化工原理課程設(shè)計二氧化硫吸收設(shè)計

化工原理課程設(shè)計二氧化硫吸收設(shè)計名目 錯誤!未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 3\o"CurrentDocument"第1章緒論 41?1吸取技術(shù)概況 41?2吸取設(shè)備的進展 51.3吸取在工亞生產(chǎn)中的應用 6\o"CurrentDocument"第2章設(shè)計方案 6吸取劑的詵擇 6吸取流程的選擇 7氣體吸取過程分類 7吸取裝置的流程 8吸取塔設(shè)備及填料的詵擇 8吸取塔設(shè)備 8填料的選擇 9吸取劑再生方法的詵擇 9操作參數(shù)的詵擇 10\o"CurrentDocument"第3章吸取塔的工藝運算 10基礎(chǔ)物件數(shù)據(jù) 10液和物件數(shù)據(jù) 10氣相物性數(shù)據(jù) 11氣液相平穩(wěn)數(shù)據(jù) 11物料衡算 11塔徑運算 12塔徑的運算 12步點率校核： 13液體噴淋密度得校核： 13填料層高度的運算 13傳質(zhì)單元數(shù)的運算 13傳質(zhì)單元高度的運算 14填料層高度的運算 15填料塔附屬高度的運算 16液體分布器運算 16液體分布器的選型 17布液孔數(shù)的運篁 17布液運算 17其他附屬塔內(nèi)件的詵擇 17填料支承裝置的詵擇 17填料壓緊裝置 18塔頂除霧器 18\o"CurrentDocument"吸取塔的流體力學參數(shù)運算 191吸取塔的壓力降 19吸取塔的泛點率 20氣體動能因子 203.9附屬設(shè)備的運算與詵擇 20離心泵的詵擇與運算 20吸取塔要緊接管尺寸詵擇與運算 21\o"CurrentDocument"工藝設(shè)計運算結(jié)果匯總與要緊符號說明 22\o"CurrentDocument"設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論 25\o"CurrentDocument"要緊參考文獻 26\o"CurrentDocument"終止語 27\o"CurrentDocument"吸取操作系統(tǒng)的工藝流程圖 28\o"CurrentDocument"吸取操作系統(tǒng)的設(shè)備條件圖 29摘要氣體吸取過程是利用氣體混合物中，各組分在液體中溶解度或化學反應活性的差異，在氣液兩相接觸時發(fā)生傳質(zhì)，實現(xiàn)氣液混合物的分離。一樣說來，完整的吸取過程應包括吸取和解吸兩部分。在化工生產(chǎn)過程中，原料氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體，愛護環(huán)境等方面都廣泛應用到氣體吸取過程。填料塔由于其通量大，阻力小，壓降低，操作彈性大，塔內(nèi)持液量小，填料易用耐腐蝕材料制造，結(jié)構(gòu)簡單，分離效率高等優(yōu)點，使得其在某些處理量大要求壓降小的分離過程中得到了廣泛的應用并作為要緊設(shè)備之一，越來越受到青睞。本設(shè)計任務是用20℃清水洗收錄其中的SQ。關(guān)于氣體的吸取應該采納氣液傳質(zhì)設(shè)備填料塔，因為它具有較高的比表面積。用水吸取SO2屬中等溶解度的吸取過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸取流程。在此吸取過程中，操作溫度及操作壓力較低，選用塑料散裝填料。因塑料階梯環(huán)的綜合性能較好，因此選用DN8聚丙烯階梯環(huán)填料。梁型支承板的性能優(yōu)良，有利于氣液傳質(zhì)，因此選用梁型支承板。因該吸取塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，應選用槽式液體分布器。關(guān)鍵詞:吸取--S02--填料塔--逆流第1章緒論1?1吸取技術(shù)概況利用混合氣體中各組分在同一種溶劑〔吸取劑〕中溶解度的不同分離氣體混合物的單元操作稱為吸取。吸取是分離氣體混合物最常見的單元操作之一。工業(yè)吸取操作是在吸取塔內(nèi)進行的。在吸取操作中，通常將混合氣體中能夠溶解于溶劑中的組分稱為溶質(zhì)或吸取質(zhì)，以A表示;而不溶或微溶的組分稱為載體或惰性氣體，以B表示；吸取所用的溶劑稱為吸取劑，以S表示；經(jīng)吸取后得到的溶液稱為吸取液;被吸取后排出吸取塔的氣體稱為吸取尾氣。吸取確實是吸取質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)入液相的過程［1］。吸取過程通常在吸取塔中進行。依照氣、液兩相的流淌方向，分為逆流操作和并流操作兩類，工業(yè)生產(chǎn)中以逆流操作為主，吸取劑以塔頂加入自上向下流淌，與從下向上流淌的氣體接觸，吸取了吸取質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。吸取塔操作示意圖如圖片2-1所示。吸收劑?吸收用”?吸收用”「吃收港S裕）圖2-1吸收塔操作示意圖在工業(yè)生產(chǎn)中，除以制取溶液產(chǎn)品為目的的吸?。ㄈ缬盟Cl氣制取鹽酸等）之外，大都要將吸取液進行解吸，以便得到純潔的溶質(zhì)或使吸取劑再生后循環(huán)使用。解吸也稱為脫吸，它是使溶質(zhì)從吸取液中開釋出來的過程，解吸通常在解吸塔中進行。圖片2-2所示為洗油脫除煤氣中粗苯的流程簡圖。圖中虛線左側(cè)為吸取部分，在吸取塔中，苯系化合物蒸汽溶解于洗油中，吸取了粗苯的洗油（又稱富油）由吸取塔底排出，被吸取后的煤氣由吸取塔頂排出。圖中虛線右側(cè)為解吸部分，在解收塔中，粗苯由液相開釋出來，并為水蒸汽帶出，經(jīng)冷凝分層后即可獲得粗苯產(chǎn)品，解吸出粗苯的洗油（也稱為貧油）經(jīng)冷卻后再送回吸取塔循環(huán)使用。