水吸收二氧化硫课程设计.doc

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1、化工原理课程设计目 录 第一章 概 论31.1设计示例31.2技术来源31.3设计任务及要求41.4设计方案简介4第二章 设计计算42.1方案的确定42.2填料的选择5第三章 基础物性数据53.1液相物性数据53.2气相物性数据63.3气液相平衡数据6第四章 物料衡算74.1吸收剂流量的确定74.2出塔液相摩尔比的计算7第五章 塔径的计算85.1泛点气速的计算85.2圆整塔径105.3泛点率校核，填料规格校核等验证10第六章 填料层高度计算116.1气相总传质单元数的计算116.2 气相总传质单元高度的计算：116.3填料层高度的计算136.4填料层分段的确定14第七章 填料层压降的计算14第

2、八章 填料分布器的简要设计158.1液体分布器的造型158.2分布点密度计算168.3布液计算17填料塔设计计算结果汇总表19设计感想21参考文献22 第一章 概 论 液体吸收过程是在塔内进行的。塔设备的基本功能在于提供气液两相以充分接触的机会，使传质，传热这两种传递过程能够迅速有效地进行，还要能使接触之后的气液两相及时分开，互不夹带。 目前工业生产中，当处理量大时，多采用板塔式，而当处理量较小时，多采用填料塔，吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 填料塔内装有各种形式的固体填充物，即物料。液相内塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压力推动下穿过填料的间隙，由塔

3、内的一端流向另一端。气，液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续变化。 填料塔的类型很多，其设计的原则大体相同。一般来说，填料塔的设计步骤如下：a. 根据设计任务和工艺要求，确定设计方案。b. 根据设计任务和工艺要求，合理地选择填料。c. 确定塔径，填料层高度等工艺尺寸。d. 进行填料层的压降。e. 进行填料塔内的设计与选型。1.1设计示例 矿石焙烧炉送出的气体冷却到25后送入填料塔中，用20清水洗涤以除去其中的，入塔的炉气流量为2000，其中的摩尔分率为0.07，要求吸收率为95%，吸收塔为常压操作，固该过程液气比很大，吸收温度基本不变。可近似取为清水的温度。 设计条件如下：操作压力：

4、101.3（常压）操作温度：近似取为清水的温度20填料：自选建厂地区：淮安1.2技术来源 目前，吸收塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，但是，严格计算对于填料吸收塔是最常采用的，我此次所作的设计也是采用严格计算法。1.3设计任务及要求 原料：-空气混合物 的含量0.07（摩尔分率）：清水 设计要求：塔顶混合气体排出时，的吸收率达到95%。 混合气体处理量为20001.4设计方案简介 本次设计任务为水吸收空气混合物中的，对于的吸收采用逆流操作的吸收流程。第二章 设计计算 2.1方案的确定 用水吸收属于中等溶解度的吸收过程，为了提高传质效率，应采用气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进

5、入由塔底排出的逆流吸收过程。 2.1.1装置流程的确定 2.1.2吸收剂的选择 本次任务要求用水作为吸收剂，且不作为产品，故应采用纯溶剂作为吸收剂。 2.1.3操作温度与压力的测定 在吸收要求用20水吸收25气相，因该过程气液比很大，吸收温度基本不变，可近似取清水的温度20作为操作温度。 吸收塔为常压操作，选择标准大气压101.3kp。 2.2填料的选择 填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。 2.2.1填料类型的选择 对于水吸收的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。 在塑料散装填料中，塑料阶

6、梯环填料的综合性能较好，故此选用阶梯环填料。 阶梯环填料高径比较小，减小了气体通过填料层的阻力，而锥形翻边的特点，不仅增加了它的机械强度，同时可以促进液膜表面的更新，有利于传质效率的提高。 2.2.2填料规格的选择 同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多，而大尺寸的填料，应用于小直径塔中又会产生液体分布不良及严重壁流，使塔的分离效率降低。因此，综合考虑，在工业塔常用的几种规格（25 16 38 50 76）中选用适中的38规格。 2.2.3填料材质的选择 本次任务中操作温度为20且吸收剂吸收气体后是一般的无机酸，所以选用塑料填料，而且塑料填料质轻，价廉，不易

