环境工程的课程设计样本

课程设计阐明书《环境工程原理》课程设计任务书课程设计题目：填料吸取塔山东农业大学资源与环境学院11月

课程设计意义与目课程设计是《环境工程原理》课程一种总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及关于选修课程基本知识去解决某一设计任务一次训练。在整个教学筹划中，它也起着培养学生独立工作能力重要作用。课程设计不同于平时作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己拟定方案，选取流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己选取做出论证和核算，通过重复分析比较，择优选定最抱负方案和合理设计。因此，课程设计是培养学生独立工作能力有益实践。通过课程设计,学生应当注重如下几种能力训练和培养：1.查阅资料，选用公式和收集数据(涉及从已刊登文献中和从生产现场中收集)能力；2.树立既考虑技术上先进性与可行性，又考虑经济上合理性，并注意到操作时劳动条件和环保对的设计思想，在这种设计思想指引下去分析和解决实际问题能力；3.迅速精确进行工程计算能力；4.用简洁文字，清晰图表来表达自己设计思想能力。二、设计资料（一）题目：清水吸取混合气中二氧化硫填料吸取塔设计（二）设计条件：1、混合气（空气+二氧化硫）2、解决量：3000m3/h

3、进塔混合气中含二氧化硫：13%

4、进塔吸取剂（清水），温度293K

5、二氧化硫吸取率：99%

6、操作压力：101.3KPa；7、所选填料：乱堆塑料阶梯环，规格自定。（三）、设计内容：1、拟定吸取流程；2、物料衡算，拟定塔顶、塔底气液流量和构成；3、选取填料、计算塔径、填料层高度、填料分层、塔高拟定。4、流体力学特性校核：液气速度求取，喷淋密度校核，填料层压降△P计算。5、附属装置选取与拟定：液体喷淋装置、液体再分布器、气体进出口及液体进出口装置、栅板。（四）、设计规定（交纸质设计阐明书和设计图）：1、设计阐明书内容涉及：⑴、目录和设计任务书；⑵、流程图及流程阐明；⑶、计算（依照计算需要，作出必要草图，计算中所采用数据和经验公式应注明其来源）；⑷、设计计算成果表；⑸、对设计成果评价及讨论；⑹、参照文献。2、设计图纸：绘制一张填料塔装置图（CAD图）。水吸取氨课程设计目录1.设计内容 第一节 前言 71.1 填料塔主体构造与特点 71.2 填料塔设计任务及环节 71.3 填料塔设计条件及操作条件 8第二节填料塔主体设计方案拟定 82.1 装置流程拟定 82.2吸取剂选取 82.3填料类型与选取 92.3.1填料种类选取 92.3.2填料规格选取 92.3.3填料材质选取 92.4基本物性数据 102.4.1液相物性数据 102.4.2气相物性数据 102.4.4物料横算 11第三节填料塔工艺尺寸计算 113.1塔径计算 113.2填料层高度计算及分段 133.2.1传质单元数计算 133.2.3填料层分段 153.3填料层压降计算 15第四节 填料塔内件类型及设计 164.1塔内件类型 164.2塔内件设计 164.2.1液体分布器设计基本规定： 164.2.2液体分布器布液能力计算 16注： 2.填料塔设计成果一览表 172.1填料塔设计数据一览 173对设计成果评价 184.参照文献 185.后记及其她 196.附件附件一：塔设备流程图 20附件二：塔设备设计图 211.设计内容第一节前言填料塔主体构造与特点构造：图1-1填料塔构造图填料塔不但构造简朴，且流体通过填料层压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，因此她特别合用于解决量肖，有腐蚀性物料及规定压降小场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料表面呈膜状流下，气体从塔底气体口送入，流过填料空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相构成沿塔高持续变化，因此填料塔属持续接触式气液传质设备。填料塔设计任务及环节设计任务：清水吸取混合气中二氧化硫设计环节：（1）依照设计任务和工艺规定，拟定设计方案;（2）针对物系及分离规定，选取适当填料；（3）拟定塔径、填料层高度等工艺尺寸（考虑喷淋密度）；（4）计算塔高、及填料层压降；（5）塔内件设计。1.3填料塔设计条件及操作条件1.气体混合物成分：空气和二氧化硫2.进塔混合气中含二氧化硫（体积分数）：13%3.