吸收塔化工原理课程设计

1、齐齐哈余交学Qiqihar University化工原理课程设计水吸收二氧化硫过程填料吸收塔设计说明书学 院: 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师:设计时间:化工原理课程设计任务书（2）一、设计题目水吸收二氧化硫过程填料吸收塔设计二、设计任务及操作条件1、设计任务 生产能力（入塔炉气流量）2500m3/ h 二氧化硫吸收率96% 入塔炉气组成（含二氧化硫）0.06 （摩尔分率）2、操作条件 入塔炉气温度25 洗涤除去二氧化硫的清水温度20 C 操作压强常压 吸收温度基本不变，可近似取为清水的温度3、 填料类型阶梯环填料.填料规格自诜4、厂 址三、设计容1、设计方案的选择及流程说明2、吸收塔

2、的物料衡算3、吸收塔工艺尺寸计算4、填料层压降的计算5、液体分布器简要设计6、填料吸收塔装配图（1号图纸）7、设计评述&参考资料目录1绪论 11.1吸收技术概况 11.2吸收设备的发展 12设计方案的确定 22.1方案的确定 22.2流程的确定 23填料选择24吸收塔的工艺计算24.1基础物性数据 24.1.1 液相物性数据 2气相物性数据2气液相平衡数据34.2物料衡算34.3填料塔的工艺尺寸计算4塔径的计算 4传质单元高设计 7传质单元数的计算 7填料层高度 94.4填料层压降 105填料塔的附属结构 115.1液体分布器简要置115.2液体再分配置115.3填料支撑结构12填料支

3、撑结构应满足三个基本条件 12较常用的支撑结构 126结果汇表 127符号说明 148参考文献 179设计心得 181 绪论1.1 吸收技术概况 吸收操作利用气体混合物各组分在某种溶剂中溶解度不同而达到分 离的目的。化工生产中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离。 气体的吸收是用适当的液体吸收剂与气体混合物接触，吸收气体混合物 中一个或几个组分，使其中的各组分得以分离的一种操作。在化工生产 中它主要用于原料气的净化、有用组分的回收、制取气体的溶液作为成 品以及废气的治理等方面，因此吸收操作是一种重要的分离方法，在化 学工业中应用相当普遍。气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一 种传质过程

4、。混合气体中某一组分能否进入液相，既取决于气体中该组 分的分压，也取决于溶液里该组分的平衡蒸汽压。如果混合气体中该气 体的分压大于溶液中该组分的平衡蒸汽压，这个组分便可自气相转移到 液相，即被吸收。转移的结果，溶液里这个组分的浓度便升高，它的平 衡蒸汽压也随着升高，到最后，可以升高到等于它的气相中的分压，传 质过程于是停止，这时称为气液两相达到平衡。反之，如果溶液中某一 组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组分的分压，这个组分便要从溶液 中释放出来。即从液相转移到气相，这种情况称为解吸。所以，根据两 相的平衡关系可以判断传质过程的方向与极限。另外，传质速率与推动 力成正比，与阻力成反比，两相的浓度

5、距离平衡浓度越大，则传质的推 动力越大，传质速率也越大。吸收操作的分析，应该从气液两相的平衡 关系与传质速率关系着手，本章的许多公式和结论，正是在这个基础上 得到的。1.2 吸收设备的发展 可用作吸收的设备种类很多，如填料塔、板式塔、喷洒塔和鼓泡塔 等，工业上较多地使用填料塔。填料吸收塔的设计，在保证实现工艺指 标的前提下，要求结构尺寸合理，价格低廉，动力消耗低，操作故障少，维修管理方便等，在整个设计过程中这些因素都要加以考虑2 设计方案的确定2.1 方案的确定 用水吸收二氧化硫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，且二氧化硫不作为产品，故采用 纯溶剂。

