环境工程原理课程设计报告书

1、下载可编辑目录一、吸收技术概况 . 3二、设计任务及步骤 . 32.1设计任务. 3三、填料塔操作条件 . 3四、设计方案的确定 . 44.1吸收流程的选择 . 44.2吸收剂的选择 . 44.3填料的选择 . 44.4吸收工艺流程图（附图）及工艺过程说明 . 5五、吸收塔的物料衡算 . 55.1基础物性数据 . 5a.液相物性数据 . 5b.气相物性数据 . 5c.气液两相平衡时的数据 . 65.2物料衡算 . 65.3填料塔的工艺尺寸计算 . 7a.塔径的计算 . 7b.泛点率校核和填料规格 . 9c.液体喷淋密度校核 . 95.4填料层高度计算 . 9a.传质单元数的计算 . 9b.传质

2、单元高度的计算 . 10c.填料层高度的计算 . 115.5填料塔附属高度的计算 . 125.6液体分布器的简要设计 . 12a.液体分布器的选型 . 12b.分布点密度及布液孔数的计算 . 135.7其它附属塔件的选择 . 14a. 填料支撑板.14b.填料压紧装置.14c.气体进出口装置与排液装置.14d.吸收塔主要接管的尺寸计算 . 15e.离心泵的选择 . 165.8流体力学参数计算 . 16a.填料层压力降的计算 . 16六、工艺设计计算结果汇总与主要符号说明 . 176.1基础物性数据和物料衡算结果汇总 . 176.2填料塔工艺尺寸计算结果表 . 196.3流体力学参数计算结果汇总

3、 . 206.4附属设备计算结果汇总 . 20D 38N6.5所用聚丙烯塑料阶梯环填料主要性能参数汇总. 20.专业.整理.下载可编辑6.6主要符号说明 . 21参考文献 . 22设计方案讨论及结束语 . 24.专业.整理.下载可编辑当气体混合物与适当的液体接触，气体中的一个或者几个组分溶解与液体中，而不能溶解的组分仍留在气体中，使气体得以分离。吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。本设计针对填料吸收进行相关计算，设备主体为塔状填料吸收器，塔装有填料支承与压紧装置、液体与气体分布器、液体再分布器

4、以及气体除沫器等。液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流动，并与在压强差推动下穿有时也将填料装成几层，每层的下边都设有单独的支撑板。当填料分层堆放时，层与层之间常装有液体再分布装置。2.1 设计任务2.2 设计步骤（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案;（2）针对物系及分离要求，选择适宜填料；（4）计算塔高及填料层的压降；（5）塔件选择。1操作压力为常压，操作温度：293K。2填料类型：选用聚丙烯阶梯环填料。3工作日：每年320天，每天24 小时连续运行。.专业.整理.下载可编辑4厂址：某地4.1吸收流程的选择收剂利用率高等显着优点，所以在本设计中选用逆流操作

5、。逆流操作4.2吸收剂的选择对于吸收操作，选择适宜的吸收剂，具有十分重要的意义。其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响。在考虑到吸收剂对溶质的溶解度、不易挥发、再生性能好，同时吸收剂应该具有良好的物理、化学性能和经济性等问题后，决定在本设计采用水作为吸收剂。4.3填料的选择塔填料是填料塔中的气液相间传质组件，是填料塔的核心部分。其种类繁多，性能上各有差异。由于本次过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，适合采用填料塔，所以采用散装D 38聚丙烯塑料阶梯环填料。N本设计所选材料主要性能参数如下：比表面积a=132.5m /m23t.专业.整理.下载可编辑孔隙率=0.91=1.45形状修正系数填

6、料因子=170m1FA=0.204临界力 33/ C 吸收SO 下进入吸收塔底部，2水从塔顶淋下，塔装有填料以扩大气液接触面积。在气体与液体接触的过程中，气体中的 SO 溶解于水，使离开吸收塔顶的气体二氧化硫含量降低至允许值，而溶有较多二氧2化硫的液体由吸收塔底排出。为了回收二氧化硫并再次利用水，需要将水和二氧化硫分离开，称为溶剂的再生。解吸是溶剂再生的一种方法，含二氧化硫的水溶液经过加热后送入解吸塔，与上升的过热蒸汽接触，二氧化硫从液相中解吸至气相。二氧化硫被解吸后，水溶剂得到再生，经过冷却后再重新作为吸收剂送入吸收塔循环使用。5.1 基础物性数据a.液相物性数据有关物性数据如下：密度粘度9