7、破碎。又由于操作温度在0以上，所以聚丙烯填料成为首选。因此，填料选用聚丙烯材质的塑料填料。 综上所述，此次任务应选用38聚丙烯阶梯环填料。 第三章 基础物性数据 3.1液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据，由资料查得20水的有关物性数据如下： 密度 =998.2 粘度 =0.001=3.6 表面张力 =72.6dyn/cm=940896 在水中扩散系数 = 3.2气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为： =0.0764.06+0.9329=31.45 混合气体的平均密度为： =1.286混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查表得20空气的粘度为：=0.065查表

8、得在空气扩散系数为：=0.108=0.039 3.3气液相平衡数据 查表得，常压下20时在水中的亨利系数为： E=3.55 相平衡常数为： m=35.04 溶解度系数为： H=0.0156kmol/()第四章 物料衡算 4.1吸收剂流量的确定 进塔气相摩尔比为： 出塔气相摩尔比为 进塔惰性气体流量比为： 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下列式子计算，即： 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 取操作液气比为： 4.2出塔液相摩尔比的计算 全塔物料衡算式： 则：第五章 塔径的计算5.1泛点气速的计算 本次任务采用Ecket通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为： 液相质量流量可

9、近似按纯水的流量计算，即： =3545.6218.02=63892.07 kg/h Ecket通用关联图的横坐标为： 图中u空塔气速，m /s；湿填料因子，简称填料因子，1 /m；水的密度和液体的密度之比；g重力加速度，9.81m /；V、L分别为气体和液体的密度，kg /；、分别为气体和液体的质量流量，kg /s。此图适用于乱堆的颗粒形填料，如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等，其上还绘制了整砌拉西环和弦栅填料两种规整填料的泛点曲线。对于其他填料，尚无可靠的填料因子数据。查下表得出38塑料阶梯环的散装填料泛点填料因子平均值填料类型填料规格DN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔

10、环410117160金属环矩鞍170150135120金属阶梯环160140塑料鲍尔环55028018414092塑料阶梯环260170127瓷矩鞍1100550200226瓷拉西环1300832600410 =170 5.2圆整塔径取 由 m常用的标准塔径有400mm、500mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、2000mm、2200mm等。所以 圆整塔径后，取D=1.0m。 5.3泛点率校核，填料规格校核等验证 a泛点率校核： 因为填料塔的适宜空塔气速一般取泛点气速的50%-80%，泛点率值在允许范围内。b.填料塔规格校核： （在允许范围之内

11、）c.液体喷淋密度校核：对于直径不超过75mm的散装填料，取最小润湿速率为 对于38塑料阶梯环可查得填料的总比表面积为： 经以上校核可知，填料塔直径选用D=1000mm合理。第六章 填料层高度计算 6.1气相总传质单元数的计算 脱吸因数为: 气相总传质单元数为 6.2 气相总传质单元高度的计算： 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： 由表查得聚丙烯材质临界表面张力为： 液体质量通量为 a. 由=0.62则=0.62=0.62132.5=82.15b. 气膜吸收系数可由下式计算： 气体质量通量为： c.液膜吸收系数由下式计算： 常见填料塔的形状系数填料类型球形棒形拉西环弧鞍开孔环值0.7

12、20.7511.191.45d.由 由上表得 ，需选用下面的关系式对气膜和液膜系数进行校核修正。 修正结果：由 e.气相总传质单元高度为： 6.3填料层高度的计算 考虑恩田公式的最大误差，为了安全取设计填料层高度为 设计取填料层高度为=6m 6.4填料层分段的确定h/DHmax/m拉西环2.54矩鞍586鲍尔环5106阶梯环8156环矩鞍5156在填料塔计过程中，对于阶梯环填料，取，则 8000mm6000mm hz 故不需分段第七章 填料层压降的计算采用Eckert通用关联图计算 横坐标为 填料类型填料因子, 1/m DN16 DN25 DN38 DN50DN76金属鲍尔环306-11498

13、-金属环矩鞍-13893.47136金属阶梯环-11882-塑料鲍尔环34323211412562塑料阶梯环-17611689-瓷矩鞍环700215140160-瓷拉西环1050576450288-由表得，纵坐标为查Eckert通用关联图，得/Z=189.81=176.586Pa/s填料层压降为 =176.586=1059.48 Pa 第八章 填料分布器的简要设计 液体的初始分布十分重要，为使液体的初始分布均可，需要设置液体分布装置。液体分布装置的种类多样，工业上应用较多的有管式，槽式及槽盘式等。 8.1液体分布器的造型 a.管式分布器是由不同结构型式的开孔管制成的，有排管式，环管式等不同形状