6、2.2 流程的确定 在吸收操作中，除了制取溶液产品等少数情况只需单独进行吸收之 外，一般都需对吸收后的溶液予以解吸，使溶剂再生， 以便循环使用， 同时也得到有价值的溶质。这样，除了吸收塔之外，还需要与其他设备 一起组成一个完整的流程。3.填料的选择对于水吸收二氧化硫的过程 ,操作温度及压力较低，工业上通常采用 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。4 吸收塔的工艺计算4.1 基础物性数据 液体物料数据 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。由手册查的，20 °C时水的有关物性数据如下：密度：pl =

7、998.2Kg/m 3粘度： L 0.001Pa s 3.6Kg/(m h)表面力： L 72.6dyn/cm 940896kg/h2S02在水中扩散系数为 Dl 1.47 10-5cm2/s 5.29 10-6m2/h气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为MVm yiMi 0.06 64.06 0.94 2931.10混合气体的平均密度VmPMVmRT101.3 31.108.314 29831.272Kg /m混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20C空气度为1.81 10 5Pa.s 0.065kg (m h)查手册得SO2在空气中的扩散系数为2 2Dv 0.108cm /s 0.

8、039m / h4.1.3气液相平衡数据由手册差得，常压下20r时，SO2在水中的亨利常数为E 3.55 103kPa相平衡常数为E 3.55 103 m35.04P 101.3溶解度系数为998.2S 3.55 103 18.020.015购怙曲)4.2物料衡算进塔气相摩尔比为%0.06c C2CY110.0638Y11 y1 1 0.06出塔气相摩尔比为丫2 Y 1(1A) 0.0638(1 0.96) 0.00255进塔惰性气相流量为签晟（1 0.06）96.11 kmol h该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气量比可按下 式计算，即丫1 丫2笔/m X2对于纯溶剂吸收过程，

9、进塔液相组成为0.0638 0.002550.0638/35.04 0X2033.64取操作液气比为:LVLV1.4 33.64 47.10L 47.10 96.11 4526.78kmol/hV(Y Y2) L(X1 X2)X1V Y1-Y2LX296.11(0.0638-0.00255)4526.780.00134.3填料塔的工艺尺寸计算塔径计算采用Eckert通过关联图计算泛点气速气相质量流量为wV 2500 1.2723180kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即wL 4526.78 18.0281572.58kg/hEckert通过关联图的横坐标为WLWvV 0.581571

10、58(吟5 0963180998.2查图8 23得0.023得：-1F 170m UF取 u 0.7uf0.023g l02F V L0.7 1.021°.°23 981 998021.021m/s.170 1 1.272 10.20.715msg L查表511填料类 型填料因子,1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属阶160140梯环塑料鲍55028018414092尔环塑料阶260170127梯环瓷距鞍1100550200226瓷拉西1300832600410环由D4 2500/36003.14 0.7151.112圆整塔径，取D 1.2m4VsD24 25

11、00/36003.14 1.220.61m/suUF0.611.021100%59.75% （在允许的围）泛点率校核:堆干空个积 密填料隙数度因率m2子kg/mm1附录五填X料 mm 咼 类X型厚/mm2525 X12.5X1.422890%8150097.83123838 X 19X 10132.591%2720057.51755050 X 25X 1.5114.282.7%1074054.81437676 X 389092.9%342068.4112X 3.0填料规格校核:D 120031.58d 38液体喷淋密度校核: 取最小润湿速率为3(Lw)min 0.08m /m h查附录五得：a

12、t 132.5m 2/m3Umin (Lw)minat 0.08 132.510.6m3/m2 hWLU 2LD4810玄8嘗.2 72.29 Umin0.785 1.2经以上校核可知，填料塔直径选用 D 1200mm合理。Y1 = mX1= 35.04 0.0013 = 0.0456Y2 = mX 2=0脱吸因数为mV S - L35巴空0.7444526.78气相总传质单元数为1Y1 Y*Nog 仁 n(1 S)YTS10.0638 0ln(10.744)1 0.7440.00255 0=7.68气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算2 Ul、0.1,Ul t2Lg0.744awat1

