化工原理課程設(shè)計(jì)--水吸收二氧化硫填料塔.doc

化工原理課程設(shè)計(jì) 水吸收二氧化硫填料塔設(shè)計(jì)姓名： 專業(yè)：學(xué)號(hào)：目 錄一 前言3二 設(shè)計(jì)任務(wù)3三 設(shè)計(jì)條件3四 設(shè)計(jì)方案3 1吸收劑的選擇3 2流程圖及流程說明3 3塔填料的選擇4五 工藝計(jì)算4 1物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成4 2塔徑的計(jì)算5 3.填料層高度計(jì)算6 4.填料層壓降計(jì)算8 5.液體分布裝置8 6.液體再分布裝置9 7.填料支撐裝置10 8.氣體的入塔分布10六 設(shè)計(jì)一覽表10七 對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述11八 參考文獻(xiàn)11九 主要符號(hào)說明12一前言課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性、學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)基本知識(shí)的初次嘗試。通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合利用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計(jì)的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力。同時(shí)，通過課程設(shè)計(jì)，還可以使學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度責(zé)任感的工作作風(fēng)。課程設(shè)計(jì)是增強(qiáng)工程觀念，培養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。二、設(shè)計(jì)任務(wù)：完成填料塔的工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型，繪制吸收系統(tǒng)的工藝流程圖和填料塔裝置圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。三、設(shè)計(jì)條件1、氣體混合物成分：空氣和二氧化硫和水蒸氣；2、二氧化硫的含量： 4g/m3；3、混合氣體流量： 3300m3/h；4、操作溫度：298K；5、混合氣體壓力：101.3KPa；6、回收率： 99.9。四、設(shè)計(jì)方案1吸收劑的選擇 根據(jù)所要處理的混合氣體，可采用水為吸收劑，其廉價(jià)易得，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對(duì)吸收劑的基本要求。2流程說明該填料塔中，二氧化硫和空氣混合后，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進(jìn)入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進(jìn)行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣 體由塔頂排除，吸收了二氧化硫的水 由填料塔的下端流出。3塔填料選擇 該過程處理量不大，所用的塔直徑不會(huì)太大，可選用DN38聚丙烯階梯環(huán)塔填料，其主要性能參數(shù)如下：比表面積a：132.5 空隙率：0.91干填料因子：五、工藝計(jì)算對(duì)低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度。25時(shí)，空氣和水的物性常數(shù)如下：空氣：水：1 物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成查表知，25下二氧化硫在水中的溶解度系數(shù)溶解度系數(shù) 相平衡常數(shù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：混合氣體的密度 進(jìn)塔氣相摩爾比為：出塔氣相摩爾比為：對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：(清水)混合氣體流量：惰性氣體流量：最小液氣比：取實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.4倍，則可得吸收劑用量為：2 塔徑計(jì)算氣象質(zhì)量流量：液相質(zhì)量流量：液氣比 采用貝恩-霍根泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度：取泛點(diǎn)率為0.7，即圓整后取 泛點(diǎn)率校核： （在允許的范圍內(nèi)）填料規(guī)格校核： 液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：所以 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。3 填料層高度計(jì)算脫吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：查表知，液體質(zhì)量通量為所以：氣體質(zhì)量通量為氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：查表得：則由 得，則 由 由 設(shè)計(jì)取填料層高度為：查表：對(duì)于階梯環(huán)填料，取則 將填料層分為三段設(shè)置，每段6m，兩段間設(shè)置一個(gè)液體再分布器。