畢業(yè)論文水吸收二氧化硫填料塔設計

1、周口師范學院本科畢業(yè)論文（設計）目 錄i水吸收二氧化硫填料塔設計 摘 要：本設計的目的在于除去工業(yè)放空尾氣中的有害物質。尾氣的初始條件為：20，常壓下，體積流量為2500m3/h混合氣（空氣+so2），其中so2體積分數5%，出塔so2含量為0.25%。設計方案：用水吸收so2屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且so2不作為產品，故屬用純溶劑吸收過程。對于水吸收so2的過程，操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用dn38聚丙烯階梯環(huán)填料。根據以上條件本設計的結果如下：塔徑d=1.2m

2、；填料層高度h=5000mm；填料設計層壓降 p=107.915=539.55pa。關鍵詞：水，二氧化硫，填料塔吸收塔 water absorption of sulfur dioxide in a packed towerabstract: the absorption of the design aims to remove harmful substances in the exhaust of industrial venting. the sulfur dioxide absorption water, design and operating conditions for the

3、task is: at the temperature of 20 and under the atmospheric pressure，the gas mixture (air + so2)in the amount of procesing : 2500m3/h, volume fraction of sulfue dioxide in the inlet gas mixture:5, emissions (sulfur dioxide by volume) : 0.25. design scheme: the sulfur dioxide absorption water, to bel

4、ong to medium solubility absorption process, in order to improve the mass transfer efficiency, choose counter-current absorption process, because water absorbent do, and sulfur dioxide, not as products, so the pure solvents. choice of filler: the process of water absorption of so2, the operating tem

5、perature and operating pressure is low, the industry usually use plastic bulk packing. in the plastic bulk packing, plastic ladder ring packing performance is better, therefore the dn38 polypropylene ladder ring packing is being choiced. the design of the tower diameter is 1.2m, packing layer height

6、 is 5000mm, packing design pressure drop is 539.55pa.key words: h2o; so2；packed tower 引 言填料塔70年代以前，在大型塔器中，板式塔占有絕對優(yōu)勢，出現過許多新型塔板。70年代初能源危機的出現，突出了節(jié)能問題。隨著石油化工的發(fā)展，填料塔日益受到人們的重視，此后的20多年間，填料塔技術有了長足的進步，涌現出不少高效填料與新型塔內件，特別是新型高效規(guī)整填料的不斷開發(fā)與應用，沖擊了蒸餾設備以板式塔為主的局面，且大有取代板式塔的趨勢。最大直徑規(guī)整填料塔已達1420m，結束了填料塔只適用于小直徑塔的歷史。這標志著填料塔的

7、塔填料、塔內件及填料塔本身的綜合設計技術進入了一個新階段?？v觀填料塔的發(fā)展，可以看出，直至80年代末，新型填料的研究始終十分活躍，尤其是新型規(guī)整填料不斷涌現，所以當時有人說是規(guī)整填料的世界。但就其整體來說，塔填料結構的研究又始終是沿著兩個方面進行的，即同步開發(fā)散堆填料與規(guī)整填料1, 2。另一個研究方向是進行填料材質的更換，以適應不同工藝要求，提高塔內氣液兩相間的傳質效果，以及對填料表面進行適當處理(包括在板片上碾壓細紋或麻點，在板片上粘接石英砂，表面化學改性等)，以改變液相在填料表面的潤濕性3-5。 填料塔從achema94和achema97兩屆展覽會展出情況來看，進入90年代后，填料的發(fā)展較

8、慢，仿佛進入一個相對穩(wěn)定期，或者說是處于鞏固階段。如1994年展出的最具代表性的產品仍是sulzer公司1991年展出的optiflow規(guī)整填料，而1997年也只展出了一種新型填料的幾何形狀，即raschig公司的supekpak300型板式規(guī)整填料，其余都是一些老填料的新改進(如rombopak改進型填料)。填料領域最多的發(fā)展還是在氣液分布器方面。國外大公司對液體分布裝置的研究較成熟，但對氣體分布器的研究是幾年前才起步的。與此相反的是，近五六年來，塔器中板式塔技術卻又有了明顯的進步。 盡管如此，新型填料的開發(fā)與應用仍將會有發(fā)展，其重點亦仍是規(guī)整填料。預計今后填料塔的發(fā)展仍應歸結到以下三個方面

