吸收塔吸课程设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上化工原理课程设计报告题目名称： 水吸收SO2过程填料吸收塔设计学生学院： 轻工化工学院 专业班级： 09 制药工程2班 学 号： 学生姓名： 梁奋芬 课程设计时间：2012年 06月2日-2012年06月18日设计任务书设计题目：水吸收SO2过程填料吸收塔设计。试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的SO2。混合气体的处理量自定，但各人不能相同，混合气体中含SO25%（体积分数，下同），要求塔顶排放气体中SO2含量低于0.2%， 采用清水进行吸收，吸收剂用量自定。 （低浓度、物理吸收，溶解热可忽略，所以只需做物料衡算，而不必做热量衡算）操作条件：操作压力：常压 ，操

2、作温度：20填料类型：选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。工作日：每年300天，每天24小时连续运行。厂址 ：肇庆高新区 自定义的量：假设混合气体的处理量为 4000L/h; 聚丙烯阶梯环填料规格为Dg38；设计内容1、吸收塔的物料衡算；2、吸收塔工艺尺寸的计算（塔径、塔高，包括填料的分段）；3、（气体通过）填料层压降的计算；4、吸收塔接管尺寸的计算；5、吸收塔附属装置的选型；液体分布器、再分布器、支承器等；6、附属设备选型；泵（通过计算选型）、风机（选型计算）；7、绘制生产工艺流程图；8、绘制填料塔装配图；9、对设计过程的评述和有关问题的讨论目录摘要：在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合

3、物中，各组分在液体中的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。在化学工业中，经常将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是：回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；除去工艺气体中的有害成分，是气体净化，一边进一步加工处理；或出去工业排放尾气中的有害物，以免污染大气。本论文主要研究设计了填料塔方案的确定和填料的选择，在工艺计算中，本论文主要涉及相关物性的确定，塔径，塔高以及填料高度的计算和压降的计算。关键词：吸收，填料塔，物料平衡，填料高度，填料层压降1 绪论【4】 填料塔是的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。填料塔属于连续接触式

4、气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。填料塔以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。 与板式塔相比，在填料塔中进行的传质过程，其特点是气液连续接触，而传质的好坏与填料密切相关。填料提供了塔内的气液两相接触面积。填料塔的流体力学性能，传质速率等与填料的材

5、质，几何形状密切相关，所以长期以来人们十分注中填料的性能和新型填料的开发，使得填料塔在化工生产中应用更加广泛。 填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔还有以下特点： 1.当塔径不是很大时，填料塔因为结构简单而造价便宜。 2.对于易起泡物系，填料塔更适合，因填料对气泡有限制和破碎作用。 3.对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因为可以采用瓷质填料。 4.对于热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔的持液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。填料塔的压强降比板式塔小，因而对真空操作更有利。 填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传

6、质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂2填料吸收塔的设计2.1填料塔的物料衡算2.1.1最少液气比的计算从任务书得知，y1=5%，0<y2<0.2%,取y2=0.15%，t=20oC ，p=101.325kpa由假设混合气体的处理量为 4000L/h,V=.4××(1-0.05)=158.06kmol/hY1=y1/(1-y1)=0.05/0.95=0.0526 ,Y2=y2/(1-y2)=0.0015/0.99850.0015查表可知，亨利系数E=3550 kpa （t=20oC）【1】 所以，相平衡常数：m=E/P=3550

7、/101.325=35.036 且X1*=Y1/m=0.0526/35.036=0.0015因此，最小液气比(L/V)min=（Y1-Y2）/(X1*-X2)=(0.0526-0.0015)/(0.0015-0)=34.0672.1.2吸收剂用量的确定根据生产经验，一般情况下取适宜操作液气比为最小液气比的1.1-2.0倍，可使设备费用之和为最小，即L/V=(1.1 -2.0)(L/V)min 【1】 本报告取1.5倍，即L/V=1.5(L/V)min=1.5×34.067=51.1005 因为V=158.06kmol/h，所以L=51.1005×158.06 =8076.9

8、5kmol/h根据物料衡算，吸收液的出塔组成X1可算出，V(Y1-Y2)=L(X1-X2)所以，X1= V(Y1-Y2)/L=158.06×0.0511/8076.95=0.0012.2吸收塔工艺尺寸的计算2.2.1塔径的计算塔径的计算公式：D=4Vsu采用Eckert关联图计算泛点气速混合气体的平均摩尔质量为MVm=yiMi=0.05×64.070.95×28.95=30.706混合气体密度v=PMvm/(RT)=101.325×30.706/（8.314×293）=1.277kg/m3气相质量流量为Wv=2000×1.277=25