7、98.2Kg /m3L0.001004Pas 3.6kg /(mh)L表面力 72.67dyn/cm 941803kg /h2LSO 在水中的扩散系数D 1.4710 cm /s 5.2910 m /h52622Lb.气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为: M /MG 混合气体的平均密度为:1.164 /m3 GG.专业.整理.下载可编辑其中，R 8.314m kgPa/(kmolk)3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20 C空气的粘度为：1.8110 Pas 0.065kg /(mh)5GSO 在空气中的扩散系数为：D 0.108104m/s 0.039m /h222Gc.气液两

8、相平衡时的数据常压下20SO 在水中的亨利系数为：E 3.5510 KP32aE 3.55相平衡常数为： 3m35.04p 101.325溶解度系数为：H 0.0156 /(m )3LEM 3s5.2物料衡算y进塔气相摩尔比为：Y 11 y 111出塔气相摩尔比为：Y Y Y 0.0470.0470.950.00235211对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：X 02310027322.4 27320进塔惰性气相流量为：q 0.045)141.848Kmol/hnG即：Y YY Y0.0470.002350.047/35.040qq33.2881212X XY /mX* 1212实际操作液气比

9、：q1.5q1.533.28849.932qq 进塔吸收剂流量：q 49.932q 7082.754Kmol /hnLnG由q Y Y ) q (X X )得nG12nL12qX Y Y ) X 41q122.专业.整理.下载可编辑5.3填料塔的工艺尺寸计算a.塔径的计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速埃克特通用关联图:气相质量流量为：W =3608.4/hG液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：W =7082.75418127489.572kg/hLEckert通用关联图的横坐标为： W LG LWG查Eckert通用关联图得: u 2G.080.2FFgLL式中：u ：泛点气速

10、m/sFg：重力加速度 9.8m/s2.专业.整理.下载可编辑, ：气相，液相密度 kg /m3GL：液体粘度KPa sL：试验填料因子，m1F: 1）本次设计选用的是塑料阶梯环类型填料。查表散装填料泛点填料因子平均值N76550832200600226410瓷拉西环 1300其填料因子 170m1F泛点气速：0.018g0.0189.8998.2170 1 1.164 1.0040.2u Fm/sL0.2 FGLu对于散装填料，泛点率的经验值为 uF此处取u 0.7u 0.70.9430.6601m/sFG4D S umm圆整塔径取Dm。.专业.整理.下载可编辑b.泛点率校核和填料规格泛点率

11、校核:43100/36003.142u 0.649m/s1000%682%(在允许围)8uuF填料规格校核:D阶梯环的径比要求： 8dD有 即符合要求dc.液体喷淋密度校核取最小润湿速率为： L 0.08m3 / mhw 查资料手册得聚丙烯阶梯环比表面积a 132.5m/m23t U La 0.08m /(m h)t32minWmin127489.572/998.2U 96.247U0.7852故满足最小喷淋密度的要求.经以上各项校核可知，填料塔直径选用D=1300mm合理。5.4填料层高度计算a.传质单元数的计算Y * mX 35.040100.411Y * 022解吸因数为：qS 气相总传

12、质单元数为：1 *Y Y10.05260N S)S).31121SY Y *10.70180.00263022.专业.整理.下载可编辑10 1 10b.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2 0.750.10.05) (0.050.2aUU2L L ttUUaa2 ) () () 0.750.10.2wL LL Laat t L Lag 22g tLLLL L L Lt tL查表(常见材质的临界表面力值)， 得常见材质的临界表面力材质碳56瓷61玻璃73聚丙烯33聚氯乙烯 钢 石 蜡表面力40752033dyn/cm 427680kg /h2C1W液体质量通量为Ukg(

13、m.h)kg m22hLLD240.242768096098.87596098.875 132.50.0596098.87520.750.1aWa21exp 1.45 941803132.53.6 998.21.2710998.2941803132.58t0.637826kg kg m hW气体质量通量为U2GG2 2D24Ua Dt气膜吸收系数由下式计算 0.237() (0.7)13()GkGGDaGtGGG1.164132.58.3140.237132.50.0338/(m hKPa)2液膜吸收系数由下式计算gUk L)23() ()130.5LLLaDwLLLL.专业.整理.下载可编辑

