30时水吸收二氧化硫填料塔的设计11405.doc

《30时水吸收二氧化硫填料塔的设计11405.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《30时水吸收二氧化硫填料塔的设计11405.doc（23页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、目录目录1课程设计目的12课程设计题目描述和要求 13课程设计报告容43.1 根底物性数据43.1.1 液相物性数据43.1.2 气相物性数据5气液相平衡数据63.2 物料衡算63.3 塔径计算73.3.1 塔径的计算8泛点率校核： 8填料规格校核：9液体喷淋密度得校核：93.4 填料层高度的计算93.4.1 传质单元数的计算9 传质单元高度的计算10填料层高度的计算113.5 填料塔附属高度的计算113.6 液体分布器计算12液体分布器的选型12布液计算133.7 其他附属塔件的选择13填料支承装置的选择13填料压紧装置16塔顶除雾器173.8 吸收塔的流体力学参数计算173.81 吸收塔的

2、压力降173.8.2 吸收塔的泛点率183.8.3 气体动能因子183.9 附属设备的计算与选择183.9.1 离心泵的选择与计算18吸收塔主要接收尺寸选择与计算3工艺设计计算结果汇总与主要符号说明244总结26参考文献271. 1. 课程设计目的课程设计目的化工原理课程设计是学生学过相关根底课程及化工原理理论与实验后，进一步学习化工设计的根底知识，培养工程设计能力的重要教学环节。通过该环节的实践，可使学生初步掌握单元操作设计的根本程序与方法，得到工程设计能力的根本锻炼。化工原理课程设计是以实际训练为主的课程，学生应在过程中收集设计数据，在教师指导下完成一定的设备设计任务，以到达培养设计能力的

3、目的。单元过程及单元设备设计是整个过程和装备设计的核心和根底，并贯穿于设计过程的始终，从这个意义上说，作为相关专业的本科生能够熟练地掌握典型的单元过程及装备的设计过程和方法，无疑是十分重要的。2 2课程设计题目描述和要求课程设计题目描述和要求2.12.1 设计题目描述设计题目描述(1)(1) 设计题目设计题目二氧化硫填料吸收塔及周边动力设备与管线设计(2)(2) 设计容设计容根据所给的设计题目完成以下容：(1)设计方案确定； (2)相关衡算； (3)主要设备工艺计算； (4)主要设备构造设计与算核；(5)辅助或周边设备的计算或选择；(6)制图、编写设计说明书及其它。(3)(3) 原始资料原始资

4、料设计一座填料吸收塔，用于脱除废气中的 SO2，废气的处理量为1000m3/h，其中进口含 SO2为 9%摩尔分率 ，采用清水进展逆流吸收。要求塔吸收效率达 94.9%。吸收塔操作条件：常压 101.3Kpa；恒温，气体与吸收剂温度：303K清水取自 1800 米外的湖水。示意图参见设计任务书。设计满足吸收要求的填料塔及附属设备；选择适宜的流体输送管路与动力设备求出扬程、选定型号等 ，并核算离心泵安装高度。2.22.2 设计要求设计要求设计时间为两周。设计成果要求如下：1.完成设计所需数据的收集与整理2.完成填料塔的各种计算3.完成动力设备及管线的设计计算4.完成填料塔的设备组装图5. 完成设

5、计说明书或计算书手书或电子版打印均可目录、设计题目任务、气液平衡数据、L/G、液泛速度、塔径、KYa或 K*a的计算、HOL、NOL的计算、动力设备计算过程包括管径确定等。3 3课程设计报告容课程设计报告容吸收塔的工艺计算吸收塔的工艺计算3.13.1 根底物性数据根底物性数据3.1.1 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，30时水的有关物性数据如下：密度【1】3/7 .995mKg水黏度【1】sPa6105 .801水外表力为0.07122N/mL【1】SO2 在水中的扩散系数为922.2 10/LDms【1】3.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔

6、质量为Kg/mol【1】Kg/mol【1】29空气M64二氧化硫Mkg/kmol15.3209. 06491. 029111_yMyMM二氧化硫空气）（混合气体的密度为3_/293. 1mKgRTPMV混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查资料【1】得 30空气的黏度为=0.0000186pa sG【1】查得 SO2 在空气中的扩散系数为521.469 10/GDms【1】气液相平衡数据查资料【5】：OKgHKgSO22100CA (kmol/m3)310 xH (kmol/kpa*m3)y(kpa)*AP5.010.74213.900.01230.59560.272.500.3796.980

7、.01320.28428.771.500.2304.200.01380.16416.611.000.1542.800.01460.10410.540.700.1081.960.01560.0686.930.500.1.400.01600.0474.800.300.0470.840.01790.0262.620.200.0.560.01970.0161.570.150.0.420.02130.0111.080.100.0160.280.02540.0060.63CA-30 度时二氧化硫在水中的平衡浓度，单位为 kmol/m3-30 度时二氧化硫在水中溶解平衡时的摩尔分数xH-30 度时二氧化硫在

8、水中到达平衡时的溶解度系数，单位为kmol/kpa*m3y-30 度时气相中二氧化硫的摩尔分数-30 度时气相中二氧化硫的平衡分压，单位为 kpa*AP由以上的 y 和*，以*的值为横坐标，y 的值为纵坐标作平衡曲线，如图 1.1：3.23.2 物料衡算物料衡算进口气体的体积流量 G=1000m3/h 二氧化硫的摩尔分数为 y1=0.09 进塔气相摩尔比为 Y1=y1/1-y1=0.09/(1-0.09)=0.0989效率211/94.9%YY 出塔气相摩尔比 Y2=11Y=0.00504进塔惰性气相流量 G=(G/22.4) (1-y1) 273/303=(1000/22.4) (1-0.0

9、9)273/303=36.603kmol/h 空气的体积流量 VG=G (1-y1)=1000 0.91=910m3/h出口液体中溶质与溶剂的摩尔比 *2=0由图 1.1 平衡曲线可以读出 y1=0.09 所对应的溶质在液相中的摩尔分数 *1x=0.00252 对应的液相中溶质与溶剂的摩尔比为00253. 000252. 0100252. 01*1*1*1xxX最小液气比【1】099.37)(2*121minXXYYGL取液气比【1】649.55)(5 . 1minGLGL故 L=G 55.649=2036.920kmol/h操作线方程：【1】代入数据得：2YXGLY00504. 0649.5

10、5XY3.33.3 塔径计算塔径计算该流程的操作压力及温度适中，防止二氧化硫腐蚀，故此选用型的塑mm25料鲍尔环填料。其主要性能参数为：比外表积【4】32/209mmat空隙率【4】33/90. 0mm形状修正系数=1.45【4】填料因子平均值=232 m【4】p1A=0.0942 【4】 K=1.75【4】3.3.13.3.1 塔径的计算塔径的计算吸收液的密度近似看成 30 度水的密度：3/7 .995mKgL水30 度时空气的密度【1】【1】3/165. 1mKg空气3/927. 2mKg二氧化硫采用 Eckert 关联式计算泛点气速：气相质量流量为：液相质量流量为：选用型的塑料鲍尔环 A

11、=0.0942 【4】 K=1.75【4】mm25【4】8/14/12 . 032)()()(LVVLLLVtFgWWKAagul代入数值得：smuF/77. 0取空塔气速：smuuF/462. 06 . 0,塔径【1】muGD875. 04,圆整塔径，取 D=0.9m则算得221000/36000.437/0.7850.785 0.9Gum sD泛点率校核：填料规格校核：0.93615()d0.025D合格【4】液体喷淋密度校核：填料外表的润湿状况是传质的根底，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，d75mm 的环形及其它填料的最小润湿