補充新鮮油圖2-2洗油脫除煤氣中粗表流程簡圖吸取塔設(shè)備是氣液接觸的傳質(zhì)設(shè)備，一樣可分為逐級接觸型和微分接觸型兩類。板式塔屬于逐級接觸型的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它是在塔體內(nèi)按照一定距離設(shè)置許多塔盤，氣體以鼓泡或噴射的方式穿過塔盤上的液層。填料塔屬于微分接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，它是在塔體內(nèi)裝有一定數(shù)量的填料，填料的作用是提供氣液間的傳質(zhì)面積。在塔內(nèi)液體沿填料表面下流，形成一層薄膜，氣體沿填料間隙上升，在填料表面的液層與氣體的界面上進行傳質(zhì)過程［2］。1?2吸取設(shè)備的進展吸取操作要緊在填料塔和板式塔中進行，幾種常用的吸取塔有填料塔、湍球塔、板式塔等。其中填料塔的應用較為廣泛。填料塔的歷史較久，早在19世紀中期已開始用于生產(chǎn)，到20世紀初，人們以碎石、短管段等為填料用來蒸餾原油，改進了原先的釜式蒸餾技術(shù)，促進了石油工業(yè)的進展。但由于當時對填料兩相的流淌研究專門少，塔的優(yōu)越性未能全部發(fā)揮，故不久就為泡罩塔所取代。后來隨著石油、酸堿、肥料、石油化工等工業(yè)的飛速進展，人們對填料塔的實踐和認識才進一步不斷加深，制造了多種形式的填料；對填料塔的壓降和泛點得出了較為可靠的關(guān)聯(lián)式，為設(shè)計和操作提供了依據(jù)⑶。填料塔，它由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進出口接管等部件組成，塔外殼多采納金屬材料，也可用塑料制造。填料是填料塔的核心，它提供了塔內(nèi)氣液兩相的接觸面，填料與塔的結(jié)構(gòu)決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的間隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定的機械強度、密度小、價格低廉等。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀80年代后開發(fā)的新型填料如QH-1型扁環(huán)填料、八四內(nèi)弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規(guī)整板波浪填料、格柵填料等，為先進的填料塔設(shè)計提供了基礎(chǔ)。塔填料的研究與應用已獲得長足的進展，鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、萊佛厄派克環(huán)、金屬環(huán)矩鞍等的顯現(xiàn)標志著散裝填料朝高通量、高效率、低阻力方向進展有新的突破。規(guī)整填料在工業(yè)裝置大型化和要求高分離效率的情形下，倍受重視，已成為塔填料的重要品種。其中金屬與塑料波浪板造價適中，抗污力強，操作性能好，并易于工業(yè)應用，可作為通用填料使用；柵格填料對液體負荷和承諾壓降要求苛刻的過程十分有利，并具有自凈機能，即使應用在污垢系統(tǒng)也能長期穩(wěn)固運轉(zhuǎn)；脈沖填料專門的結(jié)構(gòu)使之在大流量、大塔徑下也可不能發(fā)生偏流，極易工業(yè)放大，從進展上看專門有期望。近年來，工程界對填料塔進行了大量的研究工作，要緊集中在以下幾個方面：(1)開發(fā)多種形式、規(guī)格和材質(zhì)的高效、低壓降、大流量的填料；(2)與不同填料相匹配的塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)；⑶填料層中液體的流淌及分布規(guī)律；⑷蒸餾過程的模擬。填料塔的差不多特點是結(jié)構(gòu)簡單，壓力降小，傳質(zhì)效率高，便于采納耐腐蝕材料制造等。關(guān)于熱敏性及容易發(fā)泡的物料，更顯出其優(yōu)越性。過去，填料塔多舉薦用于0.6?0.7m以下的塔徑。近年來，隨著高效新型填料和其他性能內(nèi)件的開發(fā)，以及人們對填料流體力學，放大效應及傳質(zhì)機理的深入研究，使填料塔技術(shù)得到了迅速進展［4］。在工業(yè)生產(chǎn)中的應用氣體吸取在化工生產(chǎn)中的應用大致有以下幾種。(1)制備液體產(chǎn)品如用水吸取HCL制備鹽酸，用水吸取甲醛蒸汽制福爾馬林溶液等，差不多上吸取操作。⑵凈化氣體或精制氣體如用水脫除合成氨原料中的CO2,用丙酮脫除石油裂解氣中的乙炔等，其目的是出去氣體中的有害成分，便于氣體在工序中能順利進行。(3)回收有用物質(zhì)工藝尾氣中含有一些有價值的物質(zhì)，，通過吸取能夠為這些物質(zhì)找到新的用途，做到物盡其用。⑷愛護環(huán)境在排放到大氣的工藝尾氣中可能含有對人或其他生物有害的物質(zhì)，比如硫的化合物、氨的化合物等。這些有害物質(zhì)假如不除，將造成環(huán)境污染。通過吸取，能夠在排放前除去這些有害物，做到達標排放［1］。第2章設(shè)計方案吸取劑的選擇吸取操作的好壞在專門大程度上取決于吸取劑的性質(zhì)。選擇吸取劑時在，要緊考慮以下幾點:(1)溶解度大吸取劑對溶質(zhì)組分的溶解度越大，那么傳質(zhì)推動力越大，吸取速率越快，且吸取劑的耗用量越少，操作費用較低。(2)選擇性好吸取劑應對溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對混合氣體中的其它組分溶解度甚微，否那么不能實現(xiàn)有效的分離。(3)揮發(fā)性好在吸取過程中，吸取尾氣往往為吸取劑蒸汽所飽和。故在操作溫度下，吸取劑的蒸汽壓要低，以減少吸取劑的缺失量。