化工原理课程设计吸收塔-终极版

PAGEPAGE1目录引言 11.流程的说明 21.1吸收剂的选择 21.2填料层 21.2.1填料的作用 21.2.2填料种类的选择 31.2.3填料的选择 31.2.4填料塔的选择 31.3吸收流程 41.4液体分布器 41.5液体再分布器 42.吸收塔工艺计算 52.1基础物性数据 52.1.1液相物性数据 52.1.2气相物性数据 52.2物料衡算 52.3填料塔的工艺尺寸计算 62.3.1塔径计算 62.3.2传质单元高度的计算 82.3.3传质单元数的计算 82.3.4填料层高度的计算 92.4塔附属高度的计算 102.5填料层压降的计算 102.6其他附属塔内件的选择 112.6.1液体分布器的选择： 112.6.2布液计算 122.7.3液体再分布器的选择 132.6.4填料支承装置的选择 132.6.5填料压紧装置 142.6.6塔顶除雾器 142.7吸收塔的流体力学参数计算 142.7.1吸收塔的压力降 142.7.2吸收塔的泛点率校核 142.7.3气体动能因子 153.其他附属塔内件的选择 153.1吸收塔主要接管的尺寸计算 153.2离心泵的计算与选择 163.3风机的选取 174.总结 18附录一吸收塔设计计算用量符号总表 19参考文献 21引言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面积具有良好的湍流状态，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，分率效率高等优点，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。则需要采用多塔流程（通常是双塔吸收流程）吸收流程吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高（具有多个理论级的分离能力）的显着优点而广泛应用。工程上，如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。本设计采用单塔逆流操作。液体分布器根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器，布液孔数应应依所用填料所需的质量分布要求决定，喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大这一规律。液体再分布器升气管式再分布器适用于直径0.6m以上的塔，而且可以分段卸下填料，更换填料方便，所以本设计选用升气管式再分布器。2.吸收塔工艺计算2.1基础物性数据2.1.1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水的物性数据。由手册查得，20℃密度黏度表面张力为SO2在水中的扩散系数为2.1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为:混合气体的密度为：混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查资料得20℃查得SO2在空气中的扩散系数为：2.2物料衡算进口气体的体积流量：二氧化硫的摩尔分数为：进塔气相摩尔比为:效率: 出塔气相摩尔比：进塔惰性气相流量：出口液体中溶质与溶剂的摩尔比：X2=0查表知20℃时最小液气比：取液气比：故2.3填料塔的工艺尺寸计算2.3.1塔径计算该流程的操作压力及温度适中，避免二氧化硫腐蚀，故此选用型的陶瓷鲍尔环填料。其主要性能参数为：比表面积：空隙率：形状修正系数：填料因子平均值：吸收液的密度近似看成20度水的密度：采用Eckert关联式计算泛点气速：气相质量流量为：液相质量流量为：选用型的陶瓷鲍尔环填料因子比表面积查乱堆填料泛点线图知：代入数值得：取空塔气速：塔径圆整塔径，取(50%-80%为经验值，所以在允许范围之内)遇到的问题：空塔气速取泛点气速的百分比，取值70%以下校核时超出经验值填料规格校核(合格)液体喷淋密度校核：填料表面的润湿状况是传质的基础，为保持良好的传质性能，每种填料应维持一定的液体润湿速率（或喷淋密度）。依Morris等推荐，的环形及其它填料的最小润湿速率（）min为最小喷淋密度：喷淋密度：经以上校核可知，填料塔直径选用合理。2.3.2传质单元高度的计算2.3.3传质单元数的计算液体质量通量：气体质量通量：气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：气膜吸收系数：液膜吸收系数：查表知：继续修正：2.3.4填料层高度的计算由填料有效高度取：设计取填料层高度为：对于乱堆鲍尔环：,取计算得填料层高度为6.3m需要分层 2.4塔附属高度的计算塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高度，塔的底部空间高度等。塔的上部空间高度是为使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来而留取的高度，可取1.2m（包括除沫器高度）。