解决量：3000m3/h4.操作温度：293K5.混合气体压力：101.3KPa6.二氧化硫吸取率：99%7.采用清水为吸取剂8.填料类型：乱堆塑料阶梯环，规格自定第二节精馏塔主体设计方案拟定装置流程拟定本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸取剂运用率高。工业生产中多采用逆流操作。2.2吸取剂选取由于用水做吸取剂，故采用纯溶剂。2-1工业惯用吸取剂溶质溶剂溶质溶剂氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氢水二氧化碳水、碱液二氧化硫水硫化氢碱液、有机溶剂苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳铜氨液2.3填料类型与选取填料种类诸多，依照装填方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类。2.3.1填料种类选取本次采用散装填料。散装填料依照构造特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。鲍尔环是当前应用较广填料之一，本次选用鲍尔环。2.3.2填料规格选取工业塔惯用散装填料重要有Dn16\Dn25\Dn38\Dn76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增长，通量减小，填料费用也增长诸多。而大尺寸填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重壁流，使塔分离效率减少。因而，对塔径与填料尺寸比值要有一规定。惯用填料塔径与填料公称直径比值D/d推荐值列于。表3-1填料种类D/d推荐值拉西环D/d20~30鞍环D/d15鲍尔环D/d10~15阶梯环D/d>8环矩鞍D/d>82.3.3填料材质选取工业上，填料材质分为陶瓷、金属和塑料三大类聚丙烯填料在低温（低于0度）时具备冷脆性，在低于0度条件下使用要慎重，可选耐低温性能良好聚氯乙烯填料。综合以上：选取乱堆填料阶梯环Dn252.4基本物性数据2.4.1液相物性数据1.2.3.表面张力为:4.20℃SO2:H=0.0156kmol/（kpa.m3)520℃SO2:DV=1.22105m2/s620℃SO2:DL=1.47109m2/s2.4.2气相物性数据1.混合气体平均摩尔质量为Mvm=yimi=640.13+290.87=33.552.混合气体平均密度ρ=PM/RT=101.3×33.55/8.314×293=1.3952kg/m3(2-2)R=8.314混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20时，空气黏度注：11Pa..s=1kg/m.s2.4.3气液相平衡数据由手册查得，常压下，20时，SO2在水中亨利系数为E=3550kpa20℃SO2在水中溶解度：H=0.0156kmol/m相平衡常数：相平衡常数：m=E/P=35.04(2-3)2.4.4物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=y1/1-y1=0.13/1-0.13=0.15(2-5)2.出口气相摩尔比为 进塔惰性气体流量:(2-7)由于该吸取过程为低浓度吸取，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。即：(2-8)由于是纯溶剂吸取过程，进塔液相构成因此选取操作液气比为（2-9）由于V(Y1-Y2)=L(X1-X2)X1=0.0029第三节填料塔工艺尺寸计算填料塔工艺尺寸计算涉及塔径计算、填料能高度计算及分段3.1塔径计算1.空塔气速拟定——泛点气速法对于散装填料，其泛点率经验值u/u=0.5~0.85贝恩（Bain）—霍根（Hougen）关联式，即：=A-K混合气质量流量为V=(3000/22.4)x(273/273+20)x33.55=4186.59kg/h混合气密度ρv=4186.59/3000=1.396kg/m3横坐标为：由散堆填料泛点线可查出，横坐标为1.032时纵坐标值为0.017则纵标值为：=（3-3）取空塔速度为泛点速度72%（3-5）圆整塔径，取塔径为1.3——泛点气速，m/s;g——重力加速度，9.81m/s泛点速率校核：u=3000/0.785x1.32x3600=0.628m/s实际泛点百分率:0.628/0.831=0.756在范畴内3.2填料层高度计算及分段（3-5）（3-6）3.2.1气体总传质单元数计算用对数平均推动力法求传质单元数（3-7）（3-8）=（3-9）3.2.2气体总传质单元高度计算气相总传质单元高度采用修正恩田关联式计算：（3-9）即：αw/αt=0.605单位体积填料湿润表面积为at=228m2/m3单位体积填料有效表面积为αw=113.68m2/m3液体质量通量为：=209044.8/0.785×1.33²×3600=20.37kg/(㎡•h) 