9、：新型填料及塔內件的開發(fā)。填料塔的性能研究。填料塔的工業(yè)應用。塔設備是煉油、化工、石油化工等生產中廣泛應用的氣液傳質設備。根據塔內氣液接觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔6, 7。板式塔屬于逐級接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作8-10。工業(yè)上對塔設備的主要要求：（1）生產能力大（2）分離效率高（3）操作彈性大（4）氣體阻力小結構簡單、設備取材面廣等11-13。 塔型的合理選擇是做好塔設備設計的首要環(huán)節(jié)，選擇時應考慮物料的性質、操作的條件、塔設備的性能以及塔設備的制造、安裝、運轉和維修等方面的因素15-18。板式塔的研究起步較早，具有結構簡單、造價較低、適應性強、易于放大等特點。填料塔由填

10、料、塔內件及筒體構成。填料分規(guī)整填料和散裝填料兩大類19,20。塔內件有不同形式的液體分布裝置、填料固定裝置或填料壓緊裝置、填料支承裝置、液體收集再分布裝置及氣體分布裝置等。與板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特點：生產能力大、分離效率高、壓力降小、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點。1 任務及操作條件 1.1 設計任務so2氣體填料吸收塔設計。1.2 操作條件(1) 混合氣（空氣+ so2）處理量：2500m3/h；(2) 進塔混合氣中二氧化硫體積分數：5%；(3) 進塔吸收劑（清水）溫度：20；(4) 排放量（二氧化硫體積分數）：0.25%；(5) 操作壓力：常壓。2 設計方案的確定2.1 吸收

11、劑的選擇用水吸收so2屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且so2不作為產品，故采用純溶劑。2.2 填料的選擇對于水吸收so2的過程，操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用dn38聚丙烯階梯環(huán)填料。 圖1 水吸收二氧化硫的吸收和解析過程3 基礎物性數據3.1 液相物性數據對低濃度吸收過程，溶液的物性數據可近似取純水的物性數據。由手冊查得，20時水的有關物性數據如下：密度為 =998.2 kg/m3粘度為 =0.001pa.s=3.6 kg/(m.h)；=1表面張力為=72.710-3n

12、/m=940896kg/h2在水中的擴散系數為 =1.4710-9m2/s=5.2910-6m2/h3.2 氣相物性數據 混合氣體的平均摩爾質量為mv=yimi=0.0564.06+0.9529=30.75混合氣體的平均密度為 =1.257kg/m3混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得20空氣的粘度為=1.81 10-5pas=0.065kg/(m.h)查手冊得so2在空氣中的擴散系數為dv=0.039m2/h3.3 氣液相平衡數據由手冊查得，常壓下20時so2在水中的亨利系數為e=3.55 103 kpa相平衡常數為溶解度系數為x*b= x*b=0.00144 物料衡算4.1進塔氣相

13、摩爾比yb=yb/(1- yb)=0.05/(1-0.05)=0.0526出塔氣相摩爾比為ya=ya/(1-ya)=0.0025/(1-0.0025)=0.0025進塔惰性氣相流量為 v=(1-0.05)=98.79kmol/h該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算，即 (對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成為 =取操作液氣比為由實際液氣比是最小液氣比的1.1-2.0倍；取1.4=1.4=1.435.79=50.11=50.1198.79=4950.37kmol/h有物料衡算知：v (yb-ya)= (xb-xa) xb=0.0015 填料塔的工藝尺寸的計算5.1 塔徑計算

