二氧化硫吸收塔

化工原理水吸收二氧化硫填料塔設(shè)計(jì)專業(yè):化學(xué)工程與工藝班級(jí):1114072姓名:谷云格學(xué)號(hào):111407227指導(dǎo)老師：劉偉日期：2010年01月15日課程設(shè)計(jì)水吸收二氧化硫填料塔設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-5"\h\z前言3\o"CurrentDocument"一任務(wù)及操作條件4二設(shè)計(jì)方案的確定4\o"CurrentDocument"三基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)5\o"CurrentDocument"四物料衡算7填料塔的工藝尺寸的計(jì)算8\o"CurrentDocument"填料層壓降計(jì)算12\o"CurrentDocument"液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)13\o"CurrentDocument"填料吸收塔的附屬設(shè)備14\o"CurrentDocument"九課程設(shè)計(jì)總結(jié)15\o"CurrentDocument"十主要符號(hào)說明17十一參考文獻(xiàn)18\o"CurrentDocument"十二結(jié)束語(yǔ)20塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔。板式塔屬于逐級(jí)接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作。工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的主要要求：（1）生產(chǎn)能力大（2）分離效率高（3）操作彈性大（4）氣體阻力小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備取材面廣等。塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，選擇時(shí)應(yīng)考慮物料的性質(zhì)、操作的條件、塔設(shè)備的性能以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等方面的因素。板式塔的研究起步較早，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、適應(yīng)性強(qiáng)、易于放大等特點(diǎn)。填料塔由填料、塔內(nèi)件及筒體構(gòu)成。填料分規(guī)整填料和散裝填料兩大類。塔內(nèi)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(diǎn)：生產(chǎn)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(diǎn)。一.任務(wù)及操作條件設(shè)計(jì)任務(wù)S02氣體填料吸收塔設(shè)計(jì)操作條件（1）混合氣（空氣+SO2）處理量：27000m3/h（2）進(jìn)塔混合氣中二氧化硫體積分?jǐn)?shù)：7.3%（3）進(jìn)塔吸收劑（清水）溫度：20。C（4）排放量（二氧化硫體積分?jǐn)?shù)）：0.16%（5）操作壓力：常壓設(shè)計(jì)方案的確定用水吸收SO2屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且SO2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?。填料的選擇對(duì)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，塑料鮑爾環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用dN50塑料鮑爾環(huán)填料?；A(chǔ)物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)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)。由手冊(cè)查得，20°C時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為pl=998.2kg/m3粘度為Ul=1.005mPas=i.005X103呻費(fèi)；中二1表面張力為°L=72.7X10-3N/mS°2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為DL=1.47X10-9m2/s氣相物性數(shù)據(jù)由于混合氣體中SO2的含量極低近似視為空氣混合氣體的平均密度為p=21x竺=1.206Kg/m3G22.4293混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)得20°C空氣的粘度為口V=1.81X10-5Pa?s查手冊(cè)得SO?在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為DG=1.22X10-5m2/s（3）氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得，常壓下20C時(shí)so2在水中的亨利系數(shù)為E=3.55X103kpa相平衡常數(shù)為溶解度系數(shù)為TOC\o"1-5"\h\zH===0.0.斯EM53.55xlOzxlE.O2'y0073x*x；=與=3504=0.210%x*==0.00210b物料衡算⑴進(jìn)塔氣相摩爾比為Yb=yb/(1-yb)=0.073/(1-0.073)=0.0787出塔氣相摩爾比為Y「ya/(1-ya)=0.0016/(1-0.0016)=0.0016

進(jìn)塔惰性氣相流量為G=27000x273x(1-0.073)=1041.13kmol/hB22.4273+20該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算，即Y-Y

bY-Y

ba—

X*b-XB，min對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為X=0［勻^Y^^=冬一0.0016=36.74|GB)X'-X0.0021取操作液氣比為由實(shí)際液氣比是最小液氣比的1.1-2.0倍;取1.4G=1.4B=1.4X36.74=51.44G=1.4B=1.4X36.74=51.44minL=51.44X1041.13/3600=14.88Kmol/s有物料衡算知：G(Y-Y)=L(X-X)BbaSba-0.0015v0.0787-0.0016-0.0015b51.44五填料塔的工藝尺寸的計(jì)算(1)塔徑計(jì)算

