水吸收二氧化硫填料塔課程設計報告書

1、化工原理課程設計報告設計任務書（一）設計題目試設計一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的SO2，混合3氣體的處理為 2500m/h, 其中 SO2（體積分數(shù)） 8 。要求塔板排放氣體中含SO2 低于 0.4 ，采用清水進行吸收。（二）操作條件常壓， 20（三）填料類型選用塑料鮑爾環(huán)、瓷拉西環(huán)填料規(guī)格自選（四）設計容1、吸收塔的物料衡算2、吸收塔的工藝尺寸計算3、填料層壓降的計算4、吸收塔接管尺寸的計算5、繪制吸收塔的結構圖678目錄··············

2、;·········· 4 ······················ 41. ················

3、83; 4 1.1 .41.2. 41.341.4············42. ················· 52.152.2··············

4、3;··· 62.3··········· 62.4···············112.5.122.6.12 .13 .13 14一、 概述填料塔不但結構簡單，且流體通過填料層的壓降較小，易于用耐腐蝕材料制造，所以它特別適用于處理量小，有腐蝕性的物料及要求壓降小的場合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部，

5、并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進行傳質(zhì)。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設備。二、 設計方案的確定( 一 )操作條件的確定11 吸收劑的選擇因為用水作吸收劑，同時SO2 不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?2 裝置流程的確定用水吸收 SO2 屬于中等溶解度的吸收過程， 故為提高傳質(zhì)效率，選擇用逆流吸收流程。13 填料的類型與選擇用不吸收 SO2 的過程，操作溫度低，但操作壓力高，因為工業(yè)上通常選用塑料散堆填料，在塑料散堆填料中， 塑料鮑爾環(huán)填料的綜合性能較好。 鮑爾環(huán)填料是對拉西環(huán)的改進，鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔， 大

6、大提高了環(huán)空間及環(huán)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。14 操作溫度與壓力的確定20 ，常壓（二）填料吸收塔的工藝尺寸的計算2 1 基礎物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取水的物性數(shù)據(jù)查得， 293K時水的有關物性數(shù)據(jù)如下：密度 =998.2kg/m粘度 L=0.001 Pa· s=3.6kg/(m · h)表面力 L=72.6dyn/cm=940896kg/h 3SO 2 在水中的擴散系數(shù)為-5 2-6 2DL =1.47 ×10 m/s=5.29×1

7、0 m/h氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Mvm=yi Mi=0.08 ×440.92 ×29=31.8vmPMvm 101.3 31.8 1.322-3混合氣體的平均密度 =kg mRT 8.314 293混合氣體粘度近似取空氣粘度，手冊20空氣粘度為 V=1.81 ×10-5 Pa·s=0.065kg/(m ? h)查手冊得 SO2在空氣中的擴散系數(shù)為D V=0.108cm2/s=0.039m 2/h由手冊查得 20時 SO2在水中的亨利系數(shù)E=3550kPa相平衡常數(shù)為 m=E355035.04P101.3溶解度系數(shù)為 H=l0.0156kml

8、o kPa.m3E.Ms2.2 物料衡算進塔氣相摩爾比為y1= 0.08出塔氣相摩爾比為y2=0.004進塔惰性氣相流量為V=2500 273 (1 0.08) 95.67kmol / h 22.4 293該吸收過程為低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比按下式（ L）y1y2計算，即（ Vminy / mx21對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液組成為X2=0（ L）y1y20.08 0.00433.29（miny1 / mx20.08 / 35.040V取操作液氣比為L/V=1.4L/V=1.4 × 33.29=46.61L=46.61×95.67=4459.18kmol/hV(

9、y1-y2)=L(x -x2)1x1= 95.67(0.080.004)1.63 10 34459.182.3 填料塔的工藝尺寸計算塔徑計算采用 Eckert 通用關聯(lián)圖計算泛點氣速氣相質(zhì)量流量為 WV=2500×1.322=3305kg/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算即 WL=4459.18×18.02=80354.42kg/hEckert 通用關聯(lián)圖橫坐標為WLV0.580354.42 1.322)0.50.885(L)3305(WV998.2查?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖得uF F?V?0 .20.025gLL查表（散裝填料泛點填料因子平均值）得F140m 10.025gL

10、0.2269.81998.2msuF0.2140 11.3220.21.149 /FVL1取 u=0.7u F=0.7 ×1.149=0.8046m/s4VS42500 / 36001.048m由 D3.140.8046u圓整塔徑，取 D=1.1m泛點率校核 u= 2500/ 36000.7311m/s0.7851.12u0.7311100 =63.63 ( 在允許圍 )uF1.149填料規(guī)格校核： D110044 10d25液體噴淋密度校核，取最小潤濕速率為（ LW）min=0.08m3/m·h查塑料 ( 聚乙烯）鮑爾環(huán)（ * ）特性數(shù)據(jù)表得：型號為 DN50的鮑爾環(huán)的比

11、表面積a t =92.7 m 2/m3Umin=(L W) min at =0.08×92.7=7.416m3/m2·hU=80354.42/ 998.284.77 U min0.7851.12經(jīng)校核可知，塔徑D=1100mm合理填料層高度計算y1 =mx1=35.04 ×0.00163=0.0571Y2 =mX2=0脫因系數(shù)為 S= mV35.0495.670.752L4459.18氣相總傳質(zhì)單元數(shù)OG1 ln 1Sy1y2SN =Sy2y21=1(10.752)0.0800.7521ln1.6310 30.7520=10.319氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田

