水吸收SO2分離課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì) 課 題 名 稱 2070m3/h鍋爐尾氣脫SO2裝置的工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 系、年級專業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 2015年 12 月 21日目錄邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書1緒論31.吸收塔的工藝計(jì)算41.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)41.2 物料衡算51.3 操作線方程61.4 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算71.5 填料層壓降的計(jì)算152.填料塔的設(shè)計(jì)計(jì)算162.1 塔體的組成162.2塔體各部分的設(shè)計(jì)計(jì)算16總結(jié)21致謝23課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書年級專業(yè)2012級化學(xué)工程與工藝學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)題目名稱2070m3/h鍋爐尾氣脫SO2裝置的工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間1415周課程名稱化工分離工程

2、課程編號(hào)090902309設(shè)計(jì)地點(diǎn)化工教研室一、課程設(shè)計(jì)（論文）目的化工分離工程課程設(shè)計(jì)是綜合應(yīng)用本門課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識(shí)，完成以單元操作為主的一次設(shè)計(jì)實(shí)踐。通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料，選用公式和數(shù)據(jù)，用簡潔文字、圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果及制圖等能力方面得到一次基本訓(xùn)練。在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和實(shí)事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。二、已知技術(shù)參數(shù)和條件發(fā)電廠鍋爐尾氣經(jīng)冷卻到25，需進(jìn)行脫SO2才能排放。工業(yè)上用20清水洗滌以除去其中的SO2，采用填料塔吸收，用水作吸收劑，只吸收SO2，其他組分作為空氣看待，是惰性氣體，

3、SO2不作產(chǎn)品，故每次采用純吸收劑，不循環(huán)。尾氣中SO2的摩爾分率為0.05,要求SO2的吸收率為95，吸收塔為常壓操作，因液氣比較大，吸收溫度基本不變，可近似取為清水的溫度。常壓下20時(shí)SO2在水中的亨利系數(shù)為：E3.55×103kPa,混合氣體的平均摩爾質(zhì)量MvmyiMi=0.05×64.060.95×29=30.75,混合氣體的平均密度vm=PMvm/(RT)=101.3×30.75/(8.314×298)=1.257(kg/m3)。其它數(shù)據(jù)可從相關(guān)手冊中查找。三、任務(wù)和要求1、吸收塔的型式、填料選擇及工藝設(shè)計(jì)計(jì)算。 2、物料衡算、熱量衡

4、算。3、畫出吸收塔的裝配圖。圖面應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表。4、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書內(nèi)容。5、繪制主要設(shè)備的裝配圖。 用A2圖紙繪制主要設(shè)備裝配圖（圖面應(yīng)包括設(shè)備主視圖、局部視圖等，并配備明細(xì)表、管口表、技術(shù)性能表、技術(shù)要求等），要求采用CAD制圖。四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實(shí)驗(yàn)室、主要儀器設(shè)備等）上學(xué)期進(jìn)行了化工分離工程理論學(xué)習(xí)，有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，分離工程實(shí)驗(yàn)室有完整的吸收實(shí)驗(yàn)設(shè)備。五、進(jìn)度安排第14周：設(shè)計(jì)動(dòng)員階段，確定每位學(xué)生設(shè)計(jì)題目，查閱資料；進(jìn)行工藝計(jì)算。第15周：對設(shè)備進(jìn)行計(jì)算、進(jìn)行CAD繪圖。六、教研室審批意見教研室主任（簽字）： 年 月 日七|、主管教學(xué)主任意

5、見 主管主任（簽字）： 年 月 日八、備注指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：注：1此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；2此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。緒論 在化工工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物的各個(gè)組分加以分離，其主要目的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理，或除去工業(yè)放空尾氣中的有害成分，以免污染空氣。吸收操作是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度不同而達(dá)到分離的目的。二氧化硫是化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)原料，但是其強(qiáng)烈的刺激性氣味對于人體健康和大氣環(huán)境都會(huì)造成破壞和污

6、染，因此，為了避免化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的大量的含有二氧化硫的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對于工業(yè)尾氣中的二氧化硫進(jìn)行吸收，本次化工原理課程設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有二氧化硫的工業(yè)尾氣，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)采用填料塔進(jìn)行吸收操作是因?yàn)樘盍峡梢蕴峁┚薮蟮臍庖簜髻|(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進(jìn)行，而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、填料易用乃腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)，從而可以使吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。設(shè)計(jì)中選擇合適的液體分布器及再分布器，除沫裝置以及填料支承裝置，并對泛點(diǎn)率和液體噴淋密度進(jìn)行了校核。1.吸收塔的工藝計(jì)算1.