4填料層壓降計(jì)算：采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降橫坐標(biāo)為：查表得：縱坐標(biāo)為：查圖得，填料層壓降為：5.液體分布裝置液體分布器的選型：液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達(dá)到預(yù)期分離效果的重要條件。液體分布裝置的安裝位置，須高于填料層表面200mm,以提供足夠的自由空間，讓上升氣流不受約束地穿過分布器。根據(jù)該物系性質(zhì)，可選用目前應(yīng)用較為廣泛的多孔型布液裝置中的排管式噴淋器。多孔型布液裝置能提供足夠均勻的液體分布和空出足夠大的氣體通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆結(jié)構(gòu)。液體引入排管噴淋器的方式采用液體由水平主管一側(cè)引入，通過支管上的小孔向填料層噴淋。排管式噴淋器采用塑料制造。分布點(diǎn)密度計(jì)算：為了使液體初始分布均勻，原則上應(yīng)增加單位面積上的噴淋點(diǎn)數(shù)。但是，由于結(jié)構(gòu)的限制，不可能將噴淋點(diǎn)設(shè)計(jì)得很多。根據(jù)Eckert建議，當(dāng)時(shí)，噴淋密度為，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為。則布液點(diǎn)數(shù)為：布液計(jì)算：由 取，則 6.液體再分布裝置實(shí)踐表明，當(dāng)噴淋液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，不能保持噴淋裝置所提供的原始均勻分布狀態(tài)，液體有向塔壁流動(dòng)的趨勢(shì)。因而導(dǎo)致壁流增加、填料主體的流量減小，影響了流體沿塔橫截面分布的均勻性，降低傳質(zhì)效率。所以，設(shè)置再分布裝置是十分重要的?？蛇x用多孔盤式再分布器。分布盤上的孔數(shù)按噴淋點(diǎn)數(shù)確定，孔徑為3.6mm。為了防止上一填料層來的液體直接流入升氣管，應(yīng)在升氣管上設(shè)帽蓋。它的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：分布盤外徑-785mm，升氣管數(shù)量-6.7.填料支撐裝置填料支撐裝置對(duì)于保證填料塔的操作性能具有重大作用。采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自由截面較大、金屬耗用量較小的柵板作為支撐板。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支撐，以取得較大的孔隙率。由于采用的是的填料，所以可用的十字環(huán)。塔徑，設(shè)計(jì)柵板由兩塊組成。且需要將其擱置在焊接于塔壁的支持圈或支持塊上。分塊式柵板，每塊寬度為700mm，每塊重量不超過700N，以便從人孔進(jìn)行裝卸。8.氣體的入塔分布設(shè)計(jì)位于塔底的進(jìn)氣管時(shí)，主要考慮兩個(gè)要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動(dòng)的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時(shí)，本裝置由于直徑較小，可采用簡(jiǎn)單的進(jìn)氣分布裝置。由于對(duì)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴(yán)，可不設(shè)除液沫裝置。六、設(shè)計(jì)一覽表填料吸收塔設(shè)計(jì)一覽表吸收塔類型：聚丙烯階梯環(huán)吸收填料塔混合氣處理量：3300m3/h工藝參數(shù)名稱物料名稱清水二氧化硫操作壓力，kPa1013101.3操作溫度，2525流速，m/s0.736液體密度，kg/m3996.951.177（混）流量，kg/h138486.8723884.1塔徑，mm1400填料層高度，mm18000壓降，Pa2118.96操作液氣比1.979分布點(diǎn)數(shù)185黏度，kg/(m*h)3.250.0659表面張力，kg/h933120七、對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述這次我的課程設(shè)計(jì)題目是水吸收二氧化硫過程填料塔的設(shè)計(jì)，這是關(guān)于吸收中填料塔的設(shè)計(jì)。填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，壓降低，填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中，開始的時(shí)候我打算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速，但是我發(fā)現(xiàn)用查圖的方法誤差很大，并且操作上很難實(shí)現(xiàn)。同時(shí)參考了其他的一些資料上的算法發(fā)現(xiàn)也有用貝恩（Bain）霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)氣速的，所以最后采用了關(guān)聯(lián)式來計(jì)算泛點(diǎn)速度。 在填料的選擇中，我?guī)缀跏怯门懦▉磉x擇的，后來認(rèn)為DN38計(jì)算得的結(jié)果比比較好。雖然在同類填料中，尺寸越小的，分離效率越高，但它的阻力將增加，通量減小，填料費(fèi)用也增加很多。用DN38計(jì)算所得的D/d值也符合階梯環(huán)的推薦值。解決了上面的問題之后就是通過查找手冊(cè)之類的書籍來確定輔助設(shè)備的選型，我選擇柵板支承裝置作為填料支撐。