水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计.docx

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1、吉林化工学院化 工 原 理 课 程 设 计题目 水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计教 学 院 化学与制药工程学院 专业班级 应化0701 学生姓名 学生学号 07220101 指导教师 2009年12月 8 日 化工原理课程设计任务书设计题目：水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计1、设计题目：水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计；矿石焙烧炉送出的气体冷却到20后送入填料塔中，用20清水洗涤除去其中的SO2。入塔的炉气流量为1000m3/h，其中进塔SO2的摩尔分率为0.03，要求SO2的吸收率为99.99。吸收塔为常压操作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变，可近似取为清水的温度。吸收剂的用量为最小用量

2、的1.3倍。2、工艺操作条件：（1） 操作平均压力： 常压（2） 操作温度： t=20（3） 每年生产时间： 7200h3、设计任务：1.完成干燥器的工艺设计与计算（包括塔径与塔高的计算，填料的选取）。 2.绘制吸收系统的工艺流程图，吸收塔的设备条件图。 3.编写该吸收塔的设计说明书。目 录摘 要11绪 论21.1气体吸收的概述21.2 化学工业中，吸收的意义21.3 吸收在工业生产中的应用21.4 影响吸收过程因素的分析32 设计方案42.1吸收剂的选择42.2吸收操作参数的选择42.3 填料层52.3.1 填料的作用52.3.2 填料种类的选择52.3.3 填料规格的选择52.3.4 填料

3、材质的选择52.4 吸收温度的选择63 吸收塔的工艺计算73.1 基础物性数据73.1.1 液相物性数据73.1.2 气相物性数据73.1.3 气液相平衡数据73.2 物料衡算83.3 填料塔的工艺尺寸的计算93.3.1 塔径的计算93.3.2 传质单元高度计算113.3.3 传质单元数的计算143.3.4 填料层高度143.4塔附属高度的计算143.5 填料层压降的计算153.6液体分布器计算.153.6.1 液体分布器153.6.2 布液孔数153.6.3 塔底液体保持管高度.163.7其他附属塔内件的选择.163.7.1 液体分布器163.7.2 液体再分布器173.7.3 填料支撑板1

4、73.7.4 填料压板与床层限制板173.7.5 气体进出口装置与排液装置18附录一 工艺设计计算结果汇总及主要符号说明18参考文献22致 谢233 吸收塔的工艺计算3.1 基础物性数据3.1.1 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。由手册查得，20oC时水的有关物性数据如下： 密度为： 黏度 ：表面张力为：SO2在水中的扩散系数为：DL=1.4710-5cm2/s=5.2910-6m2/h3.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为：混合气体的平均密度为：混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查手册得20oC空气的黏度为：查手册得SO2在空气中的扩散系数为：

5、 D=0.039m2/h 3.1.3 气液相平衡数据由手册查得。常压下20oC时，SO2在水中的亨利系数为： E=3相平衡常数为： m =溶解度系数为：3.2 物料衡算全塔物料衡算图212所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：惰性气体的流量，；L纯吸收剂的流量，；Y1，Y2进出吸收塔气体的摩尔比；X1，X2出塔及进塔液体中溶质物质量的比。注意：本课程设计中塔底截面一律以下标“l”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。进塔气体摩尔比：出塔气体摩尔比：进塔惰性气体的流量： 由设计任务知该吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：对于纯溶剂吸收过程，进塔液

6、相组成为：代入数值，得：取实际液气比为最小液气比的1.3倍，即； 有 得： L =45.55*40.76=1856.72 kmol/h 由，求得吸收液出塔浓度为：3.3 填料塔的工艺尺寸的计算（1） 空塔气速的确定通常由泛点气速来确定空塔操作气速。泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。填料的泛点气速可由Eckert通用关联图查得， 气相质量流量为：液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：Eckert通用关联图的横坐标为：查表得： 取 由 圆整塔径，取泛点率校核：由于泛点附近流体力学性能的不稳定性，一般较难稳定操作，故一般要求泛点

