30℃時(shí)水吸收二氧化硫填料塔的設(shè)計(jì)說明

1、. 化工原理 課程設(shè)計(jì)報(bào)告系別：專業(yè)班級(jí)：姓學(xué)名：號(hào)：指導(dǎo)教師：（課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2011 年6 月10 年6 月24日）.專業(yè)資料.目 錄1課程設(shè)計(jì)目的 1 12課程設(shè)計(jì)題目描述和要求3課程設(shè)計(jì)報(bào)告容 43.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)43.1.1液相物性數(shù)據(jù)3.1.2氣相物性數(shù)據(jù)3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)4563.2物料衡算63.3塔徑計(jì)算73.3.1 塔徑的計(jì)算83.3.2泛點(diǎn)率校核：83.3.3填料規(guī)格校核：93.3.4液體噴淋密度得校核：93.4填料層高度的計(jì)算93.4.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算93.4.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算103.4.3填料層高度的計(jì)算113.5填料塔附屬高度的計(jì)算113.6液體分布器計(jì)算

2、123.6.1液體分布器的選型3.6.2布液計(jì)算133.7其他附屬塔件的選擇13123.7.1填料支承裝置的選擇3.7.2填料壓緊裝置3.7.3塔頂除霧器3.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算173.81吸收塔的壓力降3.8.2吸收塔的泛點(diǎn)率3.8.3氣體動(dòng)能因子3.9附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇183.9.1離心泵的選擇與計(jì)算3.9.2吸收塔主要接管尺寸選擇與計(jì)算13工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說明244總結(jié)26參考文獻(xiàn) 27.專業(yè)資料.1. 課程設(shè)計(jì)目的計(jì)數(shù)據(jù)，在教師指導(dǎo)下完成一定的設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)，以達(dá)到培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力的目的。過程及裝備的設(shè)計(jì)過程和方法，無疑是十分重要的。2課程設(shè)計(jì)題目描述和要求2.1 設(shè)計(jì)

3、題目描述(1) 設(shè)計(jì)題目二氧化硫填料吸收塔及周邊動(dòng)力設(shè)備與管線設(shè)計(jì)(2) 設(shè)計(jì)容根據(jù)所給的設(shè)計(jì)題目完成以下容：(1)設(shè)計(jì)方案確定；(2)相關(guān)衡算；(3)主要設(shè)備工藝計(jì)算；(4)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與算核；(5)輔助（或周邊）設(shè)備的計(jì)算或選擇；(6)制圖、編寫設(shè)計(jì)說明書及其它。(3) 原始資料SO1000m/h，32其中進(jìn)口含SO為294.9%。吸收塔操作條件：常壓 101.3Kpa；恒溫，氣體與吸收劑溫度：303K清水取自1800米外的湖水。示意圖參見設(shè)計(jì)任務(wù)書。設(shè)計(jì)滿足吸收要求的填料塔及附屬設(shè)備；離心泵安裝高度。2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)時(shí)間為兩周。設(shè)計(jì)成果要求如下：1. 完成設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)的收集與整理

4、.專業(yè)資料.2. 完成填料塔的各種計(jì)算3. 完成動(dòng)力設(shè)備及管線的設(shè)計(jì)計(jì)算4. 完成填料塔的設(shè)備組裝圖5. 完成設(shè)計(jì)說明書或計(jì)算書（手書或電子版打印均可）目錄、設(shè)計(jì)題目任務(wù)、氣液平衡數(shù)據(jù)、L/G、液泛速度、塔徑、Ka（或 K aXY的計(jì)算、H 、N 的計(jì)算、動(dòng)力設(shè)備計(jì)算過程（包括管徑確定）等。OL OL3課程設(shè)計(jì)報(bào)告容吸收塔的工藝計(jì)算3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.1 液相物性數(shù)據(jù)時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度黏度995.7Kg/m 【1】3水【1】801.510 Pas6水表面力為 0.07122N/m 【1】LSO2 在水中的擴(kuò)散系數(shù)為D 2.210 m /s【1】92L3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)混

