填料吸收塔课程设计Word格式文档下载.docx
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由於高徑比減少,使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短,減少了氣體通過填料層的阻力。
錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度,而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主,這樣不但增加了填料間的空隙,同時成為液體沿填料表面流動的彙集分散點,可以促進液膜的表面更新,有利於傳質效率的提高。
階梯環的綜合性能優於鮑爾環,成為目前所使用的環形填料中最為優良的一種。
2.3設計步驟
本課程設計從以下幾個方面的內容來進行設計
(一)吸收塔的物料衡算;
(二)填料塔的工藝尺寸計算;
主要包括:
塔徑,填料層高度,填料層壓降;
(三)設計液體分佈器及輔助設備的選型;
(四)繪製有關吸收操作圖紙。
三、工藝計算
3.1基礎物性數據
3.1.1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,25℃時水的有關物性數據如下:
密度為ρL=997.1kg/m3
粘度為μL=0.0008937Pa·
s=3.2173kg/(m·
h)
表面張力為σL=71.97dyn/cm=932731kg/h2
SO2在水中的擴散係數為DL=1.724×
10-9m2/s=6.206×
10-6m2/h
(依Wilke-Chang計算,查《化學工程基礎》)
3.1.2氣相物性數據
設進塔混合氣體溫度為25℃,
混合氣體的平均摩爾品質為
MVm=ΣyiMi=0.1×
64.06+0.9×
29=32.506g/mol
混合氣體的平均密度為
ρVm=PM/RT=101.325×
32.506/(8.314×
298.15)=1.3287kg/m3
混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度,查手冊得25℃空氣的粘度為
μV=1.83×
10-5Pa•s=0.066kg/(m•h)
查手冊得SO2在空氣中的擴散係數為
DV=1.422×
10-5m2/s=0.051m2/h
(依計算,其中273K時,1.013×
10-5Pa時SO2在空氣中的擴散係數為1.22×
10-5m2/s,查《化學工程基礎》)
3.1.3氣液相平衡數據
由手冊查得,常壓下25℃時SO2在水中的亨利係數為
E=4.13×
103kPa
相平衡常數為
m=E/P=4.13×
103/101.3=40.76
溶解度係數為
H=ρ/EM=997.2/4.13×
103×
18.02=0.0134kmol/kPam3
3.1.4物料衡算
(l).進塔混合氣中各組分的量
近似取塔平均操作壓強為101.3kPa,故:
混合氣量=kmol/h
混合氣SO2中量=81.80×
0.1=8.18kmol/h
=8.18×
64.06=542.01kg/h
設混合氣中惰性氣體為空氣,則混合氣中空氣量=81.8-8.18=73.62kmol/h
=73.62×
29=2135kg/h
(2).混合氣進出塔的摩爾組成
(3)混合氣進出塔摩爾比組成
進塔氣相摩爾比為
出塔氣相摩爾比為
(4)出塔混合氣量
出塔混合氣量=73.62+8.18×
0.03=73.7836kmol/h
=2135+542.01×
0.03=2151.26kg/h
(5)吸收劑(水)的用量L
該吸收過程屬低濃度吸收,平衡關係為直線,最小液氣比可按下式計算
對於純溶劑吸收過程,進塔液相組成為X2=0
取操作液氣比為
kmol/h
(6)塔底吸收液組成X1
(7)操作線方程
依操作線方程
3.2填料塔的工藝尺寸的計算
3.2.1塔徑的計算
採用Eckert通用關聯圖計算泛點氣速。
氣相品質流量為wv=2000×
1.3287=2657.4kg/h
液相品質流量可近似按純水的流量計算,即
WL=3784.07×
18.02=68188.94kg/h
其中:
ρL=997.1kg/m3
ρV=1.3287kg/m3
g=9.81m/s2=1.27×
108m/h2
WV=2657.4kg/h
WL=68188.94kg/h
μL=0.0008937Pa·
s
(1)採用Ecekert通用關聯圖法計算泛點氣速uF。
通用填料塔泛點和壓降的通用關聯圖如下:
圖一填料塔泛點和壓降的通用關聯圖(引自《化工原理》)
圖中u0——空塔氣速,m/s;
φ——濕填料因數,簡稱填料因數,1/m;
ψ——水的密度和液體的密度之比;