采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速。塔底混合氣相質(zhì)量流量為G二27000x(1-7.3%)X(1/22.4)X(273/293)=1160.56Kmol/hy，=1041.13X29+64x27000x(1-7.3%)X(1/22.4)X(273/293)X(1-0.16/7.3)=35324.8Kg/h吸收液相質(zhì)量流量為L(zhǎng)=14.88X3600X18+64X27000X(1-7.3%)X(1/22.4)X(273/293)X(1-0.0016/7.3)=994416.7kg/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為=0.98994416.7(1.206V5[998.19)X35324.8經(jīng)比較選用DG50mm塑料鮑爾環(huán)查《化工原理》附錄知：填料因子中=120m一1，比表面積a=106.4m2/m3。從下圖查得：儀FP=0.98=0.98[998.19)『JMcleJj橫坐標(biāo):或V—tVG填料塔液泛、壓力降通用關(guān)聯(lián)圖/pY-5—tr3J'Gy縱坐標(biāo)：Gi.2(p|Llo.i或W(pp^pio.i

g?Pg?橫坐標(biāo):或V—tVG各物理量的意義如下：G\L'――氣體與液體的質(zhì)量流速Kg/M2S；V、V氣體與液體的體積流量Ma/S;GL八八一一氣體與液體的密度K/M3O填料因子I/M；

Y=u土里土目0.2=0.025FgpL■0.025x9.81x998.19\T20x1.206x1.0050.2Lu=—833—■0.025x9.81x998.19\T20x1.206x1.0050.2F0.785X3.62F[w①PG匕0.2取u=0.7uF=0.7X1.30=0.91m^=7.5m3/s270003600D=4x7.53.14x0.91=3.240m取D=3400mm,d=50mm,貝OD/d=68>8滿足鮑爾環(huán)徑比要求。核算氣速:7.5

u核算氣速:7.5

u=兀C.—x3.424=0.83%u=竺=064(在允許范圍內(nèi))uF1.30?液體噴淋密度校核：依Morris等推薦，d<75mm的環(huán)形及其他填料的最小濕潤(rùn)速率(MWR)為:0.08m3/(m.s)查填料手冊(cè)得at=106.4m2/m3L噴min=MWR)at=0.0冰106.4=8.51血3/(m2.h)(m2?h)>L噴min,14.88X3600X18/(m2?h)>L噴min噴998.19x0.785x3.42經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=3400mm合理。(2)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1y一mxNOG——ln[(1—s)▲a+s]1一sy-NOG10.073—35.04x0ln[(1—0.68)x+0.68]=8.521—0.680.0016—35.04x0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:仁=1—exp仁=1—exp〈—1.45at、0.75/L—G%(L2a"PLg>L2F2TLa)查表得c=72.7X10-拘/m液體質(zhì)量通量為18.44x18L==29.53Kg/(m2-s)g9.07氣體質(zhì)量通量為35324'=1.08Kg/(m2-s)3600x9.07DG50mmDG50mm的鮑爾環(huán)（亂堆）特性=0.05ma=106.4m2/m3W=1.45（鮑爾環(huán)為開孔環(huán)）查《化學(xué)工程手冊(cè)，第t12篇，氣體吸收》—1.45(4.0x10-3"12篇，氣體吸收》—1.45(4.0x10-3"72.7x10-3)、0.75(X29.531106.4X1.005X10-3)、0.1(X29.532X106.4、-0.05"998.22x9.81)、0.229.532"998.2x106.4x72.7x10-3)