5、合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M空氣 29Kg/mol【1】MKg/mol【1】二氧化硫M M 1 yMy kg/kmol11_M P混合氣體的密度為1.293Kg/m3RTV混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查資料【1】得 30空氣的黏度為=0.0000186pa s【1】G.專業(yè)資料.查得SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為D 1.46910m/s【1】52G3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)KgSO2A25.012.501.501.000.700.500.300.200.150.100.7420.3790.2300.1540.1080.0770.0470.0310.0230.0160.01230.01320.01

6、380.01460.01560.01600.01790.01970.02130.025460.2728.7716.6110.546.934.802.621.571.080.636.984.202.801.961.400.840.560.420.280.2840.1640.1040.0680.0470.0260.0160.0110.006平均溶解度系數(shù)H C-30度時(shí)二氧化硫在水中的平衡濃度，單位為kmol/mA3x-30度時(shí)二氧化硫在水中溶解平衡時(shí)的摩爾分?jǐn)?shù)H-30 度時(shí)二氧化硫在水中達(dá)到平衡時(shí)的溶解度系數(shù)，單位為kmol/kp*ma3y-30度時(shí)氣相中二氧化硫的摩爾分?jǐn)?shù)P -30度時(shí)氣相中二

7、氧化硫的平衡分壓，單位為 kpa*A由以上的y和x，以x的值為橫坐標(biāo)，y的值為縱坐標(biāo)作平衡曲線，如圖1.1：.專業(yè)資料.053.2物料衡算進(jìn)口氣體的體積流量G=1000m/h3二氧化硫的摩爾分?jǐn)?shù)為y=0.091進(jìn)塔氣相摩爾比為 Y=y/1-y=0.09/(1-0.09)=0.0989111效率1Y /Y 94.9%21 出塔氣相摩爾比 Y=Y 1 0.00504 =12進(jìn)塔惰性氣相流量G=(G/22.4)(1-y)273/303=(1000/22.4)(1-0.09)273/303=36.603kmol/1h空氣的體積流量 V=G(1-y)=10000.91=910m/h3G1出口液體中溶質(zhì)與

8、溶劑的摩爾比 X=02由圖 1.1 平衡曲線可以讀出 y=0.09 所對(duì)應(yīng)的溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)1*x1=0.00252x*0.00252對(duì)應(yīng)的液相中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比為X 0.00253*11x 10.002521*1.專業(yè)資料.LY Y最小液氣比 ( ) 【1】1*12GXX2LL取液氣比 ) 55.649【1】GG故 L=G 55.649=2036.920kmol/hL操作線方程：Y X Y 【1】 代入數(shù)據(jù)得：Y 55.649X 0.00504G23.3塔徑計(jì)算該流程的操作壓力及溫度適中，避免二氧化硫腐蝕，故此選用 25型的塑料鮑爾環(huán)填料。其主要性能參數(shù)為：比表面積m m / 【4】

9、a23t空隙率0.90m /m 【4】33形狀修正系數(shù)=1.45【4】 m1p3.3.1 塔徑的計(jì)算 Kg m3995.7 /吸收液的密度近似看成30度水的密度： L水30度時(shí)空氣的密度/m 【1】2.927Kg/m 【1】33空氣二氧化硫_M P1.293Kg/m3M 18/水RTV采用Eckert關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)氣速：氣相質(zhì)量流量為： （空氣） W G G G ,V二氧化硫9101.165902.927 1297.5 /h液相質(zhì)量流量為：W LM 2036.921836664.56Kg /hL水選用 25型的塑料鮑爾環(huán) A=0.0942 【4】K=1.75【4】.專業(yè)資料.a m/m0.90

10、m /m3233tu2at3Wl ( )( ) 0.2 AKg ( ) ( )【4】L V1/41/8FgV WLLVL代入數(shù)值得： 0.77 /m suF取空塔氣速：u 0.6u 0.462m/s,FG,塔徑D0.875m【1】u,4圓整塔徑，取 D=0.9mG/則算得u 0.437m/s0.785D2 0.923.3.2泛點(diǎn)率校核：G0.785D2 0.92/u 0.437m/su )uF3.3.3填料規(guī)格校核：0.9D36) 【4】d 0.0253.3.4液體噴淋密度校核：L依 Morris 等推薦，d75mm 的環(huán)形及其它填料的最小潤(rùn)濕速率（）min 為W 0.08m / m h32