9、54kg/hWL=L×M水=8076.95×18=.1kg/h20水的密度L=998kg/m3 Eckert关联图得横坐标为WLWVvL0.5=.12554×(1.)0.5=2.036查埃克特通用关联图1，得 埃克特通用关联图3-12 uF2gFvLL0.2=0.011 其中，g=9.81m/s2, 查表3-8【2】F=170m-1，所以，uF=(0.011×9.81××1×1.277×10.2)=0.704一般地，取空塔气速为泛点气速uF 的50%-85%，即u=（0.5-0.85）uF 本报告取0.8，所以u=

10、0.8×0.704=0.5632m/s由塔径的计算公式：D=4Vsu=4×4000/36003.14×0.5632)1/2 =1.585圆整塔径D=1.6m2.2.2核算气速【2】u=4VS/(D2)=(4×4000/3600)1.62×3.14=0.553=0.785uF 其值符合u=（0.5-0.85）uF2.2.3核算喷淋密度【2】在吸收剂用量以及塔径确定以后，还要校核喷淋密度。为了使填料能够获得良好的湿润，应保证塔内液体喷淋密度高于某一下限值。所以算出塔径后还要验算喷淋密度是否大于最小喷淋密度UminUmin=(LW)mint查表3-2

11、(b)可得，填料外径为38mm时填料比表面积t=132.5m2/m3根据Morris等推荐，环形填料直径<75mm的时候取(LW)min=0.08m3/(m·h)所以，最小喷淋密度Umin=(LW)mint=0.08×132.5=10.6 m3/(m2·h)喷淋密度U=WL/998/4×D2=72.49 m3/(m2·h)>Umin=10.6 m3/(m2·h)2.2.4核算径比D/d【2】为保证填料湿润均匀，还应注意实际采用的塔径与填料直径之比在10以上。此值过小，液体沿塔料下流时常会出现“壁流”现象。Dd=1600/3

12、8=42.1>8从以上条件看出，塔径D=1.6m符合要求2.2.5塔高的计算【3】（1）气相总传质单元数的计算Y2*=m·X2=0脱吸因数为 S=m =35.036×=0.6856气相总传质单元数为 = =7.826气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算查表3-3【2】 =33dyn/cm=33×10-3N/m3 20时水的表面张力为72.8×10-3N/m3【1】 液体质量通量 LG=.1/（0.785×1.62 ×3600）=20.1kg/(m2.s)Dg38mm塑料阶梯环（乱堆）特性：at=132.5m2/m3 , 形

13、状修正系数=1.45液体性质（以20水为准）L=998kg/m3 , L=0.001Pa·s=0.653所以aW=aW·at/ at=0.653×132.5=86.54 m2/m3气膜吸收系数为 kG=0.237×1.1×气体质量通量 VG=2541.8 kg/(m2.h)=0.706 查手册的，SO2在空气中扩散系数DG=0.039m2/h=则 ×1.451.1 =1.44×10-5 kmol/(m2·s·Kpa)液膜吸收系数为 ×0.4LG=72345.3 kg/(m2.h)=20.1 kg

14、/(m2.s)，×0.4=3.417×10-4m/s式中，气膜吸收系数，；液膜吸收系数，；气体常数，；液相、气相的质量流率，；溶质在液相和气相中的扩散系数，；液相、气相的粘度，；填料的形状系数由 =1.44×10-5×86.54=1.246×10-3 kmol/(m2·s·Kpa)kL.=kLw=3.417×10-4×86.54=2.957×10-2 s-1（2）计算HOG1/(KGa)=1/(kGa)+1/（HkLa）,H=L/(EMS) m=35.036(以上已求)E=mp=35.036&#

15、215;101.325=3550.02kpa所以，H=L/(EMS)=998/(3550.02×18)=0.01562kmol/(m3·kpa)所以， 由 Z=HOGNOG=0.64×7.826=5.01 m 查化工单元操作过程与设备p186，为了保证工程的可靠性，计算出的填料层高度还应留出一定的安全系数。根据经验，填料层的设计高度一般为：取25%富余量，则完成设计任务需要Dg38塑料阶梯环的填料高度为Z=1.25·Z=1.25×5.01=6.26 m因此完成本设计需要的填料层高度为： 6.3m查化工单元操作过程与设备p186页表3-7, 阶梯

16、环填料的h/D=815, 因为 =6.3m > 6m，故填料层分两段，下面段取3.3m，上面段取3m.2.2.6填料塔高度的计算塔的总高度为填料层高度加上各附属部件的高度以及塔顶、塔底的空间高度（1）塔顶空间高度的选定：塔顶空间高度是填料层上方到塔顶封头之间的垂直距离，一般取1.2m到1.5m本设计取塔顶空间高度为1.3m（2）塔底空间高度的选定：塔底空间高度是指填料层最底部到塔底封头之间的垂直距离。塔底液面到填料层底部之间应该留有空间以满足安装进气管的要求，进气管的位置应该在填料层以下约一个塔径的距离，因此本设计中为1.5m。（3）填料塔附属部件的高度查化工单元操作过程与设备p115,

