水吸收二氧化硫填料塔课程设计

《化工原理课程设计》报告设计任务书设计题目试设计一座填料吸取塔，用于脱除混于空气中的SO2，混合气体的解决为2500m3/h,其中SO2（体积分数）8﹪。规定塔板排放气体中含SO2低于0.4％，采用清水进行吸取。操作条件常压，20℃填料类型选用塑料鲍尔环、陶瓷拉西环填料规格自选设计内容吸取塔的物料衡算吸取塔的工艺尺寸计算填料层压降的计算吸取塔接管尺寸的计算绘制吸取塔的构造图对设计过程的评述和有关问题的讨论参考文献附表目录TOC\o"1-4"\h\z\u一、概述 4二、计算过程 41.操作条件的拟定 41.1吸取剂的选择…………….41.2装置流程的拟定………...41.3填料的类型与选择………41.4操作温度与压力的拟定 42.有关的工艺计算 52.1基础物性数据……………52.2物料衡算 62.3填料塔的工艺尺寸的计算 62.4填料层降压计算 112.5吸取塔接管尺寸的计算………………..122.6附属设备………………..12三、评价………………...13四、参考文献………………...13五、附表………14概述填料塔不仅构造简朴，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，因此它特别合用于解决量小，有腐蚀性的物料及规定压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相构成沿塔高持续变化，因此填料塔属持续接触式的气液传质设备。设计方案的拟定(一)操作条件的拟定1．1吸取剂的选择由于用水作吸取剂，同时SO2不作为产品，故采用纯溶剂。1．2装置流程的拟定用水吸取SO2属于中档溶解度的吸取过程，故为提高传质效率，选择用逆流吸取流程。1．3填料的类型与选择用不吸取SO2的过程，操作温度低，但操作压力高，由于工业上普通选用塑料散堆填料，在塑料散堆填料中，塑料鲍尔环填料的综合性能较好。鲍尔环填料是对拉西环的改善，鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的运用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。1．4操作温度与压力的拟定20℃，常压（二）填料吸取塔的工艺尺寸的计算2．1基础物性数据①液相物性数据对于低浓度吸取过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据查得，293K时水的有关物性数据以下：密度ρ=998.2kg/m粘度μL=0.001Pa·s=3.6kg/(m·h)表面张力бL=72.6dyn/cm=940896kg/h3SO2在水中的扩散系数为DL=1.47×10-5m2/s=5.29×10-6m2/h②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mvm=∑yiMi=0.08×44＋0.92×29=31.8混合气体的平均密度ρvm=kgm-3混合气体粘度近似取空气粘度，手册20℃空气粘度为μV=1.81×10-5Pa·s=0.065kg/(m•h)查手册得SO2在空气中的扩散系数为DV=0.108cm2/s=0.039m2/h由手册查得20℃时SO2在水中的亨利系数E=3550kPa相平衡常数为m=溶解度系数为H=2.2物料衡算进塔气相摩尔比为y1=0.08出塔气相摩尔比为y2=0.004进塔惰性气相流量为V=该吸取过程为低浓度吸取，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即（对于纯溶剂吸取过程，进塔液构成为X2=0（取操作液气比为L/V=1.4L/V=1.4×33.29=46.61L=46.61×95.67=4459.18kmol/h∵V(y1-y2)=L(x1-x2)∴x1=2.3填料塔的工艺尺寸计算①塔径计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相质量流量为WV=2500×1.322=3305kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算即WL=4459.18×18.02=80354.42kg/hEckert通用关联图横坐标为查埃克特通用关联图得查表（散装填料泛点填料因子平均值）得取u=0.7uF=