(4)粘度低吸取劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流淌阻力越小，擴散系數(shù)越大，這有助于傳質(zhì)速率的提高?！?〕易再生當富液不作為產(chǎn)品時，吸取劑要易再生，以降低操作費用。要求溶解度對溫度的變化比較敏銳，即不僅在低溫下溶解度要大，平穩(wěn)分壓要?。欢译S著溫度升高，溶解度應迅速下降，平穩(wěn)分壓應迅速上升，那么被吸取的氣體解吸，吸取劑再生方便。(6)其它所選用的吸取劑應盡可能無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得，且化學性質(zhì)穩(wěn)固、經(jīng)濟安全［1］。在實際生產(chǎn)中滿足所有要求的吸取劑是不存在的。應從滿足工藝要求動身，對可供選擇的吸取劑做全面的評判，作出科學、經(jīng)濟、合理的選擇。綜上所述，考慮吸取劑的選用標準，在二氧化硫的吸取過程中，采納清水為吸取劑。吸取流程的選擇氣體吸取過程分類氣體吸取過程通常按以下方法分類。(1)單組分吸取與多組分吸?。何∵^程按被吸取組分數(shù)目的不同，可分為單組分吸取和多組分吸取。假設(shè)混合氣體中只有一個組分進入液相，其余組分不溶〔或微溶〕于吸取劑，這種吸取過程稱為單組分吸取。反之，假設(shè)在吸取過程中，混合氣中進入液相的氣體溶質(zhì)不止一個，如此的吸取稱為多組分吸取。(2)物理吸取與化學吸?。涸谖∵^程中，假如溶質(zhì)與溶劑之間不發(fā)生顯著的化學反應，能夠把吸取過程看成是氣體溶質(zhì)單純地溶解于液相溶劑的物理過程，那么稱為物理吸取。相反，假如在吸取過程中氣體溶質(zhì)與溶劑(或其中的爽朗組分)發(fā)生顯著的化學反應，那么稱為化學吸取。(3)低濃度吸取與高濃度吸?。涸谖∵^程中，假設(shè)溶質(zhì)在氣液兩相中的摩爾分率均較低〔通常不超過0.1〕，這種吸取稱為低濃度吸?。环粗?，那么稱為高濃度吸取。關(guān)于低濃度吸取過程，由于氣相中溶質(zhì)濃度較低，傳遞到液相中的溶質(zhì)量相關(guān)于氣、液相流率也較小，因此流經(jīng)吸取塔的氣、液相流率均可視為常數(shù)。(4)等溫吸取與非等溫吸?。簹怏w溶質(zhì)溶解于液體時，常由于溶解熱或化學反應熱，而產(chǎn)生熱效應，熱效應使液相的溫度逐步升高，這種吸取稱為非等溫吸取。假設(shè)吸取過程的熱效應專門小，或盡管熱效應較大，但吸取設(shè)備的散熱成效專門好，能及時移出吸取過程所產(chǎn)生的熱量，現(xiàn)在液相的溫度變化并不顯著，這種吸取稱為等溫吸?、省Ｎ⊙b置的流程吸取裝置的流程要緊有以下幾種?！?〕逆流操作氣相自塔底進入塔頂排出，液相自塔頂進入塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點是，傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸取劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采納逆流操作?！?〕并流操作氣液兩相均從塔頂流向塔底，此即并流操作。并流操作的特點是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常用于以下情形：當吸取過程的平穩(wěn)曲線較平坦時，流向?qū)ν苿恿ψ璧K不大；易溶氣體的吸取或處理的氣體不需要吸取專門完全；吸取劑用量專門大，逆流操作易引起液泛?！?〕吸取劑部分再循環(huán)操作在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸取塔排出液體的一部分冷卻后與補充的新奇吸取劑一同送回塔內(nèi)，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以下情形：當吸取劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度；關(guān)于非等溫吸取過程，為操縱塔內(nèi)的溫升，需取出一部分熱量。該流程專門適宜于相平衡常數(shù)m植專門小的情形，通過吸取液的部分再循環(huán)，提高吸取劑的使用效率。應予指出，吸取劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動力要低，且需要設(shè)置循環(huán)泵，操作費用增加。〔4〕多塔串聯(lián)操作假設(shè)設(shè)計的填料層高度過大，或由于所處理物料等緣故需要經(jīng)常清理調(diào)料，為便于修理，可把填料層分裝在幾個串聯(lián)的塔內(nèi)，每個吸取塔通過的吸取劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作。此種操作因塔內(nèi)需要留較大空間，輸液、噴淋、支承板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大?！?〕串聯(lián)一并聯(lián)混合操作假設(shè)吸取過程處理的液量專門大，假如用通常的流程，那么液體在塔內(nèi)的噴淋密度過大，操作氣速勢必專門小〔否那么易引起塔的液泛〕，塔的生產(chǎn)能力專門低。實際生產(chǎn)中可采納氣相作串聯(lián)、液相作并聯(lián)的混合流程。用水吸取二氧化硫?qū)僦械热芙舛鹊奈∵^程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸取流程。因用水作為吸取劑，且二氧化硫不作為產(chǎn)品，故采納純?nèi)軇7]吸取塔設(shè)備及填料的選擇吸取塔設(shè)備關(guān)于吸取過程，塔設(shè)備有多種，如何選擇合適的類型是進行工業(yè)設(shè)計的首要工作。