7、率在50%-80%之间，而对于易起泡的物系可低于40%；（在允许范围内）填料规格校核 （在允许范围内）以上式中：泛点气速，； -空塔气速 ；液体密度，；气体密度，；，气液相质量流量，；g重力加速度，9.81；液体黏度，； -填料因子，1/ m；（2） 液体喷淋密度的求法：填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其计算式为：式中：液体喷淋密度，； 液体喷淋量，； 填料塔直径，。为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以表示。对于散装填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算：式中：最小喷淋密度，； 最小润湿速率，； 填料的总比表面积，。

8、最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率:=0.08本次设计选用聚丙烯阶梯环填料，其=132.5，代入数值，得最小喷淋密度为：=0.08最小喷淋密度的校核：求得液体喷淋密度为：所以液体喷淋密度符合要求，即填料塔直径合理。332 传质单元高度计算干填料比表面积为 ，实际操作中润湿的填料比表面积为，由于只有在润湿的填料表面才可能发生气、液传质，故 值具有实际意义。下面介绍计算的恩田（ONDA）公式，该公式为： 式中：单位体积填料层的润湿面积，；填料的总比表面积，；液体表面张力，； 填料上液体铺展开的最大表面张力，； 液体

9、通过空塔截面的质量流速，； ， 液体的粘度，； 液体的密度，；g重力加速度，9.81。查表得：流体质量流量代入数值，得：气膜吸收系数由下式计算：式中： 填料的总比表面积，； 气体通过空塔截面的质量流速，; 气体的粘度，； 气体的密度，；g重力加速度，9.81。气体质量通量为：代入数值： =0.0321 kmol/(m2.h.KPa)液膜传质系数由下式计算：式中：液体的密度，；液体的质量流速ms液相的黏度，；g重力加速度，9.81；液体通过空塔截面的质量流速，；单位体积填料层的润湿面积，；溶质在液相中的扩散系数， 。代入数值得： =1.276m/s由 ，查表得则 则 333传质单元数的计算脱吸因

10、数为： 气相总传质单元数为：334 填料层高度设计取填料层高度为：取 ; 则 计算得填料层高度8000mm，故需要分两段，每段4000mm。3.4塔附属高度的计算塔上部空间高度，可取1.0m，液体在分布器高度约0.5m，若塔底液相停留时间按1min考虑，则塔釜液所占空间高度为：考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取1.0m，所以塔的附属高度为1.0+0.5+1.39+1.0=3.89m则： 塔的总高度为8+3.89=11.89 m,即塔的总高度大约为12 m。3.5 填料层压降的计算在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力

11、形成了填料层的压降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。散装填料的压降可采用Eckert通用关联图计算。计算时，先根据气液负荷及有关物性数据，求出横坐标值，再根据操作空塔系数u及有关物性数据，求出纵坐标值，通过作图得出交点，读出过焦点的等压线数值，即得出每米填料层压降值。式中：空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，；，气液相质量流量，；液体密度，；v气体密度，；液体黏度，；填料因子， ；g重力加速度，9.81 。经查得，=116横坐标：=0.921纵坐标：从Eckert通用关联图中可查得 填料塔压降为：

12、其他塔内件的压力降很小可以忽略，所以填料层压降为863.28 Pa。3.6液体分布器计算3.6.1液体分布器液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点的布液布液均匀性，各布液点上的液相组成的均匀性决定设计液体分布器主要是确定决定这些参数的结构尺寸。为使液体分布器具有较好的分布性能，必须合理确定布液孔数，布液孔数应依所用填料所需的质量要求决定。在通常情况下，满足各种填料质量分布要求的适宜喷淋点见下表，在选择填料的喷淋点密度时应该遵循填料的效率越高，所需的喷淋点密度越大这一规律，依所选用的填料，确定单位面积的喷淋点后，在根据塔的截面积即可求得分布器的布液孔数。Ec

13、kert的散装填料塔分布点密度推荐值：塔径，mm分布点密度，塔截面D=400330D=750170D120042根据物质性质可选用管式液体分布器，取布液点数为 3.6.2布液孔数总布液孔数为3.6.3塔底液体保持管高度液体保持管高度:取布液孔直径为10mm,则液体保持管高度可由式k为孔流系数,其值由小孔液体流动雷诺数决定;在雷诺数大于1000的情况下,可取0.60-0.62,液位高度的确定应和布液孔径协调设计,使各项参数均在一定范围内. 在200mm-500mm之间,符合要求.3.7其他附属塔内件的选择本装置的直径较小可采用简单的进气分布装置,同时排放的净化气体中的液相夹带要求严格,应设除液沫