13、 exp 1.45(T0.75(l at-)(L0.05 ( U l)0.2L L at填料层高度计算材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙 烯钢石蜡表面力，dyn/cm56617333407520常见材质的临界表面力值得:2查表513c 33dyn/cm 427680 kg / h液体质量通量为81572.582Ul272162.58kg /(m h)0.785 1.22awat1 exp 1.45(42768°)08)0-1940896132.5 3.672162.582(7216?581J3) 0.05(72162.58)020.598998.22 1.27 1 08998.2 940896

14、 1 32.5气膜吸收系数由下式计算:kG。纱土）"（说厂晋）气体质量通量为：Uv 型1 児 2779.99kg/（m2 h）0.785 1.222779.99 、0.7 /0.065、13/132.5 0.039、kG0.237 ()()()132.5 0.0651.272 0.0398.314 2930.0314kmol/(m2 h kPa)液膜吸收系数由下式计算:kL0.0095()(aW LL ) 1 2( Lg)13llDl0.0O95( 0.5988)23(3.6) 12(3.6 1.27 10 )13132.5 3.6)(998.2 5.29 10 6998.27216

15、2.583.61.122m/h由 kG a kG aW表5 14常见填料的形状系数填料类型球形棒形拉西环弧鞍开孔换屮值0.720.7511.191.45得:1.45则 kGakGaW1.1kLakL&w0.40 41.122 0.598 132.5 1.45 .103.151 /huUf59.75%50%'u1 4kGa 19.5(0.5).kGa,Uf'u2 2kLa 12.6(0.5).kLa,Ufk(Ga19.5(0.59750.5)142.9013.960kmol(m3 h kPa)kLa12.6(0.59750.5)2'2103.15104.75l/h

16、则aa111k<G1a HkLa1.157kmol /(m3 h kPa) 1 13.9600.0156 104.75H OGVKYaVaaP0.725m1.157 101.3 0.785 1.2296.11由 Z Hog Ng 0.725 7.685.568Z 1.25 5.5686.96m设计取填料层高度为由于Z hmax 6m，故填料层分两段。其中一段为3000mm,另一段为 4000mm。4.4填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降。横坐标为L（丄）050.916查表 817 得，p 116m 1纵坐标为Up v 0.20.59116 1 J2720.2L10.0

17、052g L9.81998.2查表518散装填料压降填料因子平均值填料类型填料因子，1/mDn16Dn25Dn38Dn50Dn76金属鲍尔306一11498一环金属环矩一13893.47136鞍金属阶梯一一11882一环塑料鲍尔34323211412562环塑料阶梯一17611689一环瓷矩鞍环700215140160一瓷拉西环1050576450288一得:107.91Pa/mZ填料层压降为P 107.91 7755.37Pa5填料塔的附属结构填料塔的设计中，除了正确的进行填料层本身的计算外，一些附属 结构的设计也很重要，如果设计不良，容易造成气液分布不均，严重影 响效率，或者由于附属构件（

18、例如支撑板）阻力过大，影响塔的生产能 力。5.1液体分布器简要设置多孔盘官式喷淋器适用于直径较大的的塔，盘管中心线的直径为塔 径的0.60.8倍.5.2液体再分配装置料，不占空间液体填料层向下流时往往有逐渐靠塔壁方向集中的趋势，使总的传 质效率大为降低，因此每个一段距离必须设置液体再分配装置，以避免 此现象发生。根据我组数据，我们选择截锥式再分配器，只需将截锥体 焊（或搁置）在塔体中，用这种简单的结构，截锥上下任能全部放满填截锥式再分配器如图（右上）5.3填料支撑结构填料支撑结构应满足三个基本条件 使气液能顺利通过，对于普通填料塔，支撑件上的流体通过的自由截 面，应为塔截面的50%以上，且应大

19、于填料空隙率；此外，应考虑到装 上调料后会将支撑板的自由截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的 自由截面，自由截面太小，在操作中会产生拦液现象，增加压降，降低 效率，甚至形成液泛； 要有足够的强度承受填料重量，并考虑填料空隙中的持液重量，以及可能加于系统的压力波动、机械振动、温度波动等因素； 要有一定的耐腐蚀性能。较常用的支撑结构栅板，其由竖立扁钢条构成，结构简单，制造方便。栅板可以制成整块的或是分块的，由于我们计算的直径在900mm 1200mm之间，所以分成三块，是每块宽度在300mm400mm之间，以便通过塔的人孔装 卸。6结果汇总表水(25 C)密度3998.2kg/ m3黏度0.00