7、1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 1.1.1液相物性數(shù)據(jù)對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得，20時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 粘度 表面張力 SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù) 1.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：混合氣體的平均密度為： 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得，25時(shí)空氣的粘度為：查手冊得SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為：1.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得。常壓下25時(shí)，SO2在水中的亨利系數(shù)為：相平衡常數(shù)為:溶解度系數(shù)為：1.2物料衡算圖1.1 物料衡算圖示意圖全塔物料衡算是一個(gè)定態(tài)操作逆流接觸的吸收塔，圖中各符號(hào)的意義如下： 惰性氣體的流量，； 純吸收劑

8、的流量，； ,進(jìn)出吸收塔氣體的摩爾比； ,出進(jìn)吸收塔液體中溶質(zhì)物質(zhì)量的比；注意：本課程設(shè)計(jì)中塔底截面一律以下標(biāo)“1”表示，塔頂截面一律以下標(biāo)“2”表示。進(jìn)塔氣相摩爾比為：出塔氣相摩爾比為：進(jìn)塔惰性氣相流量為：由設(shè)計(jì)任務(wù)知改吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算，即： 對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：帶入數(shù)值，得：取實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.4倍，即： 得：由，求得吸收液出他濃度為：1.3 操作線方程依操作線方程,得： ，即 1.4 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算1.4.1 空塔氣速的確定通常由泛點(diǎn)氣速來確定空塔操作氣速。泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速的上限，填料塔的操作氣速必須

9、小于泛點(diǎn)氣速，操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之比稱為泛點(diǎn)率。 填料的泛點(diǎn)氣速可由Eckert通用關(guān)聯(lián)圖查得，氣相質(zhì)量流量為： 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即： 采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)氣速。通用填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖如下：圖1.2 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖圖中：u0空塔氣速，m /s； 濕填料因子，簡稱填料因子，1 /m； 水的密度和液體的密度之比； g重力加速度，m /s2； 分別為氣體和液體的密度，kg /m3； 分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg /s。 此圖適用于亂堆的顆粒形填料，如拉西環(huán)、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鮑爾環(huán)等，其上還繪制了整砌拉西環(huán)和弦柵填料兩種規(guī)整填

10、料的泛點(diǎn)曲線。對于其他填料，尚無可靠的填料因子數(shù)據(jù)。Eckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為： 查圖3-2查得縱坐標(biāo)值為： 表1.1 散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值填料類型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾環(huán)410117160金屬環(huán)矩鞍170150135120金屬階梯環(huán)160140塑料鮑爾環(huán)55028018414092塑料階梯環(huán)260170127瓷矩鞍1100550200226瓷拉西環(huán)1300832600410查得：對于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為=0.50.85取 由圓整塔徑，取泛點(diǎn)率校核：由于泛點(diǎn)率校核：由于泛點(diǎn)附近流體力學(xué)性能的不穩(wěn)定性，一般較難穩(wěn)定操作，故一般要求泛點(diǎn)

11、率在50%80%之間，而對于易起泡的物系可低于40%：（在允許范圍內(nèi)）填料規(guī)格校核（在允許范圍內(nèi)填料規(guī)格校核:階梯環(huán)的徑比要求：>8有即符合要求注上式中：泛點(diǎn)氣速，； 空塔氣速；液體密度，；氣體密度，；，氣液相質(zhì)量流量，；g重力加速度，9.81；液體黏度，； -填料因子，1/ m；1.4.1 液體噴淋密度的求法填料塔的液體噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計(jì)算式為：式中：液體噴淋密度，； 液體噴淋量，； 填料塔直徑，。為使填料能獲得良好的潤濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以表示。液體噴淋密度校核，取最小潤濕速率為：查填料手冊得：求得液體噴淋

12、密度為：所以液體噴淋密度符合要求，即填料塔直徑D=1000mm合理。1.4.2 傳質(zhì)單元高度的計(jì)算干填料比表面積為，實(shí)際操作中潤濕的填料比表面積為，由于只有在潤濕的填料表面才可能發(fā)生氣、液傳質(zhì)，故值具有實(shí)際意義。下面介紹計(jì)算的恩田（ONDA）公式，該公式為： 式中：-單位體積填料層的潤濕面積，；填料的總比表面積，；液體表面張力，； 填料上液體鋪展開的最大表面張力，； -液體通過空塔的截面的質(zhì)量流速，； ， 液體的粘度，； 液體的密度，；g重力加速度，9.81。表3-2常見材質(zhì)的臨界表面張力值材質(zhì)碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯鋼石蠟表面張力, mN /m56617333407520得：氣膜吸收系數(shù)由下式