12、速率WLmin 为320.08m / mh最小喷淋密度32minmin0.08 20916.72/WtULammh喷淋密度32min236.82357.91/()0.94VLUmmhU经以上校核可知，填料塔直径选用 D=900mm 合理。3.43.4 填料层高度的计算填料层高度的计算3.4.1 传质单元数的计算由图 1.1 曲线可以读出以下 9 个点所对应的 y 和*：点数序号yY*x*XXf*189%0.098900.002450.0024560.0016871300.39378%0.086960.002220.0022200.0014721336.89867%0.075270.001970

13、.0019700.0012621412.42956%0.063830.001720.0017230.0010561499.25045%0.052630.001460.0014620.0008891745.20134%0.041670.001230.0012320.0006581742.1623%0.030930.000970.0009710.0004651980.19812%0.020410.000730.0007300.0002762202.64300.457%0.005040.000240.00024104168.404由辛普森积分法有：000277. 08000241. 0002456.

14、 08*0*8XXm96. 3254.428680000923. 0).424(332180fffffNOL-与 y 对应的平衡液相中的溶质的摩尔分数*x-与 Y 对应的平衡液相中的溶质与溶剂的摩尔比*X-传质单元数，单位 mOLN传质单元高度的计算查资料【5】有：sPasmDsmDmNmNGLGLC52925231086. 1/102 . 2, ,/10469. 1/10122. 7, ,/1033气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：液体质量通量气体质量通量气膜吸收系数：液膜吸收系数：填料层高度的计算由1.25 3.964.95OLOLZHNm填料有效高度取：Z=1.3Z=6.435

15、m设计取填料层高度为6.435mZ 3.53.5 填料塔附属高度的计算填料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别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收的空间高度，底部空间高度取为 0.5 米，则塔的附属空间高度可以取为 1.7m。吸收塔的总高度为h1.76.4358.135m3.63.6 液体分布器计算液体分布器计算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，用于将塔顶液体均匀的分

16、布在填料外表上，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别离效果。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构造尺寸。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

17、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构造形式分。假设按流动推动力可分为重力式和压力式，假设按构造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。液体分布器的选型800Dmm时，建议采用盘式分布器筛孔式液体分布器的选择：按 Eckert 建议值，275060c

18、mDmm时，每塔截面设一个喷淋点，按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进展布点设计。设计结果为：盘式分布器筛孔式：【5】分布盘直径：600mm【5】分布盘厚度：4mm【5】布液计算由HgndLoS24取设计取mmd1503.73.7 其他附属塔件的选择其他附属塔件的选择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液体的重量，同时保证气液两相顺利通过。支承假设设计不当，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

19、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：1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

20、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。构造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 ；构造简单，便于加工制造安装和维修。要有一定的耐腐蚀性。因栅板支承板构造简单，制造方便，满足题目各项要求，应选用栅板支承板。栅板两块查资料【5】(单位：mm)DRsht88044065025栅板 1：单位：mm1l1L1n2l3l连接板长度270880102507270栅板 2：单位：mml1n2l3l连接板长度303102509260如图：支承板支撑圈两块查资料【5】)(1mmD)(2mmD厚度mm8947

21、948升气管式再分布器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，破坏填料层构造，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，改变其开场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%。本任务由于使用塑料填料，应选用床层限定板。塔顶除雾器由于气体在塔

22、顶离开填料塔时，带有大量的液沫和雾滴，为回收这局部液相，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：52341mmD smKuGGL/09. 03.83.8 吸收塔的流体力学参数计算吸收塔的流体力学参数计算3.81 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；横坐标为又查

23、散装填料压降填料因子平均值】【42321mP操作空塔气速 u=0.437m/s其它塔件的压力降P较小，在此可忽略3.8.2 吸收塔的泛点率校核泛点率0.437100%56.75%(50% 85%)0.77Fuu为经验值，所以在允许范围之内3.8.3 气体动能因子吸收塔气体动能因子为气体动能因子在常用的围。3.93.9 附属设备的计算与选择附属设备的计算与选择3.9.1 离心泵的选择与计算取液体流速为 u=2.0m/s原料泵的选择对 1-1 和 2-2 截面列伯努力方程得：选用 IS80-65-125 型泵【1】汽蚀余量：3.03.5m【1】30 度时水的饱和蒸汽压由于本设计中吸收剂使用的是水，