0.7×1.149=0.8046m/s由1.048m圆整塔径，取D=1.1m泛点率校核u=﹪=63.63％(在允许范畴内)填料规格校核：液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为（LW）min=0.08m3/m·h查塑料(聚乙烯）鲍尔环（*）特性数据表得：型号为DN50的鲍尔环的比表面积at=92.7m2/m3Umin=(LW)minat=0.08×92.7=7.416m3/m2·hU=经校核可知，塔径D=1100mm合理②填料层高度计算y=mx1=35.04×0.00163=0.0571Y=mX2=0脱因系数为S=气相总传质单元数NOG===10.319气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算查常见材质的临界表面张力值表得c=33dyn/cm=427680kg/h2液体质量通量为=0.6467吸取系数由下式计算质量通量为=0.237×85.71×1.08×0.0015=0.0325kmol/(m3·h·kPa)吸取系数由下式计算=3.236m/h查常见填料的形状系数表得u/uF=63.63％>50﹪得得HOG=Z=HOGNOG=0.488×10.319=5.03m得Z′=1.3×5.03=6.539取填料层高度为Z′=6.6m查塑料鲍尔环高度推荐值表对于阶梯环填料，hmax≤6m取h/D=8则h=8×1100=8800mm计算得填料层高度为66000mm，故不需分段2.4填料层压降计算散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。计算时，先根据气液负荷及有关物性数据，求出横坐标值。再根据操作空塔气速U用有关物性数据，求出纵坐标值。通过作图得出交点，读出过交点的等压线数值，即得出每米填料层压降值。用埃克特通用关联图计算压降时，所需填料因子与液体喷淋点密度有关，为了工程计算的方便，常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平均值。埃克特通用关联图横坐标为=0.885查散装填料压降填料因子平均值表得查通用关联图得：△P/Z=190.45Pa/m填料层压降为△P=190.45×6.6=1256.97Pa查此图时，一定要看好，最佳用两个直角板找到横坐标和纵坐标的交点，在预计出合理的等压线数值。2.5吸取塔接管尺寸计算普通管道为圆形，d为内径，水流速为0.5～3m/s常压下气体流速10～30m/s则气体进口直径气体出口直径d2=d1=172mm喷液进口直径喷液出口直径d4=d3=240mm排液口直径d5=d3/2=120mm2.6附属设备（1）本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分面器，且填料层不高，可不设液体再分布器。（2）塔径及液体负荷不大，可采用较简朴的栅板型支承板及压板。三、评价设计中问题的评价：对于吸取塔基本尺寸的拟定以及数据来源，物性参数，适宜取值范畴的拟定要按具体的实际设计状况来定。对于吸取塔填料装置的材料属性，以及经济效益要综合考虑工艺的可能性又要满足实际操作原则。对于吸取塔的温度的拟定，由吸取的平衡关系可知，温度减少可增加溶质组分的溶解度，对于压力的拟定，选择常压，减少工作设备的负荷。设计体会刚拿到任务阐明书时，一脸茫然，大家都是第一次接触到这个陌生的东西，面对大量繁琐的计算，我的头都大了，其中我得了一种很不合理的数据，通过重复查找，才发现前面有个小数点弄错了，我深深体会到了科学需要的严谨性。在设计课程报告时，要输入大量的公式，我自学了一点公式编辑器的知识，感觉它非常有用，此后有时间还得好好学学。我会好好看待后来的每一次设计，让老师满意。但愿老师对我这次的体现承认。四、参考文献1、《化学工程手册》编辑委员会，化学工程手册——气液传质设备2、贾绍义，紫诚敬《化工原理课程设计》天津大学出版社，3、刘乃鸿等《当代填料塔技术指南》天津，中国石化出版社19984、徐崇嗣等《塔填料产品及技术手册》北京，化学工业出版社19955、姚玉英《化工原理，下册》天津大学出版社1999五，附表埃克特通用关图填料特性参数填料名称规格（直径×高×厚）/mm材质及堆积方式比表面积/m2.m3空隙率/m3/m3干填料因子/m-1塑料鲍尔环50（*）×50×4.5塑料乱堆92.70.90127