气体质量通量为：=4186.59/3600=1.1629kg/(㎡•h)气膜吸取系数由下式计算：（3-10）——气体通过空塔截面质量流速，；——气体粘度，；——气体密度，；——通用气体常数，8.314气体质量通量为：代入数值=0.237(1.1629÷228÷1.73×105)0.7(1.73×10-5÷1.3925÷1.22×105)1/3(228×1.22×10-5÷8.314÷293)=1.457×10-5kmol/(㎡.s.kpa)液膜吸取数据由下式计算：(3-11）式中：——液体密度，；——液体质量流速，——液相黏度，；——液体通过空塔截面质量流速，；——溶质在液相中扩散系数，。代入数值得：=4.12×10-4m/s由于ψ=1.191.457×10-5×113.68×1.191.1（3-12）=2.01×10-3kmol/(m3.s.kpa)=3.99×10-4×113.68×1.190.4（3-13）=0.05/s由于：=0.756>0.5因此需要用如下式进行校正：（3-14）=4.84×10-3kmol/(m3.s.kpa)（3-15）=0.0549/s（3-16）=7.28×10-4kmol/(m3.s.kpa)（3-17）=108.56÷(7.28×10-4×101.3×0.785×1×3600)=0.52m（3-18）=0.52×6.209=3.23m,得=1.4×3.23=4.52m3.2.3填料层分段对于乱堆阶梯环填料分段高度推荐值为h/D=8~15。hmax<=6mh=1300×8=104000mm计算得填料层高度为3017mm，，故不需分段3.3填料层压降计算取Eckert(通用压降关联图)；将操作气速(＝0.598m/s)代替纵坐标中查表，DG25mm塑料阶梯环压降填料因子＝172代替纵坐标中．则纵标值为：=0.036(3-19)横坐标为：L/V（ρv/ρl)0.5=209044.8/4186.59×(1.4÷998.2)0.5=0.92(3-20)查图得294.3Pa/m(3-21)全塔填料层压降=294.3×4.52=1330.2Pa其她塔内件压力降很小可以忽视，因此填料层压降为1330.2Pa填料塔内件类型及设计4.1塔内件类型填料塔内件重要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理选取和设计塔内件，对保证填料塔正常操作及优良传质性能十分重要。4.2塔内件设计4.2.1液体分布器设计基本规定：（1）液体分布均匀（2）操作弹性大（3）自由截面积大（4）其她4.2.2液体分布器布液能力计算（1）重力型液体分布器布液能力计算（2）压力型液体分布器布液能力计算注：(1)本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器；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，可采用较简朴栅板型支承板及压板。其他塔附件及气液出口装置计算与选取此处从略。注：1填料塔设计成果一览表塔径1.3m填料层高度4.52m填料规格25mm鲍尔环操作液气比49.9321.5倍最小液气比校正液体流速0.628m/s压降1330.2Pa惰性气体流量108.56kmol/h2填料塔设计数据一览E—亨利系数，—气体粘度，1.731.05—平衡常数35.04—水密度和液体密度之比1—重力加速度，9.81=1.27—分别为气体和液体密度，1.4；998.2；—气相总体积传质系数，—填料层高度，=4.52—塔截面积，—气相总传质单元高度，=0.52—气相总传质单元数=5.8099—以分压差表达推动力总传质系数，—单位体积填料润湿面积αw=113.68m2/m3at—填料总比表面积at=228m2/m3—以分压差表达推动力气膜传质系数，—溶解度系数，0.0156—以摩尔浓度差表达推动力液摩尔传质系数，—气体常数，Dv=1.22x10-5m2/sDl=1.47x10-9m2/s—二氧化硫在空气中中扩散系数及二氧化硫在水中扩散系数；液体