而進行這一項工作那么要緊對吸取過程進行充分的研究后，并通過多方案對比方能得到較中意的結(jié)果。一樣而言，吸取用塔設(shè)備與精餾過程所需要的塔設(shè)備具有相同的原那么要求，即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，易于制造、安裝、操作和修理等。但作為吸取過程，一樣具有操作液氣比大的特點，因而更適用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過程節(jié)能，因此關(guān)于吸取過程來說，以采納填料塔居多。但在液體流率專門低難以充分潤濕填料，或塔徑過大，使用填料不專門經(jīng)濟的情形下，以采納板式塔為宜。本設(shè)計過程采納填料塔作為吸取設(shè)備［8］。填料的選擇塔填料是填料塔中氣液接觸的差不多構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的要緊因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。在選擇塔填料時應考慮如下幾個問題：〔1〕比表面積要大 比表面積a是指單位體積的填料層所具有的表面積，大的比表面積和良好的潤濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高?！?〕間隙率大間隙率￡是指單位體積的填料所具有的間隙體積，填料的間隙率大，氣液通過的能力大，氣體流淌的阻力小，填料的間隙率一樣在0.45-0.95范疇。〔3〕堆積密度小堆積密度P是指單位體積填料的質(zhì)量，在機械強度承諾的條件下，填料壁要盡量減薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加間隙率。〔4〕填料的幾何形狀填料的幾何形狀對填料的流體力學和傳質(zhì)性能有著重要的阻礙。〔5〕填料的材質(zhì)工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類，不同的材質(zhì)適應于不同的操作條件［9］。該流程的操作壓力及溫度較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料，在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用DN38聚丙烯階梯環(huán)填料。階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個錐形翻邊。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料表面由線接觸為主變成以點接觸為主，如此不但增加了填料間的間隙，同時成為液體沿填料表面流淌的聚攏分散點，能夠促進液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。其要緊性能參數(shù)為：比表面積 a=i32.5m2孔隙率 e=0.91形狀修正系數(shù) ^=1.45填料因子 ^=i70m-iA=0.204吸取劑再生方法的選擇使溶解于液相中的氣體開釋出來的操作稱為解吸。其操作方法通常是使富液與惰性氣體或蒸汽逆流接觸，富液自解吸塔頂引入，在其下流過程中與來自塔底的惰性氣體或蒸汽相遇，吸取質(zhì)逐步從溶液中開釋出來，在塔頂?shù)玫轿≠|(zhì)與惰性氣體或蒸汽的混合物，在塔底得到較純潔的吸取劑。在本設(shè)計操作中，規(guī)定吸取二氧化硫后的水，經(jīng)富液泵送入再生塔頂，用燃料氣進行氣提解吸操作，解吸后的水經(jīng)貧油泵，送回吸取塔，循環(huán)使用，氣提氣那么進入燃料處理系統(tǒng)［9］。操作參數(shù)的選擇吸取過程的操作參數(shù)要緊包括吸取〔或再生〕壓力、吸取〔或再生〕溫度以及吸取因子〔或解吸因子〕。這些條件的選擇應充分考慮前后工序的工藝參數(shù)，從整個過程的安全性、可靠性、經(jīng)濟性動身，利用過程的模擬運算，通過多方案對比優(yōu)化得出過程參數(shù)。操作壓力選擇本任務中差不多給出是常壓操作，因此不需要再對其進行考慮。操作溫度選擇本任務中差不多給出操作溫度是20℃吸取因子和解吸因子選擇吸取因子和解吸因子是一個關(guān)聯(lián)了氣體處理量，吸取劑用量以及氣液平穩(wěn)常數(shù)的綜合過程參數(shù)。吸取因子和解吸因子的取值大小對過程的經(jīng)濟性阻礙專門大，選用大的吸取因子，那么過程的設(shè)備費用降低而吸取劑用量或循環(huán)量加大，操作費用升高。假設(shè)吸取因子較小，那么過程推動力減小，塔必定專門高。在設(shè)計上，兩者的數(shù)值應該以過程的總費用最低為目標函數(shù)進行設(shè)計后確定［10?！?A二Lp-依照公式m=E/p；A=mG；因此EG；第3章吸取塔的工藝運算基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)對低濃度吸取過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得，20℃時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度p=998.2kg/m3黏度hl=0.001Pa,s=3.6kg/(m-h)表面張力為。