11、最小噴淋密度U La 0.0820916.72m / m h32Wt.專業(yè)資料.36.823LV噴淋密度 m /(m h)UU320.924經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=900mm合理。3.4 填料層高度的計(jì)算3.4.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算由圖1.1曲線可以讀出以下9個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的y和x：1f *8765432109%8%7%6%5%4%3%2%0.09890 0.00245 0.002456 0.001687 1300.3930.08696 0.00222 0.002220 0.001472 1336.8980.07527 0.00197 0.001970 0.001262 1412.429

12、0.06383 0.00172 0.001723 0.001056 1499.2500.05263 0.00146 0.001462 0.000889 1745.2010.04167 0.00123 0.001232 0.000658 1742.160.03093 0.00097 0.000971 0.000465 1980.1980.02041 0.00073 0.000730 0.000276 2202.6430.457% 0.00504 0.00024 0.000241 04168.404X*8X*0由辛普森積分法有：88N (f f 4f 2f 4f .)0.000092342868.

13、2543.96m3OL08123x*-與y對(duì)應(yīng)的平衡液相中的溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)-與Y對(duì)應(yīng)的平衡液相中的溶質(zhì)與溶劑的摩爾比XN -傳質(zhì)單元數(shù)，單位 mOL.專業(yè)資料.3.4.2 傳質(zhì)單元高度的計(jì)算/ ,N m /N m32CL查資料【5】有：5s D/ , 2.29m s/Dm22GL s5G氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：CLaWaWW a,2W,21exp1.45( ) () (0.1) (0.05) 0.20.75LL2tL aatgtLLLL t液體質(zhì)量通量W 36664.56W 57662.28Kg /(m h),2LL0.924氣體質(zhì)量通量1297.5WVW 2040.58K

14、g/(m h),2G0.924代入數(shù)值得：a 208.96m /m32W氣膜吸收系數(shù)：Wa DtRT,k,0.237()0.7()1/3()GGGaDGtGGG0.23732.715.220.000001220.0001439kmol/(m spa)2液膜吸收系數(shù)：LLW) ( g,k 0.0095() (,LLDaWLLLL0.009520.910.000870.3050.0000527m/s.專業(yè)資料.0.0453s1k a k a,GG W0.0128s1k a k a,LL Wu uF故繼續(xù)修正：uk a 9.5( 0.5) k a 0.0552s,11uGGFuk a 2.6( 0.

15、5) k a 0.0129s,uLLF1K a 0.01284s1Hk a k a1LGlVH 1.25mLK aL3.4.3 填料層高度的計(jì)算由Z H N 1.253.96 4.95mOLOL填料有效高度?。篫=1.3Z=6.435m設(shè)計(jì)取填料層高度為 Z 3.5 填料塔附屬高度的計(jì)算塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器所需的空間高度，塔的底部空間高度等。塔的上部空間高度是為使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來而留取的高度，可取 10s，則塔釜液所占空間高度為W / L水D20.92 0.5 可以取為 1.7m。吸收塔的總高度為h 1.76.4358.135m.專業(yè)資料.3

16、.6 液體分布器計(jì)算將塔頂液體均勻的分布在填料表面上，初始分布器的好壞對(duì)填料塔效率影響很體分布器。勻；自由截面率要大；操作彈性大；不易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調(diào)整水平?？煞譃槎嗫仔秃鸵缌餍?。其中，多孔型液體分布器又可分為：蓮蓬式噴灑器、直分布器又可分為：溢流盤式液體分布器和溢流槽式液體分布器。的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律。3.6.1 液體分布器的選型D800mm時(shí)，建議采用盤式分布器（篩孔式）3.6.2 液體分布器的選擇：按 Eckert 建議值，D750mm60cm，按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。分布盤直徑：600mm【5】分布盤厚

17、度：4mm【5】.專業(yè)資料.3.6.3 布液計(jì)算 H 160 2L d ngH 485348.31/ 998.2360041/24L1/2由取Sod 0.015S 23.14 136 0.58 29.81 0.160g Hnd 15mm設(shè)計(jì)取03.7 其他附屬塔件的選擇3.7.1 填料支承裝置的選擇填料支承裝置的作用是支承填料以及填料層液體的重量，同時(shí)保證氣液兩50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承裝置本.專業(yè)資料.流動(dòng)的影響外，一般情況下填料支承裝置應(yīng)滿足如下要求：（1） 面的 50%以上，且應(yīng)

