SO2气体填料吸收塔的设计.doc
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1、 目录 一、设计任务总概1.1吸收的定义1.2吸收的目的1.3填料吸收塔简介二设计方案简介2.1方案的确 定42.2填料的类型 与选择2.3设计步骤4三、工艺计算3.1基础物性数据.43.1.1液相物性数据3.1.2气相物性数据3.1.3气液相平衡数据3.1.4物料衡算3.2填料塔的工艺尺寸的计算3.2.1塔径的计算3.2.2填料层高度计算3.2.3填料层压降计算四、辅助设备的计算及选型1.除雾 沫器2.液体分布器简要设计3.液体再分布器升气管式液体再分布器4.填料支承装置5.填料限定装置6.气体和液体的进出口装置五、设计结果汇总六、主要符号说明七、参考文献八、结语 化工原理课程设计任务书 一
2、、设计任务:设计一台SO 气体填料吸收塔2二、设计条件:生产能力:2000Nm3/h 空气和SO 混合气2混合气中SO 组成(体积分数):10%2排放含量: 0.16%操作方式:连续操作操作温度:20操作压力:常压吸收剂:清水平衡线方程:y=66.76676x1.15237三、设计容1.设计方案和流程的选择;2.填料的选择;3.填料塔塔径、塔高及压降的计算;4.附属装置的选型和设计。四、设计基础数据:参考教材及参考资料。五、设计成果:1.设计说明书一份; 2.调料吸收塔工艺条件图(2#图幅)六、设计时间安排:1.查阅资料、设计方案:一天2.设计计算:三天3.图纸绘制:一天4.设计整理:半天一
3、设计任务总概 1.1.吸收的定义吸收是分离气体混合物的单元操作,其分离原理是利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来实现不同气体的分离。一个完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。气体吸收过程是利用气体混合物中,各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异,在气液两相接触时发生传质,实现气液混合物的分离。1.2吸收的目的在化工生产过程中,原料气的净化,气体产品的精制,治理有害气体,保护环境等方面都广泛应用到气体吸收过程。本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用料填吸收塔的方法处理含有二氧化硫的混合物,使其达到排放标准,采用料填吸收塔吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面
4、具有良好的湍流状况,从而使吸收易于进行,料填塔有通量大,阻力小,压降低,操作弹性大,塔持液量小,耐腐蚀,结构简单,分离效率高等优点,从而使吸收操作过程 节省大量人力和物力。 在设计中,以水吸收混合气中的二氧化硫,在给定的操作条件下对填料吸收塔进行物料衡算。本次设计包括设计方案的选取、主要设备的工艺设计计算-物料衡算、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、工艺流程图、主要设备的工艺条件图等容。1.3填料吸收塔简介在化学工业中,吸收操作广泛应用于石油炼制,石油化工中分离气体混合物,原料气的精制及从废气回收有用组分或去除有害组分等。吸收操作中以填料吸收塔生产能力大,分离效率高,压力降小,操作弹性大和持
5、液量小等优点而被广泛应用。二 设计方案简介2.1方案的确定用水吸收SO 属中等溶解度的吸收过程,为提高传质效率,选用逆流吸收流程。2因用水作为吸收剂,且SO 不作为产品,故采用纯溶剂。22.2填料的类型与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元素,因此,填料的选择是填料塔设计的重要环节。散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔,又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点的不同,又可分为环形填料,鞍形填料,环鞍形填料及球形填料等。对于水吸收SO 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2料。在塑料散装填料中
6、,塑料阶梯环填料的综合性能较好,故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比,阶梯环高度减少了一半,并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少,使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度,而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主,这样不但增加了填料间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点,可以促进液膜的表面更新,有利于传质效率的提高。阶梯 环的综合性能优于鲍尔环,成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。2.3设计步骤本课程设计从以下几个方面的容来进行设计(一) 吸收塔的物料衡算;(二) 填料塔的工艺尺
7、寸计算;主要包括:塔径,填料层高度及压降;(三) 辅助设备的选型;(四) 绘制有关吸收操作图纸。三 、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,20时水的有关物性数据如下:密度为 =998.2 kg/m 3L粘度为 =0.001 Pas=3.6kg/(mh)L表面力为=72.6 dyn/cm=940896 kg/hL2 SO 在水中的扩散系数为 D =1.4710-5m 2/s=5.2910-6m 2/hL2f( M )0.5T 计算,查化学工程基础)(依Wilke-ChangD=1.85910-18rmV0.63.1.