=1-exp(-1.45x0.638x1.75x1.26x0.64)=0.73a=%?a=106.4x0.73=78.0m2/m3watt、0.2\°.7(kG=0.237=0.237x1.08光faD\°.7(kG=0.237=0.237x1.08光faD-^G"RT1^1-1[106.4x1.81x10-3)I0.7xf1.81x10-31f106.4x1.22x10-51"1.206x1.22x10-5)[8.314x293)x1.451.1=1.91x10-5Kg/(m2-s-Kp)液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算:=9.5x10-3=9.5x10-3x29.53[78.0x1.005x10-3)123x1y3中0.4f1.005x10-3[998.2x1.47x10-9)f1.005x10-3x9.81Y；、998.2,x1.450.4=4.67x10-4m/ska=9.5x10-3=9.5x10-3x29.53[78.0x1.005x10-3)123x1y3中0.4f1.005x10-3[998.2x1.47x10-9)f1.005x10-3x9.81Y；、998.2,x1.450.4=+KakaHka111=xKa0.001490.0156x0.0364oKa=4.11x10-4Kmol/(m3?s-kp)KYa=KGaxP=0.00149x101.3=0.0417Kmol/(m3?s)27000x273由ho=HOG?Nog=0.82X8.52=7.03m應(yīng)給予指出，采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，還應(yīng)留出一定的安全系數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)，填料層的設(shè)計(jì)高度。一般為h=(1.2-1.5)ho式中h-設(shè)計(jì)填料高度mh0-工藝計(jì)算得到的填料層高度m取h=1.3ho=1.3x7.03=9.14m設(shè)計(jì)填料層高度^=9.2m查下表，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/D2.55?85~108~158~15/mW4W6W6W6W6對(duì)于鮑爾環(huán)填料，2=5?10』＜6mo。max取2=5，則Dh=5X3400=17000mm計(jì)算得填料層高度為9200mm,故需要分成二段來吸收。六填料層壓降計(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ME'0.5994417.7(1.206、庭x35324.8998.19J=0.98查表得，中P=125m-1縱坐標(biāo)為妃巾中p0.832x125x11.20619.81R&LL0.2==XX1.005。2=0.011gp9.81998.2L查下圖得9.81圖但別為氣液相流率，瞄品如q—分別為氣就招密度足*H.——液柑粘度,mP&fF——液程密度楨正系散，件"3液，*一一實(shí)驗(yàn)測(cè)取的痍料囹孔咨神填料的W直覿亍填料性能表中甘一也；加速建g*△P/Z=300.00Pa/m填料層壓降為△P=300.00X9.2=2760.00Pa氣體和液體的進(jìn)口設(shè)備管徑填料塔的氣體進(jìn)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(shè)備既要使塔底液體順利流出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通。常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進(jìn)口管氣速10-20m/s，液體進(jìn)口管流速可取0.8-1.5m/s（必要時(shí)可以加大）。（見《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》華南理工大學(xué)出版社）計(jì)算管徑公式：d=、w對(duì)于氣體，氣體流速取u=20m/s，帶入公式得d=!4x7,5=069m%3.14x20對(duì)于液體，V=14?88x18.02=0.268心s9982即吸收液的體積流量取u=2m/s4x994416.7()23.14x1080x0.6x998.2x3600x寸2x9.81x0.16代入公式對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，設(shè)備維修比較容易，宜選用單級(jí)雙核泵殼SA型泵。七液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)、液體分布器的選型該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式液體分布器。2、分布點(diǎn)密度計(jì)算按Eckert建議值，D>5400mm時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)/m2，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為120點(diǎn)/m2。布液點(diǎn)數(shù)為n=0.785x3.42x120-1088.9點(diǎn)=1080點(diǎn)按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：二級(jí)槽共設(shè)七道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為320mm，槽高度為840mm，兩槽中心矩為640mm。分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為n=1080點(diǎn)，布液點(diǎn)示意圖所示。

槽式液體分布器二級(jí)槽的布液點(diǎn)示意圖(2)布液計(jì)算取^=0.60,AH=640mm由Ls=生d°2n^2gAH得d=0\nn^；2gAH4x994416.7/3600?=69.6mm兀x1080x0.6x,2x9.81x640設(shè)計(jì)取d0=70mm。八.填料吸收塔的附屬設(shè)備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型支承板。2、填料壓板和床層限制板在填料頂部設(shè)置壓板和床層限制板。有柵條式和絲網(wǎng)式。3、氣體進(jìn)出口裝置和排液裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對(duì)500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)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(zhuǎn)向上。對(duì)1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)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(jiǎn)單的裝置是除沫擋板（折板），或填料式、絲網(wǎng)式除霧器。除霧沫器穿過填料層的氣體有時(shí)會(huì)夾帶液體和霧滴，因此需在塔頂氣體排出口前設(shè)置除沫器，以盡量除去氣體中被夾帶的液體霧沫，SO92溶于水中易于產(chǎn)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(jù)除沫裝置類型的使用范圍，該填料塔選取絲網(wǎng)除沫器。絲網(wǎng)除霧沫器：一般取絲網(wǎng)厚度H=100~150mm，氣體通過除沫器的壓降約為120~250pa通過絲網(wǎng)除沫器的最大氣速uma=k=0.085=2.3875m/s實(shí)際氣速為最大氣速的0.75~0.8倍所以實(shí)際氣速u=0.75X2.3875=1.7906m/s所以絲網(wǎng)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(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。注：(1)本設(shè)計(jì)任務(wù)液相負(fù)荷不大，可選用排管式液體分布器；且填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。(2)塔徑及液體負(fù)荷不大，可采用較簡(jiǎn)單的柵板型支承板及壓板。其它塔附件及氣液出口裝置計(jì)算與選擇此處從略。九.課程設(shè)計(jì)總結(jié)對(duì)于設(shè)計(jì)過程我們通過查閱各種文獻(xiàn)得到數(shù)據(jù)，公式最后匯總，通過給出的任務(wù)進(jìn)行計(jì)算，使我們的自學(xué)能力，匯總能力都得到了提高。對(duì)于最后部分塔附屬高度的計(jì)算還不甚了解，很不熟練，有待提高。通過本次課程設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了自己的自學(xué)能力更促進(jìn)了對(duì)化工原理知識(shí)的進(jìn)一步了解，同時(shí)通過同學(xué)之間，同學(xué)和老師之間的相互交流使我的設(shè)計(jì)更加完善。在良好的互動(dòng)環(huán)境下我們大家都很努力認(rèn)真，不僅是為了取得成績(jī)，更是為了能在知識(shí)上，在能力上都有所提高。特別使對(duì)一些參考文獻(xiàn)的使用，和對(duì)圖表的查詢都有了實(shí)質(zhì)性的操作。動(dòng)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(shè)計(jì)的時(shí)間較以前的學(xué)哥學(xué)姐時(shí)間短，但我們相信我們的收獲不比他們少。當(dāng)然我知道自己的設(shè)計(jì)也許還存在這樣或那樣的不足，但我知道這是我努力的結(jié)果。我感謝能有這次讓我努力并增長(zhǎng)知識(shí)的機(jī)會(huì)，缺點(diǎn)和不足一定回盡力改正。也真心的希望這樣可以促進(jìn)我們學(xué)習(xí)和進(jìn)步的機(jī)會(huì)以后還1、通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)從填料塔設(shè)計(jì)方案到填料塔設(shè)計(jì)的基本過程的設(shè)計(jì)方法、步驟、思路、有一定的了解與認(rèn)識(shí)。它相當(dāng)于實(shí)際填料塔設(shè)計(jì)工作的模擬。在課程設(shè)計(jì)過程中，基本能按照規(guī)定的程序進(jìn)行，先針對(duì)填料塔的特點(diǎn)和收集、調(diào)查有關(guān)資料，然后進(jìn)入草案階段，其間與指導(dǎo)教師進(jìn)行幾次方案的討論、修改，再討論、逐步了解設(shè)計(jì)填料塔的基本順序，最后定案。設(shè)計(jì)方案確定后，又在老師指導(dǎo)下進(jìn)行擴(kuò)初詳細(xì)設(shè)計(jì)，并計(jì)算物料守衡，傳質(zhì)系數(shù)，填料層高度，塔高等；最后進(jìn)行塔附件設(shè)計(jì)。2、此次課程設(shè)計(jì)基本能按照設(shè)計(jì)任務(wù)書、指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。同學(xué)之間相互聯(lián)系，討論，整體設(shè)計(jì)基本滿足使用要求，但是在設(shè)計(jì)指導(dǎo)過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題。理論的數(shù)據(jù)計(jì)算不難，困難就在于實(shí)際選材，附件選擇等實(shí)際問題。這些方面