=72.6dyn/cm=940896kg/h2SO2在水中的擴散系數(shù)為Dl=L47*10-5cm2/s=5.29*10-6m2/h氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為MV=zyM=0.05X64.07+0.95x28.95=30.706P二工二二325x30.706二1.277kg/m3混合氣體的密度為VmRT 8-314x293混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查手冊得20℃空氣的黏度為%=1.81X10-5Pa?s=0.065kg/(m?h)查手冊得SO2在空氣中的擴散系數(shù)為DV=0.108cm2/s=0.039m2/h氣液相平穩(wěn)數(shù)據(jù)由手冊查得，常壓下20℃時SO2在水中的亨利系數(shù)為E=3.55x103kPa相平穩(wěn)常數(shù)為E3.55xE3.55x103101.325=35.04溶解度系數(shù)為溶解度系數(shù)為H=衛(wèi)998.2H=衛(wèi)998.2EM3.55x103x18.2=0.0156kmol/〈Pa?m3)3.2物料衡算進塔氣相摩爾比為0.05 =3.2物料衡算進塔氣相摩爾比為0.05 =0.05261-0.05出塔氣相摩爾比Y2=彳G-甲A)=0.0526x(1-0.95)=0.00263進塔惰性氣相流量2400 273G= 義 x(1一0.05)=進塔惰性氣相流量2400 273G= 義 x(1一0.05)=94.84kmol/h22.4273+20(L) 0.0526一0.00263_QQ==33.29最小液氣比 1GJmm0.0526/35.04-0—=1.5(—] =1.5x33.29=49.94液氣比G IGJmin因此—=49.94x94.84=4736.31kmol/h由 G(y-Y2)=L(X1一X2)得 X1=99.58x0.0526-0.00263八 =0.0014976.033.3塔徑運算塔徑的運算采納Eckert關(guān)聯(lián)圖運算泛點氣速氣相質(zhì)量流量為\=2400x1.277=3064.8kg/h液相質(zhì)量流量為\=4736.31x18.02=85348.31kg/hEckert關(guān)聯(lián)圖得橫坐標為PVPL斗585348.31(1.277 x3064.81998.2J=0.996查圖5-21得u。WP,,FF V-日2=0.0225gPLL差表5-11得。=170m-1F u=跡亙:=，:0.0225x9.81x998.2=1.007m/sF丫。WPN2 1170x1x1.277x10.2取u=0.7uF=0.7x1.007=0.7052m/s

4V ,4x2400/3600S= =1.097m冗u33.14x0.7052圓整塔徑，取D=L2m3.3.2泛點率校核:2400/3600=0.59m=0.59m/s0.785x1.22上=義59x100%=58.6%(50%?85%為經(jīng)驗值，所以在允許范圍內(nèi))uF1.007填料規(guī)格校核:D_D_1200~d-=31.58>8液體噴淋密度得校核:填料表面的潤濕狀況是傳質(zhì)的基礎(chǔ)，為保持良好的傳質(zhì)性能，每種填料應堅持一定的液體潤濕速率〔或噴淋密度〕。依Morris等舉薦，d<75mm的環(huán)形及其它填料的最小潤濕速率〔%〕min為0.08m3/(m2?h)最小噴淋密度Ui=(L).xa=0.08x132.5=10.6m3/(m2.h)〃85348.31/998.2U= =75.64>U噴淋密度 0.785x12 min經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1200mm合理。填料層高度的運算傳質(zhì)單元數(shù)的運算Y*=mX=35.04x0.001=0.03504Y*=mX2=0S=脫吸因數(shù)mV35.04*99.584973.03=0.702=lnG—S)彳—丫2*+S氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG1-SL Y2—Y2*1^702ln(1—0.702)0.0526—0+0.702=1^702ln0.00263-0傳質(zhì)單元高度的運算氣相總傳質(zhì)單元高度采納修正的恩田關(guān)聯(lián)式運算:aw焉二I一3.aw焉二I一3.45o coLA0.75AU

L-

a旦、0.1A0.2又o=33dyn/cm=427680kg/h2液體質(zhì)量通量85348.310.785義1.22=75502.75kg/(m3-h)85348.310.785義1.22=75502.75kg/(m3-h)=1-exp-1.45x427680)。75(75502.7510」(75502.752x132.5Y。0"75502.752、0.2aw 一氣膜吸取系數(shù)k940896)k132.5x3.6k998.2X1.27x108)k998.2x940896x132.5)=0.605、0.7,kG=0.237aDrT又氣體質(zhì)量通量2400x1.270.785x1.222400x1.270.785x1.22=2711.25kg/(m2-h)=0.237x(k132.5x0.065)(0.065)1/3(132.5x0.039)

k1.277x0.039)k8.314x293)=0.03077kmol/液膜吸取系數(shù)(U 、2/3k=0.0095—lk%NL(U 、2/3k=0.0095—lk%NL)LkplDlA-1/27=0.0095x75502.75 )2/33.6-1/2(3.6x1.27x1081k0.605x132.5x3.6)k998.2x5.29x10-6) (998.2 )1/3=1.135m/hka=ka①1.1由GGw查表5-4得中=L45那么ka=ka①1.1=0.03077x0.605x132.5x1.451.1=3.712kmol/(m3?h?kPa)ka=ka甲0.4=1.135x0.605x132.5x1,450.4=105.563/h上=58.6%>50%uF1.41+1+9.5-0.5)=1+=1+9.5x(0.586-0.5),42.2x3.712=4.849kmol/(m3?h?kPa)1+1+2.6-0.5)=1=1+2.6(0.586-0.5、,2x105.563=106.806/hKa=—j ;-G1 1 + 那么k；a HkL'a那么=1.240kmol/(m3?h?kPa) + 4.8490.0156x106.806HOG由KYaQKGaPQ94.841.240x101.325x6.364=0.668m填料層高度的運算由Z=H0GNog=0.668x6.364=4.251m得Z'=1.3x4.251=5.526m設(shè)計取填料層高度為Z、=5.6mh一一二8?15,h=6m查表5-16,關(guān)于階梯環(huán)填料，建議分段高度得條件為D max取D=9,那么h=9x1200二10800mm運算得填料層高度為560mm，故不需分段。