941.1m9.8570.590m7.4m871.128pa填料塔附件除沫器液体分布器填料限定装置填料支承板液体再分布器丝网式一级糟式床层限制版分块梁式升气管式六、工艺流程图下图是本设计的工艺流程简图图二工艺流程简图温度计塔顶取样缓冲器言寺排入地沟吸收用水X3-*塔底取样（4）项目<1><2><3><1>空气（摩尔分敷0.90.99668组成S02（摩尔分数）0.10.0033200.00203水（摩尔分

27、数10.99792温度25252525压力/IP&0*1010*1001010-101i?fi/(kniol/h)8L3073.863784.07379101流最/(kg/h)2657.42151.2668188.&8696.09七、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）文献检索的能力；（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；（

28、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基础。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安全。八、主要符号说明at填料的总比表面积，m2/m3aw-填料的润湿比表面积，nVm3d一填料直径，m;D塔径,mDl液体扩散系数，m/s;n气体扩散系数，m/s;ev液沫夹带虽，kg（液）/kg（气）；2g重力加速度，9.81m/s;h填料层分段高度，mHETP关联式常数；hmax-允许的最大填料层高度，mHb塔底空间高度，mHd塔顶空间高度，mHDG气相总传质单元高度，mk-气膜吸收系数，kmol/(m2?s?kP