本設(shè)計(jì)我們所設(shè)計(jì)的填料塔產(chǎn)能大，分離效率高，持液量小，填料塔結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，造價(jià)適合。不過，它的操作范圍小，填料潤濕效果差，當(dāng)液體負(fù)荷過重時(shí)，易產(chǎn)生液泛，不宜處理易聚合或含有固體懸浮物的物料等。課程設(shè)計(jì)是我們?cè)谛４髮W(xué)生必須經(jīng)過的一個(gè)過程，通過課程設(shè)計(jì)的鍛煉，可以為我們即將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！八、參考文獻(xiàn)：1、化學(xué)工程手冊(cè)編委會(huì)，化學(xué)工程手冊(cè)，北京：化學(xué)業(yè)出版社，1991.2、上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.3、劉光啟，化工物性算圖手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.4、童景山，流體的熱物理性質(zhì)，北京：中國石化出版社，1996.5、盧煥章等，石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1982.6、馬沛生，石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)，續(xù)編，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，1993.7、王松漢，石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)(第1卷)，石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.8、蘭州石油機(jī)械研究所，換熱器，上冊(cè)，北京：中國石化出版社，1992.9、化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書編輯委員會(huì)，換熱器設(shè)計(jì)，上海：上海科技出版社，1998.10、中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB151-89鋼制管殼式換熱器，國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，1989.11、施林德爾EU.熱交換設(shè)計(jì)手冊(cè)，第三卷，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.12、匡國柱，史啟才，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.13、馬江權(quán)，楊德明，龔方紅，計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用，北京：高等教育出版社，2005.14、賈紹義，柴成敬，化工原理課程設(shè)計(jì)，天津：天津大學(xué)出版社，2002.15、劉乃鴻等，工業(yè)塔新型規(guī)整填料應(yīng)用手冊(cè)，天津：天津大學(xué)出版社，1993.16、王樹楹等，現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南，北京：中國石化出版社，1998.17、徐崇嗣等，塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995.18、陳英南，常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)，上海：化工理工大學(xué)出版社，1993.19、潘國昌，郭慶豐，化工設(shè)備設(shè)計(jì)，北京：清華大學(xué)出版社，1996.20、徐中全譯，尾花英郎著，熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：石油工業(yè)出版社，1982.21、王國勝，化工原理課程設(shè)計(jì)，大連：大連理工大學(xué)出版社，2005.22、王立頁，化工裝置技術(shù)，大連：大連理工大學(xué)出版社，2005.23、尹先清，化工裝置技術(shù)，北京：石油工業(yè)出版社，2005.24、尹芳華，鐘璟，馬江權(quán)等，現(xiàn)代分離技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.九、主要符號(hào)說明：a填料的有效比表面積，m2/m3. UL液體質(zhì)量通量，kg/(m2*h).at填料的總比表面積，m2/m3. Umin最小液體噴淋密度，m3/(m2*h)aw填料的潤濕比表面積，m2/m3. UV氣體質(zhì)量通量，kg/(m2*h).d填料直徑，m. Vh氣體體積流量，m3/h.D塔徑，m. wL液體質(zhì)量流量，kg/s.DL液體擴(kuò)散系數(shù)，m2/s. wv氣體質(zhì)量流量，kg/s.DV氣體擴(kuò)散系數(shù)，m2/s. x液相摩爾分?jǐn)?shù).g重力加速度，9.81，m/s2. y氣相摩爾分?jǐn)?shù).h填料層分段高度，m. X液相摩爾比.hmax允許的最大填料層高度，m. Y氣相摩爾比.HB塔底空間高度，m. Z填料層高度，m.HD塔頂空間高度，m. 孔隙率，無因次.HOG氣相總傳質(zhì)單元高度，m. 粘度，Pa*s.kG氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2*s*kPa) 密度，kg/ m3.kL液膜吸收系數(shù)