SO2气体填料吸收塔的设计

1、兰州交通大学化工原理课程设计目录一设计任务总概 31.1.吸收的定义31.2 .吸收的目的31.3 .填料吸收塔简介3二设计方案简介32.1方案的确定 .42.2填料的类型与选择 42.3设计步骤 .4三、工艺计算43.1基础物性数据 .43.1.1液相物性数据 53.1.2气相物性数据53.1.3气液相平衡数据53.1.4物料衡算63.2填料塔的工艺尺寸的计算 73.2.1塔径的计算73.2.2填料层高度计算103.2.3填料层压降计算14四、辅助设备的计算及选型 151. 除雾沫器152. 液体分布器简要设计 163. 液体再分布器升气管式液体再分布器 174. 填料支承装置175. 填料

2、限定装置 186 .气体和液体的进出口装置 18五、设计结果汇总 19六、主要符号说明 21七、 参考文献 23八、结语24化工原理课程设计任务书一、设计任务：设计一台SQ气体填料吸收塔二、设计条件：生产能力：2000Nm3/h空气和SO混合气混合气中SQ组成（体积分数）：10%排放含量：0.16%操作方式：连续操作操作温度：20 C操作压力：常压吸收剂：清水平衡线方程：y=66.76676x1.15237三、设计内容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

3、；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

4、课程设计的目的是根据设计要求采 用填料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，采用填料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具有良好的湍流 状况，从而使吸收易于进行，填料塔有通量大，阻力小，压降低，操作弹性大，塔内 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内容。1.3 .填料吸收塔简介在化学工业中

5、，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。 因用水作为吸收剂，且SQ不作为产品，故采用纯溶剂。2.2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 塔内，又称为乱堆填料或颗粒填

6、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SQ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

7、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内容来进行设计（一）吸收塔的物料衡算；（二）填料塔的工艺尺寸计算；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，20C 时水的有关物性数据如下：密度为p l=998.2 kg/m27粘度为 卩 L=0.001 Pa - s=3.6kg/(m h)表面张力为 c l=72.6 dyn/cm=940896 kg/

8、h 2SO在水中的扩散系数为Dl=1.47为0-5m2/s=5.29 W-6m2/h(依 Wilke-Cha ng D1.859 1018 ( Mr)0.5TV.6查化学工程基础3.1.2气相物性数据设进塔混合气体温度为25 C,混合气体的平均摩尔质量为Mvm = yMi=0.1 64.06+0.9 29=32.506g/mol混合气体的平均密度为3p vm=PM/RT=101.325 50%需要按下式进行校正，即1.4kGa1 9.5 0.5kGaUF2.2ukLa 1 2.60.5kLauf可得：kca1 9.50.571311.40.53.8492kLa1 2.60.571312.20.

9、5117.064.7595kmol/117.97l /h则m3hkPaaa11 1kG a HkL a1.422kmol / m3hkPa1 15.410.0156 123.66aaaP74.871.422 101.3 0.785 1.020.687m(3)填料层高度的计算由 Z Hog Ng 0.68 7.72 5.25m根据设计经验，填料层的设计高度一般为0.0343 132.5 0.5628 1.451.1Z= (1.21.5) Z (4-19)式中z 一一设计时的填料高度，mZ工艺计算得到的填料层高度，m得：Z = 1.25 X 5.25= 6.56 m设计取填料层高度为Z6.8m查：

10、表四散装填料分段高度推荐值填料类型h/DHmax/m拉西环2.5 4矩鞍58 6鲍尔环510 6阶梯环815 6环矩鞍515 1200422 按Eckert建议值，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为140点/m 。2布液点数为 n=0.785 Xl.O XI 40=110112 点按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。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。分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=112点.图二槽式液体分布器二级槽的布液点示意图(3) 布液计算由重力型液体分布器布液能力计算由Ls才02n、2g H式中

11、Ls液体流量，m/s ;n-开孔数目（分布点数目）； -孑L流系数，通常取 - 0.550.60 ;d孔径，m ; H-开孔上方的液位高度，取=0.60 , H =160mm.0.5do_4Ls_ n _2gH0.54 5755768/9982 36003.14 112 0.62 9.81 0.160.01309m设计取d0 14mm液体分布器的安装一般高于填料层表面150300 mm取决于操作弹性），槽式分布器主槽分槽高度均取210mm主槽宽度为塔径的0.70.8，这里取塔径的0.7，分 槽宽度由液体量及停留时间确定，最低液位为50mn为宜，最高液位由操作弹性塔内允许高度及造价确定，一般为

12、200 mm左右。3. 液体再分布器升气管式液体再分布器在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔 中心处填料的不到好的润湿，形成所谓的“干锥体”的不正常现象，减少了气液两相 的有效接触面积。因此每隔一定的距离设置液体再分布装置，以克服此现象。由于塔径为1000mm因此可选用升气管式再分布器， 分布外径1080mm升气管数&4. 填料支承装置填料支撑结构是用于支承塔内填料及其所特有的气体和液体的重量之装置。对填 料支承结构的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量；提供足够的自由截面以 使气、液两相流体顺利通过，防止产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造, 易

13、装卸等。常用的填料支承板主要有栅板式和气体喷射式等结构。1）栅板式支承板栅板式的支承结构较为常见，由竖立的扁钢制成。栅板可以制成整块式或分块式 的。一般直径小于500mm的塔可以米用整块式栅板；直径为大于600mm的塔，可以 根据情况将栅板分成若干块，每块宽度在 300400mm之间，以便于装卸。栅条间距 为填料外径的0.60.8倍。在直径较大的塔中，当填料环尺寸较小时，也可采用间距 较大的栅板、2）气体喷射式支承板气体喷射式支承板的结构特点是：为气体和液体提供了不同的通道，气体易于进 入填料层，液体也可自由排出，避免了因液体积聚而发生液泛的可能性， 并有利于液 体的均匀再分配。气体喷射式支承