14、采用eckert通用關聯圖計算泛點氣速。塔底混合氣相質量流量為：25001.257=3142.5kmol/h液相質量流量可近似按純水的流量計算，即=4950.3718.02=89205.6674kg/h0.5=0.5=1.007經比較選用dn38塑料階梯環(huán)查化工原理附錄知：填料因子=170。從下圖查得：儀fp=1.007垂線與散堆填料液泛總線相交可讀出=0.021圖2 填料塔液泛、壓力降通用關聯圖橫坐標： 或 縱坐標： 或 各物理量的意義如下：v、l氣體與液體的質量流速kg/m2s；v、vl氣體與液體的體積流量m3/s；氣體與液體的密度kg/m3。填料因子i/m；查表vs=d=圓整塔徑，取d=

15、1.2m泛點率校核：填料規(guī)格校核：液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為查填料手冊得經以上校核可知，填料塔直徑選用d=1200mm合理5.2 填料層高度計算脫吸因數為氣相總傳質單元數為 (1-s)=氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯式計算： 查表得=33dyn/cm=427680kg/h2液體質量通量為 氣膜吸收系數由下式計算：氣體質量通量為液膜吸收系數由下式計算： 由，查表得，則由 ，得則 設計取填料層高度為表1散裝填料分段高度推薦值填料類型拉西環(huán)矩鞍鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)矩鞍h/d2.558510815815/m46666對于階梯環(huán)填料，15,取則h=81200=9600mm計算得填料層高度為500

16、0mm，故不需分段。6 填料層壓降計算采用eckert通用關聯圖計算填料層壓降。橫坐標為 查表得，p=116m-1縱坐標為 查下圖得圖2 ?？颂赝ㄓ藐P聯圖 圖中、-分別為氣液相流率,kg/h 、-分別為氣液相密度，kg/m3-液相粘度，mpa.s -液相密度校正系數，=-實驗測取的填料因子，各種填料的值載于填料性能表中 g-重力加速度，m/s2p/z=107.91pa/m填料層壓降為p=107.915=539.55pa氣體和液體的進口設備管徑填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。液體出口設備既要使塔底液體順利流出，又能防止塔內與塔外氣體串通。常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓

17、塔氣體進口管氣速10-20m/s，液體進口管流速可取0.8-1.5m/s（必要時可以加大）。（見常用化工單元設備設計華南理工大學出版社）計算管徑公式：對于氣體，氣體流速取u=20m/s，帶入公式得對于液體， 即吸收液的體積流量取u=2m/s 代入公式對于液體的輸送，可選用葉片式的離心式、軸流式和旋渦式的泵。液體排除狀態(tài)速率比較均勻，運轉比較平穩(wěn)，設備維修比較容易，宜選用單級雙核泵殼sa型泵。7 液體分布器簡要設計7.1 液體分布器的選型 該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器。7.2 分布點密度計算按 eckert建議值，d1200mm時，噴淋點密度為42點/m2，因該

18、塔液相負荷較大，設計取噴淋點密度為120點/m2。 布液點數為 n=0.785120=135.6136點 按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為：二級槽共設七道，在槽側面開孔，槽寬度為80mm，槽高度為210mm，兩槽中心矩為160mm。分布點采用三角形排列，實際設計布點數為n=132點，布液點示意圖所示。 圖3 槽式液體分布器二級槽的布液點示意圖 取 =0.60，h=160asdssgmm由 得 設計取 =15mm。8 填料吸收塔的附屬設備8.1 填料支承板分為兩類：氣液逆流通過平板型支承板，板上有篩孔或柵板式;氣體噴射型，分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支承板和梁式氣體噴射

19、型支承板。8.2 填料壓板和床層限制板在填料頂部設置壓板和床層限制板。有柵條式和絲網式。8.3 氣體進出口裝置和排液裝置填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對500mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制 成下彎的錐形擴大器。氣體出口既要保證氣流暢通，又要盡量除去夾帶的液 沫。最簡單的裝置是除沫擋板（折板），或填料式、絲網式除霧器。8.4 除霧沫器 穿過填料層的氣體有時會夾帶液體和霧滴，因此需在塔頂氣體排出口前設置除沫器，以盡量除去氣體中被夾帶的液體霧沫，so2溶于水中易于產