14、装置,为防止填料由于气流过大而是翻,应在填料上放置一个筛网装置,防止填料上浮.3.7.1液体分布器液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料达到预期分离效果的保证。为此，分布器设计中应注意以下几点：（1）、为保证液体在塔截面上均布，颗粒型（散装）填料的喷淋点数为4080个/m2（环形填料自分布性能差应取高值），此外，为减少壁流效应，喷淋孔的分布应使近塔壁520区域内的液体流量不超过总液量的10。规整填料一般为100200个/喷淋点。（2）、喷淋孔径不宜小于2，以免引起堵塞，孔径也不宜过大，否则液位高度难维持稳定。3.7.1.1多孔型液体分布器多孔型液体分布器系借助

15、孔口以上的液层静压或泵送压力使液体通过小孔注入塔内。3.7.1.2直管式多孔分布器根据直管液量的大小，在直管下方开24排对称小孔，孔径与孔数依液体的流量范围确定，通常取孔径26，孔的总面积与及进液管截面积大致相等，喷雾角根据塔径采用30或45，直管安装在填料层顶部以上约300。此形分布器用于塔径600800，对液体的均布要求不高的场合。根据要求，也可以采用环形管式多孔分布器。3.7.1.3排管式多孔分布器支管上孔径一般为35，孔数依喷淋点要求决定。支管排数、管心距及孔心距依塔径和液体负荷调整。一般每根支管上可开13排小孔，孔中心线与垂直线的夹角可取15、22.5、30或45等，取决于液流达到填

16、料表面时的均布状况。主管与支管直径由送液推动力决定，如用液柱静压送液，中间垂直管和水平主管内的流速为0.20.3m/s，支管流速取为0.150.2m/s；采用泵送液则流速可提高。3.7.2液体再分布器当塔顶喷淋液体沿填料层下流时，存在向塔壁流动的趋势，导致壁流增加。此外，塔体倾斜、保温不良等也会加剧壁流现象。为提高塔的传质效果，当填料层高度与塔径之比超过某一数值时，填料层需分段。在各段填料层之间安设液体再分布器，以收集自伤以填料层来的液体，为下一填料层提供均匀的液体分布。3.7.3填料支撑板填料支撑板用于支撑塔填料及其所特有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及其体均布作用。故要求支撑板上气液

17、流动阻力太大，将影响塔的稳定操作甚至引起塔的液泛。支撑板大体分为两类，一类为气液逆流通过的平板支撑板，板上有筛孔或为栅板式；另一类斯气体喷射型，可分为圆柱升气管式的气体喷射型支撑板和梁式气体喷射型支撑板。平板型支撑板结构简单，但自由截面分率小，且因气液流同时通过板上筛孔或栅缝，故板上存在液位头。气体喷射性支撑板气液分道，即有利于气体的均匀分配，又避免了液体在板上聚集。梁式结构强度好，装卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允许气液负荷较大，其应用日益受到重视。当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时，塔内填料将发生浮动或相互撞击，破坏塔的正常操作甚至损坏填料，为此，一般在填料层顶部设压板或床层限制板

18、。3.7.4填料压板与床层限制板填料压板系藉自身质量压住填料但不致压坏填料；限制板的质量轻，需固定于塔壁上。一般要求压板或限制板自由截面分率大于70。3.7.5气体进出口装置与排液装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500mm直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其它均布气流的装置。气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。最简单的装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采用旋流板除雾器。液体出口装置既

19、要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。常压塔气体进出口管气速可取1020m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口气速可取0.81.5m/s（必要时可加大些）管径依气速决定后，应按标准管规定进行圆整.附录一 工艺设计计算结果汇总及主要符号说明工艺设计计算汇总表序号项目数值备注1混合气体处理量U（m3/h）10002进塔气相摩尔比Y10.02043出塔气相摩比Y20.00002044进塔液相摩尔分率X2（）05出塔液相摩尔分率X1 （）0.000456混合气体平均摩尔质量（）30.287混合气体的平均密度（）1.2578混合气体的粘度（）0.0659吸收剂用量