18、大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛 。12于 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造安裝和維修。要有一定的耐腐蝕性。柵板兩塊查資料【5】(單位：mm)h s88044050625柵板 連接板長(zhǎng)度2701l2l3270880102507柵板 連接板長(zhǎng)度260lll32303102509如圖：.專業(yè)資料.支承板支撐圈兩塊查資料【5】厚度（mm）812894794.專業(yè)資料.升氣管式再分布器3.7.2 填料壓緊裝置.專業(yè)資料.于 70%。本任務(wù)由于使用塑料填料，故選用床層限定板。 u K 0.09m/sGLG3.7.3 塔頂除霧器常需要在頂設(shè)置

19、除沫器。根據(jù)本吸收塔的特點(diǎn)，此處用絲網(wǎng)除霧器：D 2341 3.81 吸收塔的壓力降則操作過程的消耗動(dòng)力大，特別是負(fù)壓操作更是如此，這將增加塔的操作費(fèi)用。器及再分布器的壓力降，填料支撐及壓緊裝置壓力降以及除沫器壓力降等。填料層壓降的計(jì)算可以利用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算壓強(qiáng)降；橫坐標(biāo)為36664.56/ WLX ( )0.5()0.5 V1297.5/ 995.7L又查散裝填料壓降填料因子平均值 232m】1P操作空塔氣速 u=0.437m/spu2Y ( ) 0.00560.2VgLL.專業(yè)資料.水1L P其它塔件的壓力降較小，在此可忽略】P/Z 147.15/m總壓降P 3.8.2 吸

20、收塔的泛點(diǎn)率校核u 泛點(diǎn)率 )uF3.8.3 氣體動(dòng)能因子吸收塔氣體動(dòng)能因子為 Fu0.437 1.165 0.4717 m/s kg/m 0.53G氣體動(dòng)能因子在常用的圍。.專業(yè)資料.3.9 附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇3.9.1離心泵的選擇與計(jì)算取液體流速為 u=2.0m/s36664.56995.7WV 36.82m /h3LLL 801.5 10Pas6L取管內(nèi)液體流速u 2m/s,V36.823.14估算管內(nèi)徑為d 0.08mL3600 u36002,44選用88.5mm4水煤氣管【1d 80.5mmV管內(nèi)實(shí)際流速u m/sL3600 d24 0.0805 2.01 995.7duR 201

21、009.66801.5106eL鋼管粗糙度 0.35mm1,相對(duì)粗糙度 /d 0.35/80.50.0043.專業(yè)資料.查得摩擦系數(shù) 0.028【,le截止閥（全開）： 300【1,dle90度彎頭： 35270【1】dle帶濾水器的底閥（全開）： 420【1】d吸入管伸進(jìn)水里l 0.2m,總管長(zhǎng)l 8.3430.211.54m管路的壓頭損失ll u211.542()0.028(30070420)H ed2g0.080529.81f5.38m水柱）原料泵的選擇對(duì) 1-1 和 2-2 截面列伯努力方程得：P u P u2Z H Z H211 2 2g g1gg2fu2H Z H 8.345.32

22、0.2113.72m22gf選用 IS80-65-125 型泵【1】汽蝕余量：3.03.5m【1】30 度時(shí)水的飽和蒸汽壓P kPa1】VP kPa1】取吸入管長(zhǎng)l 4.2，吸入管壓頭損失,l4.22l,u2()0.028 (42035)2.92mH ,edd 2g0.080529.81f泵的最大允許安裝高度：PP(101.34.241)103H hH 3.52.923.52m,Vg995.79.81g允f3.52,這里取1.8,即安裝在離地面處以及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)類似于水的其他液體）既簡(jiǎn)單又使用。通過計(jì)算可知，.專業(yè)資料.的型號(hào)為 IS125-100-200,其具體參數(shù)如下：速 流量 揚(yáng)