设塔定液相停留时间为10s，则塔釜液所占空间高度为考虑到气相接管的空间高度，底部空间高度取为0.5米，那么塔的附属空间高度可以取为1.7m。吸收塔的总高度为2.5填料层压降的计算气体通过填料塔的压强降，对填料塔影响较大。如果气体通过填料塔的压强降大，则操作过程的消耗动力大，特别是负压操作更是如此，这将增加塔的操作费用。气体通过填料塔的压力降主要包括气体进入填料的进口及出口压力降，液体分布器及再分布器的压力降，填料支撑及压紧装置压力降以及除沫器压力降等。填料层压降的计算取Eckert(通用压降关联图)；将操作气速(＝0.8688m/s)代替纵坐标中的查表，DG50mm陶瓷鲍尔环的压降填料因子代替纵坐标中的．则纵标值为：横坐标为：查图得：全塔填料层压降：填料塔泛点气速及气体压力降计算用关联图2.6其他附属塔内件的选择2.6.1液体分布器的选择：液体分布器可分为初始分布器和再分布器，初始分布器设置于填料塔内，用于将塔顶液体均匀的分布在填料表面上，初始分布器的好坏对填料塔效率影响很大，分布器的设计不当，液体预分布不均，填料层的有效湿面积减小而偏流现象和沟流现象增加，即使填料性能再好也很难得到满意的分离效果。因而液体分布器的设计十分重要。特别对于大直径低填料层的填料塔，特别需要性能良好的液体分布器。液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。液体分布器的种类较多，有多种不同的分类方法，一般多以液体流动的推动力或按结构形式分。若按流动推动力可分为重力式和压力式，若按结构形式可分为多孔型和溢流型。其中，多孔型液体分布器又可分为：莲蓬式喷洒器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和双排管式多孔型分布器等。溢流型液体分布器又可分为：溢流盘式液体分布器和溢流槽式液体分布器。根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器，布液孔数应应依所用填料所需的质量分布要求决定，喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大这一规律。按Eckert建议值，，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：盘式分布器（筛孔式）：分布盘直径：600mm分布盘厚度：4mm2.6.2布液计算由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，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5点数为n=132点，(见示意图)布液计算：L:液体流量m3/sn:开孔数目:孔流系数，取d0:孔径，m:开孔上方的液位高度，m取，，根据物质性质取分布点数取100设计取2.7.3液体再分布器的选择除塔顶液体的分布之外，填料层中的液体的再分布是填料塔中的一个重要问题。往往会发现，在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后雁塔壁下流，塔中心处填料得不到好的湿润，形成所谓“干椎体”的不正常现象，减少了气液两相的有效接触面积。因此每隔一定距离必须设置液体再分布器，以克服此种现象。升气管式再分布器适用于直径0.6m以上的塔，而且可以分段卸下填料，更换填料方便，所以本设计选用升气管式再分布器。2.6.4填料支承装置的选择填料支承装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量，同时保证气液两相顺利通过。支承若设计不当，填料塔的液泛可能首先发生在支承板上。为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的空隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，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。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承装置本身对塔内气液的流动状态也会产生影响，因此作为填料支承装置，除考虑其对流体流动的影响外，一般情况下填料支承装置应满足如下要求：足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量（持液量），并考虑填料空隙中的持液量，以及可能加于系统的压力波动，机械震动，温度波动等因素。足够的开孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撑处发生液泛；为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的空隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，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。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛[12]。