13、計(jì)算：氣膜吸收系數(shù)計(jì)算公式：氣體質(zhì)量通量：所以氣膜吸收系數(shù)為：液膜傳質(zhì)系數(shù)由下式計(jì)算： 式中： 液體的密度，；液體的質(zhì)量流速ms液相的黏度，；g重力加速度，9.81；液體通過空塔截面的質(zhì)量流速，；單位體積填料層的潤濕面積，；溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)， 。代入數(shù)值得:由 表1-3常見填料塔的形狀系數(shù)填料類型球形棒形拉西環(huán)弧鞍開孔環(huán)值0.720.7511.191.45本設(shè)計(jì)填料類型為開孔環(huán) 所以,則因?yàn)樾枰聪率竭M(jìn)行校正，即可得：則由1.4.3 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算解吸因數(shù)為：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：1.4.4填料層高度根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層的設(shè)計(jì)高度一般為式中:設(shè)計(jì)時(shí)的填料高度，m；工藝計(jì)算得到的填料層高度

14、，m。設(shè)計(jì)取填料層高度為查表3-4：散裝填料分段高度推薦值填料類型h/DHmax/m拉西環(huán)2.54矩鞍586鮑爾環(huán)5106階梯環(huán)8156環(huán)矩鞍5156對于階梯環(huán)填料，；取，則 計(jì)算的填料塔高度為6000mm,不需要分段1.5 填料層壓降的計(jì)算在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動(dòng)，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)，在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。散裝填料的壓降可采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算。計(jì)算時(shí)，先根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出橫坐值，再根據(jù)操作空塔

15、系數(shù)u及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)值，通過作圖得出交點(diǎn)，讀出過焦點(diǎn)的等壓線數(shù)值，即得到每米填料層降壓值。1.5 散裝填料壓降填料子平均值填料類型填料因子, 1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾環(huán)306-11498-金屬環(huán)矩鞍-13893.47136金屬階梯環(huán)-11882-塑料鮑爾環(huán)34323211412562塑料階梯環(huán)-17611689-瓷矩鞍環(huán)700215140160-瓷拉西環(huán)1050576450288-經(jīng)查得，縱坐標(biāo)：從Eckert通用關(guān)聯(lián)圖中可查得 填料塔壓降為： 其他塔內(nèi)件的壓力降很小可以忽略，所以填料層壓降為1740Pa。2.填料塔的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 塔體的組成填料塔由

16、塔底段、吸收段、塔帽三部分組成。2.1.1塔底段塔底段的主要組件有：進(jìn)氣管、貯液槽、進(jìn)液管、供水管、放空管、維修人孔、窺視鏡（一對）。2.1.2吸收段吸收段的主要組件有：支承板、填料、維修人孔、氣液再分布器、填料投加口、進(jìn)液管、布水器、除霧板。2.1.3塔帽，排氣管2.2塔體各部分的設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.1塔底段（進(jìn)氣段、貯液槽段）（1）貯液槽：貯液槽的主要作用是貯存吸收液，在吸收液循環(huán)的過程中可以起到一個(gè)緩沖的作用，使吸收液的流量均勻。在貯液槽中可以對吸收液進(jìn)行加藥，去除吸收液中的二氧化硫，使吸收液可以循環(huán)利用。取有效液面高度=700mm（500-1000mm）則貯液槽的容積為：V=1.13040

17、.7=0.8m3（2）進(jìn)氣管：進(jìn)氣管管徑的選取，影響到氣體進(jìn)入時(shí)的流速，選取較小的管徑，氣體流速大，不利于氣體在氣體分布器上的分布；選取較大管徑，氣體流速較小，有利于氣體在塔內(nèi)的均勻分布，使氣液結(jié)合充分。一般可將進(jìn)氣管做成斜切口以改善氣體分布或采用較大管徑使其流速降低，達(dá)到氣體分布均勻的目的。對于直徑1.5米的塔，管的末端可做成向下的喇叭行擴(kuò)大口。對于更大的塔，應(yīng)考慮盤管式分布結(jié)構(gòu)。進(jìn)氣管直徑 250mm(250-300mm)進(jìn)氣管中心線距支承板下表面距離 350mm進(jìn)氣管中心線距貯液槽液面高度 350mm(300-350mm)進(jìn)氣管口的半徑為155mm（3）進(jìn)液管：進(jìn)液管中心線與有效液面相平