14、96098.8753.63.61.27 80.00950.637132.53.6998.21.47998.252.169m/h由k a k a，因为本设计填料类型为开孔环，故查表得，常见填料的形状系数1.1GGw棒 形0.75拉西环1弧 鞍1.19开孔环1.45值0.721.45则k a k a 1.1 8.2lmp(m hKPa)1.11.133GGwk a k a 0.4 1.6980372.5( /l/h0.4l h0.4LLwu因为 642%50%，故需要按下式校正。uFu由 k a 1 k a1.4uGGFuk a 12.6( 2.2 k a，得uLLF k a 195(0 33(/

15、(aKPa)1.433G16(020 .22014l 0 /则有k aLl h11 1K a .6km9ol/(/KPa)Kmol3111111Gk a Hk a GLq G由H 2.618 K aP 1771.2OG22K aP D2G4Gc.填料层高度的计算Z H N .6.4.3.3.9.7m根据设计经验，填料层真实选用高度一般为Z 1.5)Z.3.45.4.73 3.8Z m所以Z.专业.整理.下载可编辑查表，对于阶梯环填料，h/D=815,h 6mmax散装填料分段高度推荐值鲍尔环阶梯环环矩鞍5108155156h取 10则 10130013000hmmD3800mm13000mm计

16、算得填料层高度为 3800mm，故不需要分段。5.5 填料塔附属高度的计算塔上部空间高度，通过相关资料可知1.21.5m可取为 1.3m，塔底液相停留时间为35按 4min 考虑，则塔釜液所占空间高度为：wV / )3 sL3 2SL460V4600.0355h 16.42mS0.7851.30.78522考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取 6.5m，所以塔的附属空间高度可以取为 1.3+6.5=7.8 米。因此塔的实际高度取 H=3.8+7.8=11.6m5.6 液体分布器的简要设计a.液体分布器的选型液体分布装置设于填料层顶部，用于将塔顶液体均匀分布在填料表面上，液体的分布装置性

17、能对填料塔效率影响很大，特别是大直径、低填料层的填料塔，尤其需要性能良好的液体分布装置。由于液体在填料塔分布均匀，可以增大填料的润湿表面积，以提高分离效果。因此，液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。从喷淋密度考虑，应保证每 60m2的塔截面上约有一个喷淋点，这样，可以防止塔壁流和沟流现象。.专业.整理.下载可编辑液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。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，以收集自上一填料层来的液体，为下一填料层提供均匀的液体分布。由于本次设

18、计的填料层不需要分段,故不需要安装液体分布器。b.分布点密度及布液孔数的计算Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值 / 点 m2D120042Eckert 42点/m,因为该塔液2相负荷较大，设计取喷淋点密度为120点/ m 。布液点数为：2n1.32点布液计算：由 L d 2gH24S0W127489.572L s0.0355m /s3L3600998.2 3600998.2其中：L : 液体流率Sn: 开孔数目: 孔流系数，取0.550.60d:孔径，0H: 开孔上方的液位高度，取 0.60，H 160mm40.03553.141600.6 29.80.16d 0mS 2gH N.专业.

19、整理.下载可编辑本设计取 d 17mm0槽式液体分布器二级槽的布液点示意图5.7其它附属塔件的选择a. 填料支撑板填料支撑板的作用是支撑塔的填料，同时起着气液流道及气体均布作用。常用的填料支撑装置由栅板型，孔管型，驼峰型等。对于散装填料因栅板结构简单、自由截面积大、造价低，普遍选用栅板支撑装置。b.填料压紧装置填料压板：栅条压板（填料直径介于0.6到 0.8间）丝网压板（空隙较大，一般用于塔径1200mm以下）大丝网压板（用于塔径1200mm以上）因此采用大丝网压板。c.气体进出口装置与排液装置气体进出口装置：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.专业.