填料塔附屬高度的運算塔的附屬高度要緊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1.2m〔包括除沫器高度〕。設(shè)塔定液相停留時刻為10s，那么塔釜液所占空間高度為10x85348.310/(3600x998.2)八中, =0.21m0.785x1.22考慮到氣相接管的空間高度,底部空間高度取為0.5米,那么塔的附屬空間高度能夠取為1.7m。吸取塔的總高度為7.3m.液體分布器運算液體分布器可分為初始分布器和再分布器，初始分布器設(shè)置于填料塔內(nèi)，用于將塔頂液體平均的分布在填料表面上，初始分布器的好壞對填料塔效率阻礙專門大，分布器的設(shè)計不當，液體預分布不均，填料層的有效濕面積減小而偏流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象增加，即使填料性能再好也專門難得到中意的分離成效。因而液體分布器的設(shè)計十分重要。專門關(guān)于大直徑低填料層的填料塔，專門需要性能良好的液體分布器。液體分布器的性能要緊由分布器的布液點密度〔即單位面積上的布液點數(shù)〕，各布液點平均性，各布液點上液相組成的平均性決定，設(shè)計液體分布器要緊是決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。對液體分布器的選型和設(shè)計，一樣要求：液體分布要平均；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。液體分布器的種類較多，有多種不同的分類方法，一樣多以液體流淌的推動力或按結(jié)構(gòu)形式分。假設(shè)按流淌推動力可分為重力式和壓力式，假設(shè)按結(jié)構(gòu)形式可分為多孔型和溢流型。其中，多孔型液體分布器又可分為：蓮蓬式噴灑器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和雙排管式多孔型分布器等。溢流型液體分布器又可分為：溢流盤式液體分布器和溢流槽式液體分布器。依照本吸取的要求和物系的性質(zhì)可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數(shù)應應依所用填料所需的質(zhì)量分布要求決定，噴淋點密度應遵循填料的效率越所需的噴淋點密度越大這一規(guī)律[11。液體分布器的選型該吸取塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較小，應選用槽式液體分布器。布液孔數(shù)的運算按Eckert建議值，D之1200時，噴淋點密度為42點/m2，因該塔液相負荷較大，設(shè)計取噴淋點密度為120點/m2布液點數(shù)為n=0.785義1.22義120=135.6氏136點八、、按分布點幾何平均與流量平均的原那么，進行布點設(shè)計。設(shè)計結(jié)果為：二級槽共七道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為80mm，槽高度為210mm，兩槽中心距為160mm。分布點采納三角形排列，實際設(shè)計布點數(shù)n=132點。布液運算。=0.58,AH。=0.58,AH=160mm兀=rrdn0%,，2g△H/2404L 產(chǎn)LSd04 4x85348.31/(998.2x3600)11/2 ：13.14x136x0.58x，2x9.81x0.16)=0.015設(shè)計取d0=15mm其他附屬塔內(nèi)件的選擇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內(nèi)液體的重量，同時保證氣液兩相順利通過。支承假設(shè)設(shè)計不當，填料塔的液泛可能第一發(fā)生在支承板上。為使氣體能順利通過，關(guān)于一般填料塔，支承件上的流體通過的自由截面積為填料面的50%以上，且應大于填料的間隙率。此外，應考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，因此設(shè)計時應取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承裝置本身對塔內(nèi)氣液的流淌狀態(tài)也會產(chǎn)生阻礙，因此作為填料支承裝置，除考慮其對流體流淌的阻礙外，一樣情形下填料支承裝置應滿足如下要求：〔1〕足夠的強度和剛度，以支持填料及所持液體的重量〔持液量〕，并考慮填料間隙中的持液量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動，機械震動，溫度波動等因素。足夠的開孔率〔一樣要大于填料的間隙率〕，以防止第一在支撐處發(fā)生液泛；為使氣體能順利通過，關(guān)于一般填料塔，支承件上的流體通過的自由截面積為填料面的50%以上，且應大于填料的間隙率。