24、因而，采用清水泵可用于输送各种工业用水以及物理性质、化学性质类似于水的其他液体既简单又使用。通过计算可知，吸收塔所要求的压头不是很高，所以采用普通的单级单吸式即可，本设计中选用的型号为 IS125-100-200,其具体参数如下：转速流量扬程效率轴功电机功必须汽蚀余量质量n/(r/min)/m3/hH/m%/率/kW率/kWmNUSHr/)(泵/底座/kg145010012.5764.487.52.5100/66远处泵和管路的设计及计算远处泵和管路的设计及计算90 度弯头三个,进水管伸进水里，总管长 l=1802.8+1.0=1803.8mml0 . 1, ,钢管绝对粗糙度:吸收塔主要接收尺寸

25、选择与计算1进气管(管的末端可制成向下的喇叭形扩大口取气体流速 u=15m/s=54000m/h2液体出口装置对于直径 1.5mm以下的塔，管口末端可制成向下的喇叭形扩大口，防止淋下的液体进入管，同时还要使气体分散均匀。3气体出口装置气体的出口装置，要求既能保证气体畅通又要尽量除去被夹带的液沫，在气体出口前加装除液沫挡板。当气体夹带较多雾滴时，需另装除沫器4液体管路直径取液体流速smu/2据根管材规，选择热轧无缝钢管，取管径为：89mm 4mm其径为 81mm。5液体进口装置液体进口管应直接通向喷淋装置，可选用直管。液体出口装置为了便于塔液体排放，保证塔有一定液封装置高度而设计，并能防止气体短

26、路。6封头工艺设计计算结果汇总与主要符号说明工艺设计计算结果汇总与主要符号说明吸收塔的吸收剂用量计算总表表-1工程符号数值与计量单位混合气体处理量V10003/mh进塔气相摩尔比10.0989 出塔气相摩尔比20.00504进塔液相摩尔分率2X0 出塔液相摩尔分率1X0.00253 最小液气比/L G55.649混合气体的平均摩尔质量VmM32.15molg混合气体的平均密度Vm1.2933mkg吸收剂用量气相质量流量液相质量流量LVL2036.920hkmol1297.5kg/h36664.56kg/h塔设备计算总表表-2工程符号数值与计量单位塔径D0.09m填料层高度h6.435m填料塔上

27、部空间高度1h 1.2m填料塔下部空间高度2h 0.5m塔附属高度3h1.7m塔高Z8.135m传质单元高度OGH1.25m传质单元数OGN3.96总压降fP838.99Pa空塔气速u0.437 sm泛点率fuu56.75%填料计算总表表-3工程符号数值与计量单位填料直径d25mm泛点填料因子F2321m填料临界外表力c0.033N/m主要符号说明表-4符号意义数值与计量单位A吸收因子或填料常数0.0942ta填料的比外表积20932/mmLDGD30S2O101.3Kpa 水中扩散系数30S2O101.3Kpa 空气中扩散系数2.2sm /1029g重力加速度9.812smG气体摩尔流速hk

28、ghkmol或,Gk气体膜吸收系数20.0001439/()kmolms pa ,Lk液膜吸收系数20.0000527/()kmolms pa L液相摩尔流速hkmolFu泛点气速0.77sm /3u气体流速0.437sm /3LV液相体积流量hm /82.363sV气相体积流量1003.48sm /3LW液体质量流量VW气体质量流量1297.5/Kg hL液体密度995.7/kg3mv混合气体密度1.293kg/3mG混合气的粘度51.86 10 Pa s水水的粘度6801.5 10 Pa s空隙率90%c填料材质的临界外表力333 10/N mL水的外表力27.122 10/N mwa填料