23、程 效率 軸 功 電 機(jī) 功 必須汽蝕余量 質(zhì) 量n/(r/min /m3/ H/m（ 泵 /底座）/kg(r1450100 12.5764.48路7.52.5計(jì)100/66遠(yuǎn)處泵和管的設(shè)及計(jì)算90 度彎頭三個(gè),進(jìn)水管伸進(jìn)水里l 1.0m，總管長(zhǎng) l=1802.8+1.0=1803.8m,q 1.2V 1.236.8244.18m /h3VL去管內(nèi)流速u 1.5m/s,估算管內(nèi)徑為d 0.102m13600 u41選用直徑為114mm5的焊接鋼管【】?jī)?nèi)經(jīng)d 104mmqV44.183.14管內(nèi)流速u 1.45m/s3600 d36000.1042244 0.104 1.45 995.7duR

24、187338.19801.5106eL鋼管絕對(duì)粗糙度:.專業(yè)資料. 0.35 ,相對(duì)粗糙度 /mm0.35/104 0.0034d 查得摩擦系數(shù) 0.027】le截止閥（全開）： 300,dle90度彎頭 353105】dle帶濾水器的底閥（全開）： 420】d關(guān)出口突然擴(kuò)大 1 】，管進(jìn)口突然縮小 0.5】12llu2管路的壓頭損失H ( )ed122gf1803.81.4520.027(30010542010.5)54.9m0.10429.81以大河面為122截面列伯努利方程：Pu21gPu22gZ H Z 2H1g2212gfLLu u 0m/s,P P kPa1212Z 1.2,外加壓

25、頭H Z H 1.254.9 mf選用IS8050160的泵，汽蝕余量h 2.5 3.0m30度時(shí)水的飽和蒸汽壓為P kPaVP kPa,吸入管長(zhǎng)l 3.4ml3.41.452lu2吸入管的壓頭損失H ( ) 0.027(420,edd 2g0.10429.81fm泵的最大允許安裝高度：PP103995.79.81H hH31.41m,Vg允 gfL這里取2m,l 當(dāng)量長(zhǎng)度，單位meZ 兩截面的高度差，單位m3.9.2 吸收塔主要接管尺寸選擇與計(jì)算（ 1 ） 進(jìn) 氣 管 ( 管 的 末 端 可 制 成 向 下 的 喇 叭 形 擴(kuò) 大 口 ）.專業(yè)資料.取氣體流速 u=15m/s=54000m/

26、hG,10003.14管徑：d 0.1536mu5400044查資料【】取165.04.50的焊接鋼管，內(nèi)徑d 0.156mG,10003.14氣體流速u 52345.716m/h14.54m/s,d20.156244（2）液體出口裝置.專業(yè)資料.對(duì)于直徑 1.5以下的塔，管口末端可制成向下的喇叭形擴(kuò)大口，防止淋下的mm液體進(jìn)入管，同時(shí)還要使氣體分散均勻。（3）氣體出口裝置口前加裝除液沫擋板。當(dāng)氣體夾帶較多霧滴時(shí)，需另裝除沫器（4）液體管路直徑 2m/s取液體流速ud u 0.0188136664.56 2 995.7 0.0807m0.5 0.5 0.50.50.50.5LLL據(jù)根管材規(guī)，選

27、擇熱軋無縫鋼管，取管徑為： 4其徑為 81。mm（5）液體進(jìn)口裝置液體進(jìn)口管應(yīng)直接通向噴淋裝置，可選用直管。液體出口裝置為了便于塔液體排放，保證塔有一定液封裝置高度而設(shè)計(jì)，并能防止氣體短路。（6）封頭.專業(yè)資料.工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說明 m /h3V1XXL2021/GMg kg m3 hLVLDmhhm1h2m.專業(yè)資料.hm3mHmNPPafm suu u56.75%fdm 1FcAam2/m3tDO 109m2/sL2DGgO 2m s2 h或 hGk,0.0001439 /(m s pa)2Gk,LL0.0000527 /(m s pa)2 huFumm.82 3/3/s/s3Vm h/smLVWW3s h36664.56 /L1297.5 /hVmm3/L3v s5G s6水33103N m/c /N m2L.專業(yè)資料.am2/m3