都應(yīng)在以后的學(xué)習(xí)中得以加強(qiáng)與改進(jìn)。以上足本次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)過程中的心得與體會(huì)以及對(duì)課程設(shè)計(jì)完成情況的總結(jié)，希望在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中能揚(yáng)長(zhǎng)避短，以取得更好的教學(xué)效果。十.主要符號(hào)說明E一亨利系數(shù)，KpHG—?dú)怏w的粘度，Pa/Sm一平衡常數(shù)V一水的密度和液體的密度之比g一重力加速度，m2/sPG,PL一分別為氣體和液體的密度，kg/m3V，、L—分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg/sKYa—?dú)庀嗫傮w積傳質(zhì)系數(shù)，蛔原)h0-填料層高度mA一塔截面積一胃m2Hog一氣相總傳質(zhì)單元高度mnog—?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元數(shù)，m匕一以分壓差表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kmo1/s?Hog一氣相總傳質(zhì)單元高度Gaw一單位體積填料的潤(rùn)濕面積kG一以分壓差表示推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)，kmo1/s?kPa)H一溶解度系數(shù)，kmO1/kPa)kL—以摩爾濃度差表示推動(dòng)力的液摩爾傳質(zhì)系數(shù)，m/sG—?dú)怏w通過空塔截面的質(zhì)量流速，kg/"s)Ls一液體通過空塔截面的質(zhì)量流速，kg/QJr——?dú)怏w常數(shù)，8.314kN?m/(kmol?K)Dg一溶質(zhì)在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)，m2s十一.參考資料和文獻(xiàn)教材：《化工原理》（上、下冊(cè)）譚天恩麥本熙丁惠華編著。化學(xué)工業(yè)出版社（第二版）2001年2月第9次印刷《化工原理》王志魁編著?；瘜W(xué)工業(yè)出版社（第二版）2002年2月第9次印刷主要參考文獻(xiàn)：《化工原理》（新版）上、下冊(cè)姚玉英主編天津大學(xué)出版社1999年8月第1版《化工流體流動(dòng)與傳熱》《化工傳遞過程基礎(chǔ)》王紹亭陳濤主編化學(xué)工業(yè)出版社1987年11月第1版《化工原理》上、下冊(cè)蔣維鈞主編清華大學(xué)出版社2003年2月第二版《化工原理》上、下冊(cè)陳敏恒主編化學(xué)工業(yè)出版社1999年6月第2版化學(xué)單元操作基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)出版社7.填料塔德國(guó)化學(xué)工業(yè)出