此外，應考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，因此設(shè)計時應取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強降，降低效率，甚至形成液泛［12］。結(jié)構(gòu)上應有利于氣液相的平均分布，同時不至于產(chǎn)生較大的阻力〔一樣阻力不大于20Pa〕；結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造安裝和修理。要有一定的耐腐蝕性。因梁型氣體噴射式支承板可提供超過90%的自由截面，保證氣體通量大，阻力小，應選用梁型噴射式支承板。支持板外徑1116mm，分塊數(shù)4,支承圈寬度50，支承圈厚度10，近似重量400N.填料壓緊裝置為保證填料塔在工作狀態(tài)下填料床能夠穩(wěn)固，防止高氣相負荷或負荷突然變動時填料層發(fā)生松動，破壞填料層結(jié)構(gòu)，甚至造成填料缺失，必須在填料層頂部設(shè)置填料限定裝置。填料限定可分為類：一類是將放置于填料上端，僅靠自身重力將填料壓緊的填料限定裝置，稱為填料壓板；一類是將填料限定在塔壁上，稱為床層限定板。填料壓板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料發(fā)生移動撞擊，造成填料破裂。床層限定板多用于金屬和塑料填料，以防止由于填料層膨脹，改變其開始堆積狀態(tài)而造成的流體分布不平均的現(xiàn)象。一樣要求壓板和限制板自由截面分率大于70%［5］。本任務由于使用聚丙烯填料，應選用床層限定板。塔頂除霧器由于氣體在塔頂離開填料塔時，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液相，經(jīng)常需要在頂設(shè)置除沫器。常用的除沫器有以下幾種：折流板式除沫器，它是一種利用慣性使液滴得以分離的裝置，一樣在小塔中使用。旋流板式除沫器，由幾塊固定的旋流板片組成，氣體通過時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，造成一個離心力場，液滴在離心力作用下，向塔壁運動實現(xiàn)了氣液分離。適用于大塔徑凈化要求高的場合。絲網(wǎng)除沫器，它由金屬絲卷成高度為100-150的盤狀使用。安裝方式多種多樣，氣體通過除霧沫器的壓強降約為120-250Kp，絲網(wǎng)除沫器的直徑由氣體通過絲網(wǎng)的最大氣速決定［14］。依照本吸取特點及要求，本吸取操作選用金屬絲網(wǎng)除沫器。絲網(wǎng)除霧器的設(shè)計運算如下：u=K：PL；PG=Z79m/s D:弘=''4x0.67=0.55m\PG 直徑r\冗u 3.14x2.79吸取塔的流體力學參數(shù)運算.1吸取塔的壓力降氣體通過填料塔的壓強降，對填料塔阻礙較大。假如氣體通過填料塔的壓強降大，那么操作過程的消耗動力大，專門是負壓操作更是如此，這將增加塔的操作費用。氣體通過填料塔的壓力降要緊包括氣體進入填料的進口及出口壓力降，液體分布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?！?〕填料層壓降的運算能夠利用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖運算壓強降；橫坐標為3.P89614 .1.279—l~ ^二 x =0.9963gppg 3223.08T998.2又查表5-18得，力P=116m-1縱坐標u納p①y 02_0.592x116x1.277x10.2_0gp 從J― 9.81x998.2 ―L查圖5-18得AP/Z=117.72Pa/m填料層壓降為AP=117.72x5.6=659.23Pa〔2〕氣體進出口壓力降氣體出口壓降取接管內(nèi)徑250mm2400/3600=13.7m/s=13.7m/s0.785x0.2521 1 1r- _ ……AP——Pu2——x1.277x13.72=119.84Pa那么進口壓降為12 2AP=1AP=0.5x119.84=59.92Pa出口壓降221〔3〕其它塔內(nèi)件的壓力降降A(chǔ)P較小，在此可忽略因此總壓為P=AP+AP+AP2=659.23+119.84+59.92=838.99Pa

3.8.2吸取塔的泛點率0.59 ? ?-x100%=58.6%泛點率校核UF1.007 1承諾范疇內(nèi)〕3.8.3泛點率校核UFF-u.pT=0.59x<1.277-0.667[m/s(kg/m3)0.5]氣體動能因子在常用的范疇內(nèi)。3.9附屬設(shè)備的運算與選擇離心泵的選擇與運算取液體流速為u=2.0m/s-0.123m-123mm內(nèi)徑為125mmd=0.0188130.5u一0.5p-0.5=0.01881X85348.310.5-0.123m-123mm內(nèi)徑為125mmL據(jù)根管材規(guī)范，該直徑d應該選0133mmx4.°mm熱軋無縫鋼管，實際流速4x0.024 …,u =1.96m/s3.14x0.1252原料泵的選擇APAu2H=AZ+——+——+壓頭 pg 2g又AZ=5.6mK 838.99Pa_dup_0.125x_dup_0.125x1.96x998.20.001=244559>4000〔湍流〕取管壁絕對粗糙度取管壁絕對粗糙度￡=。，3mm,8/d=0.3/125=0.0024由圖查知九由圖查知九0.024ZHf-巫-0.024xL962x8-0.3m1 2dg 2x0.125x9.81選2個9。彎頭，2個截止閥全開。二(0.75x2+6.4x2)1.962=2.8m2x9.81=*+裝+E用i+EH2=5.6+99^+°?3+2.8=8.8m兀- - - . /_V=—d2u=0.785x0.125x1.96x3600=86.5m3/h流量L4由于本設(shè)計中吸取劑使用的是水，因而，采納清水泵〔可用于輸送各種工業(yè)用水以及物理性質(zhì)、化學性質(zhì)類似于水的其他液體〕既簡單又使用。