14、板有圆柱升气管式和梁式，而以梁式较为优越，梁式支承板用于 小塔可制成整体式，用于大塔则分块制作或塔内组装。它可提供超过90%的自由截面 （有时甚至达到100%），保证气体通量大，阻力小。因此，在新型填料塔中广泛采用 了这种结构。这里选用分块梁式支承板。5. 填料限定装置为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方设置填 料压紧装置。对于塑料散装填料，本设计选用创层限制板。6 .气体和液体的进出口装置管道的公758090100120130140160185205235260315称通径（1）气体和液体的进出口直径的计算Vs为流体的体积流量，m/su为适宜的流体流速，m/s .

15、常压气体进出口管气速可取1020m/s；液体进出口速度可取0.81.5 m/s (必要 时可加大)。选气体流速为15 m/s由VS=2000/3600=0.556 m3/s 代入上公式得d=217mn圆整 之后，气体进出口管径为d=369mm选液体流速为 2.0 m/s,由 VS=3194.10 X 18.02 /(3600X 998.2 ) =0.016n/s 代 入上公式得d=100 mm,圆整之后液体进出口管径为 d=110 mm(2) 底液出口管径：选择d= 75 mm(3) 泵的选型由计算结果可以选用：IS100-80-125型的泵(4) 塔附属高的确定塔的附属空间高度主要包括塔的上

16、部空间高度，安装液体分布器和液体再分度器所需的空间高度，塔的底部空间高度以及塔的群坐高度。塔的上部空间高度是指塔填料层以上，应有一足够的空间高度，以使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来， 该高度一般取1.2-1.5 o安装液体再分布器所需的塔空间高度依据所用分布器的形式 而定一般需要1-1.5m的高度。塔的底部空间高度是指塔底最下一块塔板到塔底封头之间的垂直距离。该空间高度含釜液所占的高度及釜液面上方的气液分离高度的两部分。釜液所占空间高度的确 定是依据塔的釜液流量以及釜液在塔内的停留时间确定出空间容积，然后根据该容积和塔径计算出塔釜所占的空间高度。塔底液相液相停留时间按1min考虑，则塔釜

17、液所占空间为,1 60 3194.19 18.02g23.2m0.785 3600 998.2 1.02考虑到气相接管所占的空间高度，底部空间高度可取1.5米，所以塔的附属空间 高度可以取3.7米。(5) 人孔公称压力公称直径密封面型标准号常压450 mm平面(FS)HG21515-95五、设计结果汇总课程设计名水吸收SO填料吸收塔的设计称操作条件操作温度20摄氏度操作压力：常压物性数据液相气相液体密度998.2kg/m3混合气体 平均摩尔 质量33.505kg/kmol液体粘度3.6kg/(m h)混合气体 的平均密度1.3514kg/m3液体表面张力940896混合气体 的粘度0.065k

18、g/(mh)SO在水中的扩 散系数5.92 x 10-6m/hSCO在空气 中的扩散 系数0.039m/h重力加速度1.27 x 108m/h气相平衡数据SCO在水中的亨利系数E相平衡常数m溶解度系数H3.55 x 103 kpa35.50.0156kmol/kPam3物料衡算数据Y1Y2X1X2气相流量G液相流量L最小液气 比操作液气 比0.110.001760.00254074.87 kmol/ h 3194.10 kmol/ h30.4742.66工艺数据气相质量流 量液相质量流量塔径气相总 传质单 元数气相总传质 单元高度填料层高度填料层压降2762.857557.681.0m9.85

19、70.590m6.8m924pa填料塔附件除沫器液体分布器填料限定装置填料支承板液体再分布器丝网式二级槽式1床层限制版分块梁式升气管式1六、主要符号说明at填料的总比表面积，mVm3aw填料的润湿比表面积，mi/m3d填料直径，md塔径，mdl液体扩散系数，m/s ；Dz气体扩散系数，m/s ；ev液沫夹带量，kg(液)/kg(气)；g重力加速度，9.81 m/s ；h填料层分段高度，mHETP关联式常数；hmax允许的最大填料层高度，0；hb塔底空间高度，mh塔顶空间高度，mHog气相总传质单元高度，mkG气膜吸收系数，kmol/(m2 s kPa)；kL液膜吸收系数，m/s；Kg气相总吸收

20、系数，kmol/(m s kPa)；Lb液体体积流量，nVh ；Ls液体体积流量，m/s ；Lw润湿速率，mV(m s)；m相平衡常数，无因次；n筛孔数目；Ndg气相总传质单元数；P-操作压力，Pa； P-压力降，Pa；u-空塔气速，m/s；uf泛点气速，m/sUo. min漏液点气速， m/s ；U o液体通过降液管底隙的速度，m/s；U液体喷淋密度，nV(m2 h)UL液体质量通量，kg/(m2 h)4n最小液体喷淋密度， m/(m2 h)u气体质量通量，kg/(m2 - h)Vh-气体体积流量，nVh ；Vs-气体体积流量，kg/s ；WL液体质量流量，kg/s ；W气体质量流量，kg/s ；x液相摩尔分数；X液相摩尔比Zy气相摩尔分数；Y气相摩尔比；Z板式塔的有效高度，m填料层高度，m希腊字母&空隙率，无因次；卩粘度，Pa - s；P密度，kg/m ；(T 表面张力， N/m；开孔率或孔流系数，无因次;填料因子，l/m ；书液体密度校正系数，无因次。2009.2002.,2000.参考文献1. 夏清，陈常贵，化学原理，天津