8、2气相物性数据设进塔混合气体温度为25,混合气体的平均摩尔质量为M =yM =0.164.06+0.929=32.506g/molVm i i混合气体的平均密度为 Vm =PM/RT=101.325 32.506/(8.314293.15)=1.3138kg/ m 3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得20空气的粘度为=1.8110-5Pas=0.065kg/(mh)V查手册得SO 在空气中的扩散系数为2D =0.018cm 2/s=0.039 m2/hVP T0P T-5Pa 时 SO 在空气中的扩散2(依D =D ( )1.75计算,其中273K 时,1.0131000系数为1.2
9、210-5m 2/s,查化学工程基础)3.1.3气液相平衡数据由手册查得,常压下20时SO 在水中的亨利系数为2E=3.55 103 kPa溶解度系数为H=/EM=998.2/4.1310318.02=0.0156kmol/ (kPam 3)3.1.4物料衡算(l).进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为101.3kPa,故:273.15 1混合气量) =83.19kmol h2000(273.15+20 22.4混合气SO 2中量83.190.18.319 kmolh8.31964.06=532.921kg h设混合气中惰性气体为空气,则混合气中空气量83.19-8.31974.87k
10、molh74.87292171.26kg h (2)混合气进出塔的摩尔组成8.319(1-0.984)y =0.0017774.87+8.319(1-0.984)2(3)混合气进出塔摩尔比组成进塔气相摩尔比为Y = y = 0.1 =0.1111-y 1-0.111出塔气相摩尔比为jY =Y (1- )=0.11(1-0.984)=0.0017621A(4)出塔混合气量出塔混合气量=74.87+8.3190.0016=74.8833kmol/h=2171.26+532.92 0.0016=2172.11kg/h(5)吸收剂(水)的用量L该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式
11、计算(L) =Y -Y12YVmin1m-X2对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为X2 =0L 0.11-0.00176=30.47( ) =V3550-0min取操作液气比为L L=1.4( )V VL =1.430.47=42.66VminL=42.6674.87=3194.10 kmol/h(6)塔底吸收液组成X1V(Y -Y )=L(X -X )1212 X =74.87(0.11-0.00176) =0.002543194.1013.2填料塔的工艺尺寸的计算3.2.1塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速。气相质量流量为w =2000 1.3514=2702.8 kg/hv液
12、相质量流量可近似按纯水的流量计算,即W =3194.1018.02=57557.68 kg/hL其中: =998.2kg/m 3L=1.3287 kg/m 3V g =9.81 m/s2=1.27108 m/h 2W =2702.8kg/hVW =57557.68 kg/hL =0.00100PasL(1)采用Ecekert 通用关联图法计算泛点气速u通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下: F。填料塔泛点和压降的通用关联图(引自化工原理) u上图中 空塔气速,m /s;0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,m /s2; V、 L分别为气体和液体的密度,k
13、g /m 3;w V、w L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。 Eckert通用关联图的横坐标为rww57557.68 1.3514( )0.5=0.78362702.8 998.2L ( V )0.5=rLV查图一查得纵坐标值为fru2mL( ) 0.2=0.032FVrgL表一 散装填料泛点填料因子平均值填料因子,1/m填料类型DDDDN16 N25 N38 N50 N76D金属鲍尔环410117 160金属环矩鞍170
14、 150 135 120金属阶梯环160 14092塑料鲍尔环550 280 184 140塑料阶梯环260 170 127瓷矩鞍 1100 550 200 226瓷拉西环 1300 832 600 410 ( 化工原理课程设计附录十一)查得:f=170m -1F0.032gr0.0329.81998.2=1.1679m /su =F=Lfyrm0.217011.35141.00.2FVL(2)操作气速由以下公式计算塔径:(化工原理课程设计)D = 4VS对于散装填料,其泛点率的经验值为 u/u =0.50.85puFu u取 =0. 7 =0.71.1679=0.8175m/sF(3)塔径4
15、V 42000/3600 =0.931m由D = =Spu 3.140.8175D圆整塔径,取 =l.0m。(4)泛点率校核:u=2000/3600 =0.707m /s0.7851.02u =0.707100% =60.60%(在允许范围内)u 1.1679F(5)填料规格校核:D 1000= =26.328d 38(6)液体喷淋密度校核:取最小润湿速率为L( w )min=0.08 m 3/mh 查填料手册得a塑料阶梯环比表面积 t=132.5m 2/m 3aU Lmin= ( w )min t=0.08132.5=10.6m 3/ m2hU =57557.68/998.2=73.45m3
16、/m 2hU0.7851.02minD经以上校核可知,填料塔直径选用 =1000mm 合理。3.2.2填料层高度计算(1)传质单元数N OG由平衡关系式可知平衡线为曲线,故采用数值积分法YXY*1/Y-Y*568.18128.5378.3858.0748.4139.6534.6130.9129.7225.750.001760.012580.023400.034230.045050.058800.066700.077580.088350.09917000.0002540.0005070.0007610.0010140.0012690.0015220.0017760.0020970.0022830
17、.004800.010650.017010.024400.030660.037810.045180.054700.06033 0.011000.0025370.0681323.88Y =Y20nY =Y1n=10DY =0.010824用辛普森公式DYN =Yn f(Y)dY f +f +4(f+f +f )+2(f +f +f )n-23OGY0n13n-1240dY 0.010824586.18+23.88+4(128.53+58.07+39.65+30.91+29.72)N =0.110.00176Y -Y *3OG()+2 78.38+48.41+34.61+29.72=7.72(2)
18、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s 0.2 aa0.75U0.1U a -0.05ULa22w =1-exp -1.45CLL ts m rrsg L L ta 2tLt LL查表二:常见材质的临界表面力值材质 碳瓷 玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 钢 石蜡表面力,56mN /m617333407520得 s= 33 dyn/cm= 427680 kg/h 2C液体质量通量为: U =57557.68 =73321.89kg/(m 2 h)0.7851.0L2气膜吸收系数由下式计算: aa 427680 73321.890.173321.892132.5-0.05 7332
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- SO2 气体 填料 吸收塔 设计
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