通過運算可知，吸取塔所要求的壓頭不是專門高，因此采納一般的單級單吸式即可，本設(shè)計中選用的型號為IS125-100-200淇具體參數(shù)如下:轉(zhuǎn)速n/(r/min)流量/m3/h揚程H/m效率丑/%軸功率/kW電機功率/kW必須汽蝕余量(NUSH)r/m質(zhì)量〔泵/底座〕/kg145010012.5764.487.52.5100/66吸取塔要緊接管尺寸選擇與運算氣體管路直徑：氣體進入塔內(nèi)的流速一樣為10?18m/s，常壓塔氣體進出口管速度可取10?20m/s,高壓塔氣速低于此值。為了防止突然擴大引起的壓頭缺失，因此取氣體流速為u=18m/s。d'=0.0188130.5u-0.5p-0.5=0.01881x3064.80.5x1845x1.277-0.5=0.217mV V V據(jù)根管材規(guī)范，取管徑為：0271.6mmx10.8mm，內(nèi)徑為250mmu_4x2400/3600_137m小實際流速U=3.14x0.252=.mS〔2〕液體進口裝置關(guān)于直徑1.5mm以下的塔，管口末端可制成向下的喇叭形擴大口，防止淋下的液體進入管內(nèi)，同時還要使氣體分散平均?！?〕氣體出口裝置氣體的出口裝置，要求既能保證氣體暢通又要盡量除去被夾帶的液沫，在氣體出口前加裝除液沫擋板。當氣體夾帶較多霧滴時，需另裝除沫器〔4〕液體管路直徑取液體流速u_2m/Sd'_0.0188130.5u-0.5p-0.5_0.01881x85348.310.5x2-0.5x998.2-0.5_0.123mL L L

據(jù)根管材規(guī)范，取管徑為：0133mm義4mm，其內(nèi)徑為125mm。〔5〕液體進口裝置液體進口管應直截了當通向噴淋裝置，可選用直管。液體出口裝置為了便于塔內(nèi)液體排放，保證塔內(nèi)有一定液封裝置高度而設(shè)計，并能防止氣體短路。工藝設(shè)計運算結(jié)果匯總與要緊符號說明吸取塔的吸取劑用量運算總表表-1項目符號數(shù)值與計量單位混合氣體處理量V2400m3/h氣液相平穩(wěn)常數(shù)m35.04進塔氣相摩爾比Y1Y20.0526出塔氣相摩爾比0.00263進塔液相摩爾分率X20出塔液相摩爾分率X10.001最小液氣比L/G33.29混合氣體的平均摩爾質(zhì)量M30.706g；m°l混合氣體的平均密度VmP1.277kg.m3吸取劑用量LVm4736.31km°l；h氣相質(zhì)量流量3V3064.8kg/h液相質(zhì)量流量385348.31kg/h塔設(shè)備運算總表表-2L項目符號數(shù)值與計量單位塔徑D1.2m填料層高度h5.6m填料塔上部空間高度h11.2m填料塔下部空間高度h20.5m塔附屬高度h31.7m塔高HA7.3m傳質(zhì)單元高度HOGAT0.668m傳質(zhì)單元數(shù)NOG6.364m布液孔數(shù)n136點AP838.99Pa總壓降f空塔氣速u0.59ms泛點率u;u58,600填料運算總表表-3

項目符號 數(shù)值與計量單位填料直徑泛點填料因子填料臨界表面張力d 38mm① 170m-10 33dyncm要緊符號說明c表-4符號意義 計量單位A吸取因子或填料常數(shù) —atDLD填料的比表面積 m2/m320℃101.3Kpa水中擴散系數(shù) m2:h塔徑 mgG重力加速度 m；s2氣體摩爾流速 kmol：;h或kghhH總HOGKG填料層高度 m塔高 m氣相總傳質(zhì)單元高度 m氣體膜吸取系數(shù) kmol；■,'Am2.h?KPa)KLL液膜吸取系數(shù) kmol%2.h?KPa)液相摩爾流速 kmoVhmNOGAPPAPfuFu相平穩(wěn)常數(shù) —氣相總傳質(zhì)單元數(shù) —壓力降 Pa壓力 Pa吸取塔的總壓力降 Pa泛點氣速 m3/s氣體流速 m3/sVLVs①L①VXY液相體積流量 m3/s氣相體積流量 m3/s液體質(zhì)量流量 kg：s氣體質(zhì)量流量 kg:：s液相中溶質(zhì)的摩爾分數(shù) 一氣相中溶質(zhì)的摩爾分數(shù) 一pLpGu液體密度 kg/m3氣體密度 kg/m3混合氣的粘度 Pa?sNL水的粘度Pa?s￡間隙率%O填料材質(zhì)的臨界表面張力kg；:h2cOL水的表面張力kg；h2aw填料的潤濕比表面積m2/m3①壓降填料因子m-iFP氣體動能因子m..s 4gm3J0-M摩爾質(zhì)量kggkmolY氣相摩爾比E亨利系數(shù)KPH溶解度系數(shù)kmolim3?KPU最小噴淋密度m3.，(m2a?h)(l1T最小潤濕速率m3Mm?h)wminU液體噴淋密度m3/(m?h))?h)U氣體的質(zhì)量通量kg『2GUL液體的質(zhì)量通量kg：;Vm2?h)S脫吸因子〔解吸因子〕n布液點數(shù)點①開孔系A(chǔ)H開孔上方的液位高度md0Ls孔徑m液體流量m3；sf泛點率設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論對吸取單元的操作型設(shè)計與運算，在工業(yè)生產(chǎn)中起著專門重要的作用，要求也專門嚴格，設(shè)計合理與有用性好是必須的。為使化工生產(chǎn)更加便利，操作費用低廉，有些工藝材質(zhì)需要加以改進，如塔填料。同時也要注意相關(guān)附屬設(shè)備的選擇，如選泵，要從多方面考慮，管道的直徑，管中流速，流量等。任務的完成過程是艱辛的，也是歡樂的。艱辛是由于缺少這方面的知識和體會，從一開始的不知所措，到現(xiàn)在數(shù)據(jù)的差不多完成，一路走來是坎坎坷坷。歡樂是因為在這次設(shè)計中，我得到了同學的無限關(guān)心和鼓舞，同時學到了知識，增加了實踐體會。為了能更好的完成本次課程設(shè)計，需要查閱