17、一般可取液体停留时间35min。这里塔底液相停留时间按3min考虑，则塔釜液所占空间高度为： 塔底部空间高度取0.5m因此塔的实际高度取H=6.3+1.3+1.5+3.6+0.5=13.2m2.2.7 气体通过填料层压降p的确定 气体通过填料层的压降采用Eckert关联图计算,其中:查得常用化工单元设备设计p113页表3-8，当填料类型是塑料阶梯环、填料规格为时，.,纵坐标中填料因子常采用压降因子代入计算已知， ，可计算出关联图中的横坐标和纵坐标：在埃克特通用关联图上找出对应点：X=2.036 ，Y=0.0048，交点对应的，即每米填料的压降为196.2，所以填料层的总压降为：2.3附属设备的

18、计算与选择【2】2.3.1吸收塔主要接管的尺寸计算本设计中填料塔有多处接管，但主要的是气体和液体的进料口和出料口接管。气体和液体在管道中流速的选择原则为：常压塔气体进出口管气速可取1020m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取0.81.5m/s（必要时可加大些）。表1 接管尺寸 mm内管d2×S2外管d1×S1H125×345×3.512032×3.557×3.512038×3.557×3.512045×3.576×412057×3.576×412076×

19、4108×412089×4108×4120108×4133×4120133×4159×4.5120159×4.5219×6120219×6273×8120245×7273×8120273×8325×8120进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管，管径d计算如下：2.3.2气体进出口管道【2】（1） 常压塔气体进出管气速可取1020m/s，本次设计气流速度取17m/s，则管口直径为：根据表1接管尺寸，经圆整

20、后，按无缝钢管标准选择，则实际（2）按实际管径重新核算流速：，符合经济流速。（3）管口的具体结构设计如下：气体进口装置的设计应能防止淋下的液体进入管内，同时还要使气体分散均匀。因此，不宜使气体直接由管道接口或水平管冲入塔内，而应使气流的出口朝向下方，使气流折转向上。因此本设计装配了除沫器。由于本设计的塔径为1.6m，大于800mm，气体进口分布装置可以使用盘式分布器气体出口装置，要求既能保证气体通畅，又应能尽量除去被夹带的雾沫，防止液滴的带出和积累2.3.3液体进出口管道（1）液体进出口速度可取0.8-1.5m/s，本次设计，液体进出口速度取1.2m/s，则管口直径为：液体的进口体积流量管口直

21、径计算：根据表1接管尺寸，经圆整后，按无缝钢管标准选择，则实际（2）按实际管径重新核算流速：，符合经济流速。（3）管口的具体结构设计如下：液体进口管直接通向喷淋装置，本设计为直管式液体进口装置；液体出口装置的设计应该便于塔内液体的排放，并且要保证塔内有一定的液封高度，防止气体短路。2.3.4 填料卸出口需要卸出口以便检修时将填料卸出。填料卸出口的结构与人孔或手孔相似，大直径的塔可按标准人孔，小直径的塔可选标准手孔。查化工设备常用零部件可知，当容器的公称直径大于等于1 000 mm且筒体与封头为焊接连接时，容器应至少设置一个人孔。公称直径小于1 000 mm且筒体与封头为焊接连接时，容器应单独设

22、置人孔或手孔。 因此，本设计选用标准人孔。2.3.5 仪表接口填料塔上主要的仪器接口有压力计接口、分析取样口、温度计接口和液位计接口等，压力计接口及分样口可采用DN1525带法兰的接口，并附法兰盖：温度计接口可采用DN32或40带法兰的接管，并附带法兰盖。2.3.6 接管长度填料塔上各股物料的进出口管留在设备外边的长度h，可参照表2确定：表2公称直径Dg/mm1520507035070500接管长度/mm80100150150公称压力/MPa4.01.61.61.02.3.7 填料支承装置2.3.7.1填料支承板选择的基本要求（1）有足够的强度以支承填料的重量；（2）提供足够的自由截面以使气、