12、關聯(lián)式計算aw0.750.10.050.21 exp1.45cU LU L2 atU L2atat LL L atL atLL查常見材質(zhì)的臨界表面力值表得c=33dyn/cm=427680kg/h2液體質(zhì)量通量為U L80354.4284600.461kg/(m2? h)0.7851.120.750.10 .0520 .2aw21 exp1.4542768084600.46184600.46 92.784600.461at94089692.7 3.6998.22 1.27 108998.2 94089692.7=0.6467吸收系數(shù)由下式計算0.71/ 3K GU VVat DV0.237V

13、DVRTat V質(zhì)量通量為U V25001.322. kg/ m2?h0.7851.123479 53479.30.71/ 30.039KG 0.2370.06592.792.70.0651.3220.0398.314293= 0.237×85.71 ×1.08 ×0.0015= 0.0325kmol/(m 3·h·kPa)吸收系數(shù)由下式計算U L2 / 31/ 21/ 3K LLL g0.0095L D LaW LL84600.462/ 31/ 21.271081/3K L 0.00953.63.60.6467 92.7 3.6998.2 5

14、.29 10 6998.2=3.236m/hK G aK G aW1.1查常見填料的形狀系數(shù)表得1.451.1K G aK G aW0.03250.646792.71.451.12.932kmol /(m3 ? h ? kPa)K L aK L aW0.43.236 0.6467 92.7 1.450.4225.08 / hu/u F=63.63 >50u1.4K G a19.50.5K G auFu2.2K L a12.60.5K L auF得KGa19.50.6363 0.51.4kmol m3?h?kPa2.932 4.642/得 KL a12.60.6363 0.5 2.2225

15、.08 232.38/ hK G a1112.036kmol / m3 ? h ? kPa111K GHK L a4.6420.0156232.38OGVV95.670.488mH =K Y aK G aP2.036 101.3 0.7851.12Z=HOGNOG=0.488 ×10.319=5.03m得 Z=1.3 ×5.03=6.539取填料層高度為Z=6.6m查塑料鮑爾環(huán)高度推薦值表對于階梯環(huán)填料h5 10， h max6mD取 h/D=8則 h=8×1100=8800mm計算得填料層高度為66000mm，故不需分段2.4 填料層壓降計算散裝填料的壓降值可由

16、?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算。計算時，先0。5根據(jù)氣液負荷及有關物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標WLV值。WVL再根據(jù)操作空塔氣速U 用有關物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標2uP?V?L0.2 值。通過作圖得出交點，讀出過交點的等壓gL線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值。用?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算壓降時，所需填料因子與液體噴淋點密度有關，為了工程計算的方便，常采用與液體噴淋密度無關的壓降填料因子平均值。?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖橫坐標為0。5W LV=0.885WVL查散裝填料壓降填料因子平均值表得P 125m 1查通用關聯(lián)圖得： P/Z=190.45Pa/m填料層壓降為 P=190.45×6.6=1256.97Pa查此圖時，一定要

17、看好，最好用兩個直角板找到橫坐標和縱坐標的交點，在估計出合理的等壓線數(shù)值。2.5 吸收塔接管尺寸計算一般管道為圓形， d 為徑，水流速為 0.5 3m/s常壓下氣體流速 10 30m/s則氣體進口直徑4V42500172mmd13.143600u30氣體出口直徑 d 2=d1=172mm噴液進口直徑4V4 80354 .42 / 998.2d33.143600239mmu0.5噴液出口直徑 d 4=d3=240mm排液口直徑 d 5=d3/2=120mm2.6 附屬設備（1）本設計任務液相負荷不大，可選用排管式液體分面器，且填料層不高，可不設液體再分布器。（2）塔徑及液體負荷不大，可采用較簡單

18、的柵板型支承板及壓板。三、評價設計中問題的評價：1、對于吸收塔基本尺寸的確定以及數(shù)據(jù)來源，物性參數(shù)，合適取值圍的確定要按具體的實際設計情況來定。2、對于吸收塔填料裝置的材料屬性， 以及經(jīng)濟效益要綜合考慮工藝的可能性又要滿足實際操作標準。3、對于吸收塔的溫度的確定， 由吸收的平衡關系可知， 溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，對于壓力的確定，選擇常壓，減少工作設備的負荷。設計體會剛拿到任務說明書時，一臉茫然，大家都是第一次接觸到這個陌生的東西，面對大量繁瑣的計算，我的頭都大了，其中我得了一個很不合理的數(shù)據(jù)，經(jīng)過反復查找，才發(fā)現(xiàn)前面有個小數(shù)點弄錯了，我深深體會到了科學需要的嚴謹性。在設計課程報告時，要輸入大量的公式，我自學了一點公式編輯器的知識，感覺它非常有用，今后有時間還得好好學學。我會好好對待以后的每一次設計，讓老師滿意。希望老師對我這次的表現(xiàn)認可。四、參考文獻1、化學工程手冊編輯委員會，化學工程手冊氣液傳質(zhì)設備2、賈紹義，紫誠敬化工原理課程設計天津大學，20023、乃鴻等現(xiàn)代填料塔技術指南天津，19984、徐崇嗣等塔