g——重力加速度,m/s2;
ρV、ρL——分別為氣體和液體的密度,kg/m3;
wV、wL——分別為氣體和液體的品質流量,kg/s。
此圖適用於亂堆的顆粒形填料,如拉西環、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鮑爾環等,其上還繪製了整砌拉西環和絃柵填料兩種規整填料的泛點曲線。
對於其他填料,尚無可靠的填料因數數據。
Eckert通用關聯圖的橫坐標為
查圖一查得縱坐標值為
表一散裝填料泛點填料因數平均值
填料類型
填料因數,1/m
DN16
DN25
DN38
DN50
DN76
金屬鮑爾環
410
—
117
160
金屬環矩鞍
170
150
135
120
金屬階梯環
140
塑膠鮑爾環
550
280
184
92
塑膠階梯環
260
127
瓷矩鞍
1100
200
226
瓷拉西環
1300
832
600
(《化工原理課程設計》附錄十一)
查得:
(2)操作氣速
由以下公式計算塔徑:
(《化工原理課程設計》)
對於散裝填料,其泛點率的經驗值為u/uF=0.5~0.85
取u=0.7uF=0.7×
0.987=0.691m/s
(3)塔徑
由
圓整塔徑,取D=l.1m。
(4)泛點率校核:
(5)填料規格校核:
(6)液體噴淋密度校核:
取最小潤濕速率為
(Lw)min=0.08m3/m·
h
查填料手冊得
塑膠階梯環比表面積at=132.5m2/m3
Umin=(Lw)minat=0.08×
132.5=10.6m3/m2·
經以上校核可知,填料塔直徑選用D=1100mm合理。
3.2.2填料層高度計算
(1)傳質單元數NOG
解吸因數為:
氣相總傳質單元數為:
(2)傳質單元高度的計算
氣相總傳質單元高度採用修正的恩田關聯式計算
查表二:
常見材質的臨界表面張力值
材質
碳
瓷
玻璃
聚丙烯
聚氯乙烯
鋼
石蠟
表面張力,mN/m
56
61
73
33
40
75
20
得=33dyn/cm=427680kg/h2
液體品質通量為:
氣膜吸收係數由下式計算:
氣體品質通量為:
氣體品質通量:
液膜吸收係數由下式計算:
查表三:
常見填料塔的形狀係數
球形
棒形
拉西環
弧鞍
開孔環
Ψ值
0.72
0.75
1
1.19
1.45
本設計填料類型為開孔環所以Ψ=1.45,則
又因
u/uF=59.27﹪>50﹪
需要按下式進行校正,即
可得:
則
(3)填料層高度的計算
根據設計經驗,填料層的設計高度一般為
Z′=(1.2~1.5)Z(4-19)
式中Z′——設計時的填料高度,m;
Z——工藝計算得到的填料層高度,m。
得:
=1.25×
5.82=7.27m
設計取填料層高度為
查:
表四散裝填料分段高度推薦值
h/D
Hmax/m
2.5
≤4
矩鞍
5~8
≤6
鮑爾環
5~10
階梯環
8~15
環矩鞍
5~15
對於階梯環填料,,
取,則h=8×
1100=8800mm
故需分為兩段,每段高3.7m。
3.2.3填料層壓降計算
採用Eckert通用關聯圖計算填料層壓降。
橫坐標為:
表五散裝填料壓降填料因數平均值
填料因數,1/m
306
-
114
98
138
93.4
71
36
118
82
343
232
125
62
176
116
89
瓷矩鞍環
700
215
1050
576
450
288
查表得,Φp=116m-1
縱坐標為:
查Eckert通用關聯圖得:
△P/Z=117.72Pa/m
填料層壓降為:
△P=117.72×
7.4=871.128Pa
四、輔助設備的計算及選型
1.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,以儘量除去氣體中被夾帶的液體霧沫,SO2溶於水中易於產生泡沫為了防止泡沫隨出氣管排出,影響吸收效率,採用除沫裝置,根據除沫裝置類型的使用範圍,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=100~150mm,氣體通過除沫器的壓降約為120~250pa。
通過絲網除沫器的最大速
實際氣速為最大氣速的0.75~0.8倍所以實際氣速u=0.75×
2.3277=1.75m/s
2.液體分佈器簡要設計
(1)液體分佈器的選型
該吸收塔液相負荷較大,而氣相負荷相對較低,故選用槽式液體分佈器。
(2)分佈點密度計算
表六Eckert的散裝填料塔分佈點密度推薦值
塔徑,mm
分佈點密度,點/m2塔截面
D=400
330
D=750
D≥1200
42
按Eckert建議值,因該塔液相負荷較大,設計取噴淋點密度為140點/m2。
布液點數為n=0.785×
1.12×
140=132.9≈133點
按分佈點幾何均勻與流量均勻的原則,進行