23、液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；（3）有利于液体的再分布；（4）耐腐蚀、易制造、易装卸。2.3.7.2 设计中填料支承板的选择常用的填料支撑板主要有栅板式和气体喷射式等结构，其中栅板式的支承结构较为常用，由竖立的扁钢制成。删板可以制成整块式或分块式。一般直径小于500mm的塔，可以采用整块式删板；直径为600800mm的塔，可以将删板分为两块；直径为9001200mm的塔，分为三块。直径为12001600，分为四块板，每块宽度在300400mm之间，以便于装卸。本设计选用栅板式支承板，由于填料塔直径为1600mm，因此可以将栅板分为四块。2.3.8 液体喷淋装置【2】2.3.8.1 液体

24、分布装置的作用以及选择的基本原则液体分布装置的作用就是为了使液体在塔顶能进行均匀的初始分布，从而提高填料表面的有效利用率。选择液体分布装置的原则是：液体分布均匀，自由截面大，操作弹性宽，不易堵塞，装置的部件可通过人孔进行安装拆卸。2.3.8.2 本设计中液体分布装置的选择液体分布装置的安装位置，通常要高于填料层表面150300mm，以提供足够的自由空间，让上升的气流不受约束地穿过喷淋器。液体分布器种类多样，按其结构特征分，主要有管式、盘式、喷头式、槽式及槽盘式等，对于各种类型的塔，应根据塔的液体负荷或塔径的不用，选择不同的分布器结构。本设计采用的盘式分布器的结构简单，液体通过时的阻力小，其分布

25、比较均匀，一般适用与直径800mm以上的塔。由于本设计中塔的直径是1600mm，直径1200mm的盘式分布器适合，因此本设计选用盘式分布器。2.3.8 塔顶除雾沫器穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴，因此有时需要在塔顶气体排出口前设计除雾沫器，以尽量除去气体中的液体雾滴。丝网除雾器是一种分离效率高，阻力较小，重量较轻，所占空间不大的除雾器。它由金属或塑料丝编织成网，卷成盘状而成。故设计中选用丝网除雾器。2.3.9 气体入塔分布器设计选用栅条形分布器。2.3.10 填料压板设计选用栅板型压板。2.4 离心泵的计算及选型2.4.1离心泵的流量 2.4.2离心泵的量程2.4.2.1离心泵的选型【1

26、】吸收剂储槽液面到吸收塔吸收液入口两截面间的机械衡算方程 式中 两截面处水位之差；（因为塔高13.2m，因此此处可假设为14m）两截面处静压头之差；两截面处动压头之差；操作条件下，P=0. u20，已取实际内径d=207mm,且相应实际流速u=1.2m/s,则 ，为湍流。并查表得无缝钢管的绝对粗糙度为0.2-0.3mm，本设计取为0.25mm，那么相对粗糙度。根据顾毓珍公式 （适用范围：）有 对吸收剂储槽液面与泵之间的管路进行估算：泵的吸入管估计采用一个标准弯头，一个全开截止阀，泵的输出管采用三个标准弯头，两个全开的截止阀。查管件与阀门的当量长度共线图，得到各管件、阀门的当量长度。根据填料塔及

27、泵的大体位置，管路长取23m，3个标准弯头（），2个全开的截止阀（）。吸入管道的进口阻力系数c=0.5, 出管路上的出口阻力系数e=1；则 考虑到安全系数，则 根据已知流量Q=145.68m3/h和扬程H=15.5m，综合离心泵的流量，扬程以及效率，因此选用IS10080200的单级单吸离心泵，其性能参数如下表5 IS型单级单吸离心泵性能表转速n（r/min）流量m3/h扬程Hm效率%功率/kw必须汽蚀余量（NPSH）r/m轴功率电机功率2900200508033.6454.52.5 风机的选型【1】选用离心泵通风机来输送气体。风机性能表示的风压是在20，101.3kPa条件下用空气作为介质测

28、定的。可以表示为：其中，为安全系数，其值为13.45，因此可以选用附录十四中的4-72-11型、规格是6C的离心通风机。2.6结果汇总图项目设计结果吸收剂用量8076.95 kmol/h填料的选择DN38聚丙烯塑料阶梯环填料X10.001X20Y10.0526Y20.0015相平衡方程Y=35.036X最小汽液比34.067惰性气体流量158.06kmol/h进塔气体质量流量2554kg/h出塔液体质量流量.1kg/h进塔液体密度998kg/m3混合气体密度1.277kg/m3空塔气速0.5632 m/s塔径D1.6 m塔高度13.2m填料层压降1236.06 Pa吸收剂入塔输送管径219X6mm气体入塔输送管径325X8mm泵功率45kw泵IS10080200的单级单吸离心泵风机4-72-11型6C规格填料卸出口选标准人孔初始液体分布器盘式分布器液体分布器槽型再分布器填料支承装置栅板式支承板2.7生产工艺流程图本次设计采用单塔吸收逆流操作，本塔分两段，下面一段3.3米，上面一段3米。吸收装置水经流量计