14、。其突出的特点是结构简单。供气体流过的自由截面大，阻力小，但小孔易堵塞，弹性一般较小。管式液体分布器使用非常广泛，多用于中等以下液体负荷的填料塔中。在减压精馏及丝网波纹填料塔中。由于液体负荷较小，故常用之。管式分布器根据液体负荷情况，可以作成单排或双排。 b.槽式分布器通常是由分流槽（又称主槽或一级槽），分布槽（又称副槽或二级槽）构成的。一级槽通过槽底开孔将液体初分成若干流股，分别流入其下方的液体分布槽。分布槽的槽底（或槽壁）上设有孔道（或导管），将液体均匀分布于填料层上，槽式液体分布器具有较大的操作弹性和极好抗污堵性，特别适合于大气液负荷及含有固体悬浮物，粘度大的液体的分离场合。由于槽式分布

15、器具有优良的分布性和抗污性能，应用范围十分广泛。 c.槽盘式分布器使近年开发的新型液体分布器，该分布器兼有集液，分液及分气三种作用，结构紧凑，操作弹性高达10:1.气液分布均可，阻力较小，特别适用于易发生夹带，堵塞的场合。 综上所述，由于该吸收塔液相相负荷较大。而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。 8.2分布点密度计算 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值 塔径,mm分布点密度,点/ m2塔截面D=400330D=750170D120042 按上表的建议值，当D=750时，喷淋点密度为170点/，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为160点/。布液点数为： n=点 按分布点几何均匀

16、与流量均匀的原则进行分布设计。 设计结果为：二级槽共设设计结果为：二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽度为80mm ，槽高度为210mm 。两槽中心矩为160mm布液点示意图 8.3布液计算取 由 设计取=13mm。填料塔设计计算结果汇总表序数 项目（单位） 数值1 ;20水的密度；kg/ 998.22 0.0013 9408964 5 31.456 1.2867 8 0.1089 3.5510 35.0411 0.015612 76.0713 3545.6214 257215 63892.0716 17017 0.97018 1.019 0.7120 0.0821 9.8122 123 73.

17、20%24 10.625 132.526 81.5427 0.75228 7.02629 42768030 1981.1631 81391.232 8.31433 82.1534 1.4535 0.02536 1.187 37 0.6338 639 11640 1059.4841 16042 13 43 101.344 2045 0.646 + 0.16设计感想本次课程设计是在学习完化工原理及化工原理实验进行的，是对化学工程的过程设计及设备的选择的一个深层次的锻炼，也是对实际操作的一个加深理解。在设计过程中遇到的问题主要有：（1）未知条件的选取；(2)文献检索的能力；（3）对吸收过程的理解和计

18、算理论的运用；（4）对实际操作过程中设备的选择和条件的最优化；（5）对工艺流程图的理解以及绘制简单的流程图和设备结构；（6）还有一些其他的问题，例如计算的准确度等等。当然，在本次设计中也为自己再次重新的复习化工这门学科提供了一个动力，对化工设计过程中所遇到的问题也有了一个更深的理解。理论和实际的结合也是本次设计的重点，为日后从事相关工作打下了一定的基础。 参考文献1.柴诚敬，贾绍义，张凤生等化工原理下册；高等教育出版社；2009年2.贾绍义，柴诚敬等化工传质与分离过程；北京化学工业出版社；2001年3.柴诚敬化工原理课程设计；天津：天津科学技术出版社；1994年4.姚玉英等化工原理下册；天津：天津大学出版社；1999年5.伍国柱，史启才等化工单元过程及设备课程设计；北京化学工业出版社；2002年6.化学工程手册编辑委员会，化学工程手册气液传质设备；北京化学工业出版社；1989年7.刘乃鸿等工业塔新型规整填料应用手册；天津大学出版社；1993年8.王树楹等现代填料塔技术手册；北京化学工业出版社；1998年9.徐崇嗣等填料塔产品及技术手册；北京化学工业出版社；1995年10.兰州石油机械研究所，现代塔器技术；北京烃加工出版社；1990年11.魏兆灿等塔设备设计；上海科学技术出版社；1989年第 二十一 页