20、整理.下载可编辑气流折转向上。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。本设计中选用除沫挡板。排液装置：液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔与塔外气体串通，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。d.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。在此选择原

21、则为：常压塔气体进出口管气速可取 1020m/s；液体进出口流速可取 0.81.5m/s。液体进料接管：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，管径计算如下取 =1.2m/s液4L40.03553.141.2则进料管管径D 0.194mS1液查GB-T17395(2008) - 无缝钢管尺寸可知，可选用热轧无缝钢管管径为 220mm10200mm.实际通过液体接管的液速为：4L4u 液s 2m/s。 1.041m/s93.140.174D2气体进料接管：采用直管进料。取气速u 18.0m/s气G001设计取进料管管径D m02ms2u气.专业.整理.下

22、载可编辑所以查GB-T17395(2008)- 无缝钢管尺寸可知，取管径为 ， 实际管径为253 ，则实际通过气体接管的气速为：mm4G442u 气s s1 /D2340322吸收剂输送管路直径及流速计算：根据管材规，选择 200mm8型的热轧无缝管道，其径为184mm，其实际流速为：40.m/s。 / u m s3.1422e.离心泵的选择W 流量 Q127.719m /h3LL单级单吸离心泵，其性能参数如下表必需汽蚀余效率/%81(NPSH)r /m轴功率13.5电机功率18.53.01450200205.8流体力学参数计算a.填料层压力降的计算气体进出口压力降：mm=/su111则进口

23、480Pa（突然扩大 =1）P1 u22 2222 G1 出口 u 1 8P (突然缩小 =0.5）P2 u2 填料层压力降：采用Eckert关联图计算，有前面计算可知其中横坐标为：WW( ) 060.5LGGL.专业.整理.下载可编辑查散装填料压降填料因子平均值得散装填料压降填料因子平均值填料因子, 1/mDDDDN16 N25 N38 N50 N76D瓷矩鞍环 700 215 140 160瓷拉西环 1050 576 450 288-m-1P纵坐标为： 0.649 116 1 1.1642u20.2G1.0045.819 1030.2P9.8998.2gLL查Eckert关联图得P196P

24、a/mZ所以填料层压力降为：P 1963.8744.8Pa其它塔间的压力降较小,因此可忽略，于是得到吸收塔的总压力降为：P =P+P +P 170.940+85.470+744.81001.21Pa总126.1基础物性数据和物料衡算结果汇总.专业.整理.下载可编辑表-1L0.001004( )=3.6Pa s /(mh)L/ )=941803(kg/h ) L1.4710 ( /s)=5.29-5 2D二氧化硫在水中扩散系数LM混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均密度混合气体的粘度GG1.8110 Pas 0.065kg /(mh)G二氧化硫在空气中扩散系数D0.10810 (m /s)=0.

25、039(m /h)2G0.0156Kmol /(KPam )3二氧化硫进塔摩尔比二氧化硫出塔摩尔比惰性气体摩尔流量吸收剂摩尔流量液相进口摩尔比液相出口摩尔比q104X1.专业.整理.下载可编辑6.2 填料塔工艺尺寸计算结果表表-2符号气相质量流量WG液相质量流量塔径D空塔气速u泛点率u uFN96098.875kg/(m h)U2液体质量通量气体质量通量L2967.625kg/(m h)U2G0.0338kmol/(m.h.k2.169(m/h)气膜吸收系数液膜吸收系数kGkL气相总吸收系数(校正后)液相总吸收系数（校正后）气相总传质系数8.228kmol/(m .h.kpa3k aG气相传质

26、单元高度H填料层高度填料塔上部空间高度mh11.3m.专业.整理.下载可编辑填料塔下部空间高度h2塔附属高度塔高hHAnd0H0.0163m0.16m开孔上方高度6.3流体力学参数计算结果汇总表-312PP总6.4附属设备计算结果汇总表-4液u13.71 m/s气1597mm386.5所用D 聚丙烯塑料阶梯环填料主要性能参数汇总N.专业.整理.下载可编辑表-5DNF/CP6.6主要符号说明1、英文字母表-6awa tDU kg/(m2 h)kg2ULGgEH m 0H OG m ;P ;u ;Fq ;nGG 3S 气 膜 吸 收 系 数 ，kGk L.专业.整理.下载可编辑k a3GK a K a LG LqSnLW GWL 2.希腊字母表-7m 2min max 2 4.专业.整理.下载可编辑6 7- . .专业.整理.下载可编辑设计方案讨论及结束语本次设计的用水吸收二氧化硫的填料吸收塔，采用的是 D 38聚丙烯塑料阶梯环填N 3100m /h。 经过计算得出塔径为 1300mm,塔总3体高度为