结构上应有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于20Pa）。本设计运用的瓷质鲍尔环，孔隙率相对较大，升气管式支撑板能更好的克服支撑板的强度和自由截面之间的矛盾，耗能更好的适应高空隙率填料的要求，本设计选用升气管式支撑板。2.6.5填料压紧装置为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。填料限定可分为类：一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板；一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限定板。填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其开始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。一般要求压板和限制板自由截面分率大于70%。本任务由于使用陶瓷填料，故选用床层限定板。2.6.6塔顶除雾器由于气体在塔顶离开填料塔时，带有大量的液沫和雾滴，为回收这部分液相，经常需要在顶设置除沫器。根据本吸收塔的特点，此处用丝网除雾器：2.7吸收塔的流体力学参数计算2.7.1吸收塔的压力降气体通过填料塔的压强降，对填料塔影响较大。如果气体通过填料塔的压强降大，则操作过程的消耗动力大，特别是负压操作更是如此，这将增加塔的操作费用。气体通过填料塔的压力降主要包括气体进入填料的进口及出口压力降，液体分布器及再分布器的压力降，填料支撑及压紧装置压力降以及除沫器压力降等。填料层压降的计算可以利用Eckert通用关联图计算压强降；2.7.2吸收塔的泛点率校核塔的操作气速为，泛点气速为泛点率(50%-80%为经验值，所以在允许范围之内)2.7.3气体动能因子吸收塔内气体动能因子为气体动能因子在常用的范围内。3.其他附属塔内件的选择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。在此分别以液体进料管和气体进料管的管径计算为例进行说明。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10～20m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取0.8～1.5m/s（必要时可加大些）1．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，管径计算如下选管内液体流速：估算管内径：管选用的普通焊接钢管，内径为156mm管内实际流速：2．气体进料接管采用直管进料。取气速取管径为实际管内径为，则实际通过气体接管的气速为：3.2离心泵的计算与选择钢管的绝对粗糙度，相对粗糙度查表得摩擦系数泵入口管长：0.2m喷头前管长0.5m全程有一个截止阀（全开）：三个90度弯头：带滤水器的底阀（全开）： 吸入管伸进水里出口突然扩大进口突然缩小以河面为1-1截面，出口处为2-2截面列伯努利方程：选用IS100-80-125型流量为扬程为20m的泵流量m3/h扬程H/m效率η/%功率/kw必需汽蚀余量(NPSH)r/m转速（r/min）轴功率电功率10020787.00114.52900准备两个泵，一个备用3.3风机的选取本设计混合气体流量为2000m34-72-3.2A型离心式鼓风机其参数如下流量m3/h全压Pa转速r/min功率Kw电机型号2100130029002.2Y90L-2准备两个风机，一个备用

4.总结这次课程设计经过两周的时间得以完成，主要包括目录、引言、设计方案、吸收塔的工艺计算等内容，主要通过上网搜集资料、查找统计文献、数据的整合计算、文字的筛选等部分组成，在此基础上形成了该课程设计的基础框架，最后由本人加以总结整合，提出了相关设计方案，具体内容在课程设计各章节有所体现。在短短的两周里，我真实的体会到理论与实践结合的困难，也学到了用所学的有限的理论知识去解决实际过程中的问题的不易。在初步设计的时候，由于二氧化硫在30度的时候的溶解度曲线不是一条直线，而是一条曲线，而在计算相关参数的时候用亨利定律只能计算溶解度曲线是直线的情形，所以不能用亨利定律来计算相关参数。我们不得不通过查找文献来寻找30度时候二氧化硫的溶解度时及在各个溶解度点的时候的平衡分压，然后在坐标纸上准确的作出这么一条曲线。通过这条曲线找到在进气口处气体中含有百分之九的二氧化硫的时候，对应的吸收挤中二氧化硫的平衡摩尔分数，从而确定平均溶解度系数。在设计过程中我慢慢发现吸收单元的操作型设计与计算，在工业生产中起着非常重要的作用，要求也很严格，设计合理与实用性好是必须的。为使化工生产更加便捷，操作费用低廉，有些工艺材质需要加以改进，如塔填料。同时也要注意相关附属设备的选择，如选泵，要从多方面考虑，管道的直径，管中流速，流量等。这次课程设计让我有了很多的收获。首先，通过课程设计资料的搜索以及对数据的计算中，让我对化工原理有了更加清晰、更加深刻的认识，课程设计本身的完成过程，其实也是自己对化工原理轮廓的理解，对内容的把握的过程，这样可以更加丰富的了