29、的润湿比外表积208.9632/mmF气体动能因子0.530.4717/m s kg mminU最小喷淋密度3216.72/mmhminwL最小润湿速率320.08m / mhU液体喷淋密度3257.91/()mmh,GW气体的质量通量22040.58/()Kgmh,LW液体的质量通量257662.28/()Kgmh4 4总结总结哈哈，课程设计终于竣工了！这是发自心的笑声，也包含了很多的艰辛很泪水！刚开场看到这个设计题目时，教师给我们讲了一下设计中的一些过程，但自己脑袋里几乎是一片空白，不知道如何下手。向周围的同学询问她们的见解，大家的反响好似都一样茫然！同学们在一起讨论，应该怎么做？我们先是

30、反复阅读设计任务，然后查看课本，去办公室问教师，经过这些步骤后，头脑里渐渐有了设计过程的一个轮廓，尽管不是太清楚，但已经知道具体应该做些什么。在以后的日子里，我的生活就是上完课，和同学就去图书馆查资料，去机房或是网吧完成文字局部的输入。但是在计算过程中，出现了不少问题。在选择数据时，因为没有经历，费了好多时间，计算完成后发现不合理，这时就得回到原点，再从新选择，再计算。说实话，出现这种情况很气人，懊悔选择了36664.56/Kg h36664.56/Kg h原来不适宜的数据，有一种“走错一步，全盘皆输的感觉。这时候就用一句“人生豪迈，大不了从头再来来鼓励自己！当其他同学也有同样的感觉时，用这句

31、话也很管用。它几乎成了鼓励我们继续走下去灭火剂。遇到问题时，我们不再烦躁，而是静下心来，想出解决问题的方法。我是体会最深的一个，因为就在我计算问题完成后，接近大功告成时，我的 U 盘丢了！这事要是在放在以前，我肯定会抱怨，会烦躁不安，那是自己的多大心血啊！经历了则多后，我的心渐渐的平静下来，连同学都疑心我为什么能则淡定。当我找完它所有可能纯在的地方后，就决定再重新做一份，对我来说，这是最好的补救方法。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

32、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良，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

33、方面考虑，管道的直径，管中流速，流量等。任务的完成过程是艰辛的，也是快乐的。艰辛是由于缺少这方面的知识和经历，从一开场的不知所措，到现在数据的根本完成，一路走来是坎坎坷坷。快乐是因为在这次设计中，我得到了同学的无限帮助和鼓舞，并且学到了知识，增加了实践经历。为了能更好的完本钱次课程设计，需要查阅大量的文字资料，这需要有翻阅文献的能力。所以，在平时我们要尽力开拓自己的知识面。更重要的是，我明白了理论和实践之间的差异，对我来说，它们之间的距离太大了。因此在设计过程中也出现了不少问题，有设备的选择上的，也有软件应用方面的。出现问题时，同学们给了我很大的帮助，也非常感谢教师给我们一个锻炼自己的时机！让

34、我困惑的一个问题是，输送气体时，要用到鼓风机，那鼓风机的计算和选择还用表达在电子版上吗？在以后的学习中，我会更加注重理论与实践的结合，做到能用所学知识解决一些实际问题，并且争取实践时机。工程设计需要的是细心有耐力的人，在这方面我还做不太好。非常感谢教师把我们带到这个领域！感谢同学的帮助和鼓励！对我来说，这不仅是理论和实践的结合，也是一种心理的磨炼！参考文献：参考文献：主要参考文献主要参考文献【1】?化工原理?第三版王志魁编化学工业出版社 2004【2】?化工原理课程设计?申迎华郝晓刚主编化学工业出版社 2009【3】?化工原理课程设计指导?任晓光主编化学工业出版社 2009【4】?化工原理课程设计?付家新王为国主编化学工业出版社 2010【5】?化工过程及设备设计?涂伟萍佩珍编化学工业出版社 2000