20、生泡沫為了防止泡沫隨出氣管排出，影響吸收效率，采用除沫裝置，根據除沫裝置類型的使用范圍，該填料塔選取絲網除沫器。絲網除霧沫器：一般取絲網厚度h=100150 mm ，氣體通過除沫器的壓降約為120250 pa，通過絲網除沫器的最大氣速umax=k =0.085 =2.3875m/s，實際氣速為最大氣速的0.750.8倍 所以實際氣速u=0.752.3875=1.7906 m/s。所以絲網除沫器直徑d= 0.6984m液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。注：(1)本設計任務液相負荷不大，可選用排管式液體分布器；且填料層不高，可不設液體再分布器

21、。 (2)塔徑及液體負荷不大，可采用較簡單的柵板型支承板及壓板。其它塔附件及氣液出口裝置計算與選擇此處從略。9 設計總結對于設計過程我們通過查閱各種文獻得到數據，公式最后匯總，通過給出的任務進行計算，使我們的自學能力，匯總能力都得到了提高。對于最后部分塔附屬高度的計算還不甚了解，很不熟練，有待提高。通過本次課程設計不僅增強了自己的自學能力更促進了對化工原理知識的進一步了解，同時通過同學之間，同學和老師之間的相互交流使我的設計更加完善。在良好的互動環(huán)境下我們大家都很努力認真，不僅是為了取得成績，更是為了能在知識上，在能力上都有所提高。特別使對一些參考文獻的使用，和對圖表的查詢都有了實質性的操作。

22、動手能力也有了顯著提高，使我們大家都很高興。雖然我們做設計的時間較以前的學哥學姐時間短，但我們相信我們的收獲不比他們少。當然我知道自己的設計也許還存在這樣或那樣的不足，但我知道這是我努力的結果。我感謝能有這次讓我努力并增長知識的機會，缺點和不足一定回盡力改正。也真心的希望這樣可以促進我們學習和進步的機會以后還：1、通過本次課程設計，使我對從填料塔設計方案到填料塔設計的基本過程的設計方法、步驟、思路、有一定的了解與認識。它相當于實際填料塔設計工作的模擬。在課程設計過程中，基本能按照規(guī)定的程序進行，先針對填料塔的特點和收集、調查有關資料，然后進入草案階段，其間與指導教師進行幾次方案的討論、修改，再

23、討論、逐步了解設計填料塔的基本順序，最后定案。設計方案確定后，又在老師指導下進行擴初詳細設計，并計算物料守衡，傳質系數，填料層高度，塔高等；最后進行塔附件設計。2、此次課程設計基本能按照設計任務書、指導書、技術條件的要求進行。同學之間相互聯系，討論，整體設計基本滿足使用要求，但是在設計指導過程中也發(fā)現一些問題。理論的數據計算不難，困難就在于實際選材，附件選擇等實際問題。這些方面都應在以后的學習中得以加強與改進。以上足本次課程設計的指導過程中的心得與體會以及對課程設計完成情況的總結，希望在以后的學習當中能揚長避短，以取得更好的教學效果。10 主要符號說明e亨利系數，; 氣體的粘度， ; 平衡常數

24、; 水的密度和液體的密度之比; 重力加速度，; ,分別為氣體和液體的密度，; 、分別為氣體和液體的質量流量， ; 氣相總體積傳質系數， ; h0填料層高度，; a塔截面積，m2； 氣相總傳質單元高度，； 氣相總傳質單元數，m； 以分壓差表示推動力的總傳質系數，； 單位體積填料的潤濕面積； 以分壓差表示推動力的氣膜傳質系數，； 溶解度系數，； 以摩爾濃度差表示推動力的液摩爾傳質系數，； v氣體通過空塔截面的質量流速，； 液體通過空塔截面的質量流速，； 氣體常數，； 溶質在氣相中的擴散系數， 參考資料和文獻1 deftereos t n，calokerinos a c，efstathiou c e

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