20、L（）1856.7210气相质量流量（）125711液相质量流量（）33458.0912气相总传质单元数（m）12.8313气相总传质单元高度(m)0.46514空塔气速u (m/s)0.82115泛点气速u(m/s)1.17216泛点率f58.92%17圆整塔径D（m）0.718填料层高Z (m)819填料塔上部高度h (m)1.020填料塔下部高度h (m)1.021塔的附属高度h(m)3.8922塔总高度H 12主要符号说明符号意义单位X 平衡时液相SO2摩尔比Y气相SO2摩尔比y气相SO2摩尔分率液体的质量流量气体的质量流量，气体密度Z填料层高度，mV惰性气相流量溶剂的摩尔流率Y气相中

21、溶质的比摩尔分率；X液相中溶质的比摩尔分率。最小喷淋密度润湿率D填料塔直径气体的体积流量空塔气速液泛气速重力加速度液相传质系数溶质在液相中的传质系数；气相传质系数T气体温度KDV溶质在气体中的扩散系数气体黏度气相质量流速u孔塔气速m/sUV，UL气体和液体的质量通量液体的密度溶质在气体和液体中的扩散系数R气体常数液体黏度填料的总比表面积填料的润湿比表面积填料因子g重力加速度液体的表面张力填料材质的临界表面张力液体的质量流速h填料层高度m参考文献1化工原理下册，陈敏恒等.化学工业出版社出版，2006年，第1页2化工制图，张淑荣、王守发.延边大学出版社，1979年，第82页3化工原理课程设计指导书

22、，贾绍义、柴诚敬.天津大学出版社，2002年，第134-154页4化工单元过程及设备课程设计，匡国柱、史启才.化学工业出版社，2002年，第252页5化工原理课程学习指导，柴诚敬、王军等.天津大学出版社，2005年，第190页6化工原理课程学习指导与训练，张鹏、曾庆荣等.吉林人民出版社，2004年，第123页7化工原理，陈敏恒、丛德滋、放图南、齐鸣斋等。化学工业出版社，2006年，第八章，第十章致 谢这次课程设计经过两周的时间得以完成，主要包括目录、绪论、设计方案、吸收塔的工艺计算等内容，主要通过上网搜集资料、查找统计文献、数据的整合计算、文字的筛选以及上机调试等部分组成，在此基础上形成了该课

23、程设计的基础框架，最后由本人加以总结整合，提出了相关设计方案，具体内容在课程设计各章节有所体现。 本次课程设计让我取得了很多收获。首先，通过课程设计资料的搜索以及对数据的计算中，让我对化工原理有了更加清晰、更加深刻的认识，课程设计本身的完成过程，其实也是自己对化工原理轮廓的理解，对内容的把握的过程，这样可以更加丰富的了解了化工原理的全貌，对自己的专业知识学习也更加深刻，不在流于表面.其次，通过本次课程设计提高了我的逻辑思维能力以及对材料的整合和筛选能力，这对于我今后的研究和学习有很大的帮助，通过了整个课程设计方案的描述，让我更加全面的拓宽自己的思考能力。再次，课程设计让我更加重视实践，重视对实

24、际工作的关注，有利于提高我理论联系实际的能力。通过这次学习，我知道了如何去自觉学习，如何去体验实践的成果，如何在实践中后享受胜利的喜悦。最后，对于我来说，独自完成课程设计是相当困难的，它的完成与老师和同学的合作是密不可分的，在共同的努力中我感受到了团队的合作力量，团队的温暖，工作的同时也增进了我们的友谊，我想我们每个人都会为我们共同努力的汗水所骄傲和自豪。但是，课程设计的完成并不代表我自身学习的终止，在完成过程中我发现自己有很多缺点不足。如：课程设计中的电脑AUTOCAD做图部分对自己来讲十分困难，另外，大量的内容也暴露出自己知识面窄，对实践活动的能力不强等诸多问题，我想困难和挑战才是激发自己前进的动力，自己也将会在今后的学习和生活中 ，劈荆斩浪，挑战自我。 化工原理课程设计的完成对我来说有深刻的意义，我衷心感谢刘放老师的指导以及与我合作共同学习的同学，是你们带给我收获，带给我快乐！教 师 评 语指导教师评语成绩指导教师时间