18、。進(jìn)液管直徑：100mm（中心線與液面持平）（4）設(shè)于氣液進(jìn)出口或塔底和塔釜，通過維修人孔可以對塔內(nèi)進(jìn)行維修維修人孔直徑 500mm（500-600mm） 外部長100mm維修人孔中心線距塔底高度 700mm（5）放空管：通過放空管可以去除操作過程中產(chǎn)生的廢渣放空管直徑 150mm（100-150mm） 長 100mm（6） 窺視孔中心線與有效液面相平，且直徑 200mm塔底段總高度為：H1=2200mm2.2.2吸收段（1）支承板：安裝在填料層底部；作用是支承填料，并使氣流分布均勻，保證足夠的開孔率，使氣液兩相能自由通過；支承板的開孔面積要占總面積的75%，選用塑料覆蓋的金屬柵格，增強(qiáng)塑性；

19、種類有十字型，柵條型，多孔板升氣管式。根據(jù)塔徑大小，柵板可制成整塊式或分塊式，對于直徑D500毫米的塔，采用整塊柵板，對于直徑D>500毫米的塔，可采用分塊式柵板，每塊板寬270-390毫米，以便通過塔的入口裝卸。D=1200時(shí)，分成三塊。當(dāng)用柵板結(jié)構(gòu)不能滿足要求時(shí)，可采用升氣管式支承裝置。氣體由升氣管上升，通過氣道頂部的孔及側(cè)面的齒縫進(jìn)入填料層，而液體則由支承底版上的許多小孔流下，氣、液分道而行，彼此很少干擾。本設(shè)計(jì)采用多梁式擱柵支承板。支承板厚度：100mm 支承板直徑：1200(60100）=120060=1140mm柵條厚：6mm 柵條高度：60mm（2）液體分布器：液體分布器安

20、裝于填料上部；采用大阻率液體分布器，它可以使吸收液均勻地噴淋在填料上；液體分布器要求吸收液噴淋均勻，而且要防堵，應(yīng)保證液體分布點(diǎn)的密度及單位面積上的噴淋點(diǎn)的數(shù)；液體在填料塔中的均勻分布十分重要，它直接影響填料表面的有效利用率，若液體分布不良，將減少填料的潤濕面積，溝流和壁流現(xiàn)象加重，使塔的分離效率下降。為此必須在塔頂采用分布裝置對填料層提供良好的液體初始分布。對分布裝置的基本要求是：能均勻分布液體，不易堵塞，噴淋時(shí)液滴飛濺小。常見的分布器有下列幾種：管式 對于小直徑填料塔（300毫米以下），往往采用結(jié)構(gòu)簡單的管式噴淋裝置。常用的有彎管式和缺口式。對直徑稍大的填料塔（例如1200毫米以下），可以

21、采用直管多孔或環(huán)狀分布器。蓮蓬式 這種分布器結(jié)構(gòu)較簡單，液體分布均勻，一般用于直徑在600毫米以下的塔中。其主要缺點(diǎn)是小孔易于堵塞，因而不適于處理污濁液體，操作時(shí)液體的壓頭必須維持在規(guī)定值，否則噴灑半徑改變，不能保證預(yù)定的分布情況。盤式 在分布盤盤底開有篩孔或裝有許多直徑及高度均相同的溢流短管，前者稱為篩孔式，后者稱為溢流管式。盤式分布器的制造比較復(fù)雜，液體通過時(shí)的阻力較小，其分布比較均勻。適用于直徑800毫米以上的塔。沖擊式 其優(yōu)點(diǎn)是噴灑半徑大（最高時(shí)可達(dá)3米），液體流量大約為50-200m3/h構(gòu)造簡單，不會(huì)堵塞。缺點(diǎn)是改變液體流量或液體壓頭時(shí)，會(huì)影響噴灑半徑，因此應(yīng)在操作比較恒定及較小直

22、徑下使用。本設(shè)計(jì)采用盤式液體分布器。布水器直徑：1200100=1100mm 進(jìn)水管直徑：100mm（4）除霧器：在填料塔中若氣速較大時(shí)，在塔頂出塔的氣體中帶出大量液沫，為了防止這部分液沫出塔，所以要安裝除霧器；要求除霧效率高，壓降??；常用的有：折流板式，旋流板式，絲網(wǎng)式除霧器；材料有：鋼材，金屬，尼龍絲，木材；本設(shè)計(jì)中采用填料除霧器。本設(shè)計(jì)采用填料除霧器。填料高度500mm（5）填料及填料投加口：填料分兩段裝人填料塔內(nèi)，填料高度：400mm填料投加口直徑：300mm 填料直徑：25mm （6）液體分布器距第一層填料層高度500mm 吸收段總高度為6850mm2.2.3塔帽段塔帽自身可以作為破沫空間，防止物料的損失，提高液體的利用率，從而提高塔的效率。塔帽是有鋼板壓制焊接而成，有半圓形、扇形、圓臺(tái)形等。在本設(shè)計(jì)中采取圓臺(tái)形塔帽。排氣管直徑：200