20、1 Pa 1 s表面力72.6dyn/cm=940896 kg h 2s" ?在水中的扩散系数1.47错误!未找到引用源。=5.2910 6 m2/'h混合气体的平均摩尔质量31.01混合气体的平均密度1.272 kg/m3空气粘度（25 C ）1.84 10 5Pa s 0.065 kg”m h)SQ(25 C 水中)亨利系数3.55 103kpa相平衡常数35.04溶解度系数0.0156kmol/(kpa m3)进塔气相摩尔比0.0638出塔气相摩尔比0.00255进塔惰性气相流量96.11 kmol/h最小液气比33.64出塔液相组成0.0014进塔液相组成0进塔气相组

21、成0.0456出塔气相组成0气相质量流量为3180Kg/h液相质量流量81572.58 Kg/h液体密度校正系数1泛点填料因子170m 1泛点气速1.021 m/s空塔气速0.715 m/s塔径1.2m最小润湿速率0.08h填料的比表面积132.5 m2/m3最小喷淋密度10.6 m3,/'m2 h液体喷淋密度72.29 m3/m2 h脱吸因数0.744气相总传质单元数7.68气相总传质单兀咼度0.725m聚丙稀表面力233dyn/ cm=427680kg/ h液体质量通量72162.58 kg / (m2 h)气体质里诵量2779.99 kk/ ( m?h)气膜吸收系数0.0336k

22、mol / ( m?h?kPa)液膜吸收系数0.916 m / h总体积传质系数31.195 kmol/(mh kpa)塔高7m填料层压降755.37 Pa7主要符号说明XY y wL平衡时液相SO摩尔比 气相SO摩尔比 气相SO摩尔分率 液体的质量流量kg/hWv气体的质量流量，kg/hV气体密度kg / m3Z填料层咼度，mV惰性气相流量kmol /hLs溶剂的摩尔流率kmol m 2 s 1Y气相中溶质的比摩尔分率；X液相中溶质的比摩尔分率。U min最小喷淋密度32.1m m hLw润湿率m3 m 1 h 1D填料塔直径mVs气体的体积流量31m su空塔气速1m sUf液泛气速1m

23、sg重力加速度2g 9.81 N mkL液相传质系数231kmol m s kmol / mDl溶质在液相中的传质系数m /s ；符号意义单位kG气相传质系数2 1kmol m s kPaT气体温度KD/溶质在气体中的扩散系数m / sV气体黏度Gv气相质量流速2kg/(m s)u孔塔气速m/sU/, UL气体和液体的质量通量kg/(m2 h)V , L气体和液体的密度kg / m3Dv ,Dl溶质在气体和液体中的扩散系数2 t m /sR气体常数8.314kJ/(kmol K)L液体黏度mPa sa t填料的总比表面积2 /3m / maw填料的润湿比表面积2 /3m / m填料因子1 mg

24、重力加速度g 1.27 108 m'hL液体的表面力kg/h2c填料材质的临界表面力kg/h2L液体的质量流速kg / m2 sV气体密度3kg / mh填料层咼度m8 参考文献【 1】 长龙 编 化工原理课程设计【2】 朱有庭 曲文海 于浦义编，化工设备设计手册下卷 ，化学工业【3】 方利国 董新法编著 化工制图Auto CAD实战教程与开发，化学 工业， 2005【4】 文艳成斌编著 中文Auto CAD绘图基础，清华大学，2006【5】 涂晋林, 吴志泉编 . 化学工艺中的吸收操作 .华东理工大学【6】 匡国柱，史启才主编 . 化工单元过程及设备课程设计 . 化学工业 ，2002【7】 敏恒，丛德滋，方图南 ,齐鸣斋编. 化工原理（上下册）. ：化学工 业,2006【8】