清水吸收二氧化硫化工原理课程设计文档格式.docx
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吸收剂性能的优劣是决定吸收操作效果的关键之一,选择应考虑以下几方面：
<
1>
溶解度要大,以提高吸收速率并减少吸收剂的用量；
2>
选择性要好,对溶质组分有良好的溶解能力,对其他组分不吸收或甚微；
3>
挥发度要低,以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失；
4>
吸收剂在操作温度下粘度要低,且不易产生泡沫,以实现吸收塔内良好的气液接触状况；
5>
对设备腐蚀性小或基本无腐蚀性,尽可能无毒.
6>
价廉、易得、化学稳定性好,便于再生,不易燃烧等.
一般来说,任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求,选用是要针对具体情况和主要因素,既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性.
第二章填料的选择
2.1对填料的要求
填料塔对填料的要求具体表现在以下几个方面：
比表面积a要大,比表面积a是指单位堆积体积填料所具有的表面积；
<
能提供大的流体流量,即所选用的结构填料要敞开,使于死角区域的空间小,有效空隙率大；
液体的再分布性能要好；
填料要有足够的机械强度,尤其是非金属填料；
价格低廉；
2.2填料的种类和特性
工业填料按形状和结构分为颗粒填料和>
规整填料：
一>
颗粒填料一般为湿法乱堆或干法乱的散装填料.主要有以下类型：
拉西环填料,鲍尔环填料,阶梯环填料等环形填料；
弧鞍形填料,环矩鞍填料等鞍形填料等.
二>
规整填料以一定的几何形状,整齐堆砌,工业用多为波纹填料,其优点是结构紧凑、传质效率高、处理量大,但不易处理粘度大或有悬浮物的物料,且造价高.
综合考虑上述因素,此次设计过程我选择阶梯环填料.
2.3填料尺寸
填料尺寸直接影响塔底操作和设备投资.实践证明,塔径〔D〕与填料外径〔d〕之比值有一个下限值,若径比低于此下限值时,塔壁附近的填料空隙率大而不均匀,气流易短路与液体壁流等现象剧增.
各种填料的径比的下限：
拉西环20—30〔最小不低于8—10〕
鲍尔环10—15〔最小不低于8〕
阶梯环15〔最小不低于8〕
对一定塔径,满足径比下限的填料可能有几种尺寸,应综合考虑填料性能与经济因素选定.
一般推荐:
D≤300时,选25的填料；
时,选25—38的填料.
时,选用的填料.
但一般大塔中常用的填料,但通量的提高不能补偿成本的降低.
2.4填料材质的选择
填料材质根据物系的腐蚀性,操作温度,材质的耐腐蚀性并综合考虑填料性能与经济因素来选择.
陶瓷具有耐腐性与耐热性,但质脆、易碎,价格便宜.
金属金属材质主要有碳钢,不锈钢,铝和铝合金等.
塑料主要包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等,塑料耐腐蚀性、耐低热性好,但具有冷脆性,表面润湿性较差.
一般讲,操作温度较高但无显著腐蚀性时,选用金属填料；
温度较低选用塑料填料；
物系具有腐蚀性、操作温度高,宜采用陶瓷填料
考虑到本设计是利用清水吸收SO吸收液显弱酸性,有一定的腐蚀性,同时考虑到经济的合理性与吸收的效率,故选用聚乙烯阶梯环.
第三章工艺计算
3.1气液平衡的关系
相平衡常数
溶解度系数为H=
3.2吸收剂用量与操作线的确定
3.2.1吸收剂用量的确定
〔1〕最小吸收剂用量
最小液气比：
进塔惰性气体流量为V：
对于纯溶剂吸收,进塔液相组成为
〔2〕吸收剂用量：
3.2.2操作线的确定
对逆流操作吸收塔在任一截面m-n与塔顶间列物料衡算：
既：
3.3塔径计算
3.3.1采用Eckert通用关联图法计算泛点速率：
查《化工原理〔上〕》附录水的物理性质中20下水的黏度,
塔底混合气体的平均摩尔质量：
塔内气体的平均摩尔质量近似等于塔底混合气的平均摩尔质量：
=
故塔内气体平均密度为：
气相质量流量为：
液相质量流量可近似按纯水的流量计算
即
关联图的横坐标值为：
在此设计中我选择的是d=50mm的塑料阶梯环,查《化工原理》课程设计说明指导书表3-3阶梯环特性,可知：
表3.1阶梯环特性〔乱堆〕
材质
外径
高*厚
比表面积
空隙率
个数
堆积密度
干填料因子
填料因子
塑料
25
228
0.9
81500
97.8
313
240
38
19x1.0
132.5
0.91
27200
57.5
175.6
130
50
30x1.5
121.8
0.915
9980
76.8
159
80
金属
19x0.8
140
0.958
28900
161
25x1.0
114
0.949
12500
377
133
137
纵坐标为：
因为液相为清水,由
3.3.2操作气速
填料塔塔径的大小是根据生产能力与空塔气速来计算.空塔气速有下面经验公式：
取
3.3.3塔径计算
由公式：
3.3.4喷淋密度U校核
单位时间内每立方米塔截面上的吸收剂用量：
最小喷淋密度：
由于
3.3.5单位高度填料层压降〔〕的校核
由以上可知横坐标为：
查表3—9压降填料因子查的
图1.埃克特通用关联图
3.4填料层高度计算
3.4.1传质系数的计算
〔1〕有效面积〔润湿面积〕
①查《化工原理》课程设计指导书表3.2填料材质的临界表面X力聚乙烯=33dyn/cm;
表3.2填料材质的临界表面X力值
钢
陶瓷
聚乙烯
聚丙烯
聚氯乙烯
玻璃
涂石蜡的表面
dyn/cm
75
61
33
40
73
20
②查《化工原理》上册〔夏清陈常贵〕<
##大学>
附录〔331页〕中水的物理性质中水的表面X力=72.67mN/m〔《化工原理》附录1单位换算因子中知：
所以,所以〕
③查《化工原理》课程设计说明指导书表3-3阶梯环特性,可知：
水的粘度：
④查《化工原理》下册〔夏清陈常贵〕〔95页〕表2-4一些元素的原子体积与简单气体的分子体积中查=44.8cm/mol,=29.9cm/mol,=8cm/mol；
已知：
.
〔2〕液相传质系数k
20℃下SO在水中的扩散系数
由=0.0095得：
〔3〕气相传质系数
由于空气中SO含量很低,所以气体粘度近似为空气粘度,查《化工原理》上册〔夏清陈常贵〕<
附录6〔330页〕中:
下空气的粘度为18.1=
由查表3.3常见填料的形状系数得
表3.3常见填料的形状系数
填料类型
球形
棒形
拉西环
弧鞍
开孔环
ψ值
0.72
0.75
1
1.19
1.45
则
由于所以需要校正.
3.4.2填料高度的计算
塔高：
传质单元高度：
传质单元数:
所以：
根据设计经验,填料层的设计高度一般为
可知阶梯环填料层高度最大仅为6m,
本设计填料不需分层.
第四章填料塔内件的类型与设计
4.1塔内件的类型
填料塔的内件主要有填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置、除沫装置等.
（1）填料支承装置
填料支承装置的作用是支承塔内的填料.常用的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等.对于散装填料,通常选用孔管型、驼峰型支承装置；
对于规整填料,通常选用栅板型支承装置.设计中,为防止在填料支承装置处压降过大甚至发生液泛,要求填料支承装置的自由截面积应大于75%.考虑到塔径与吸收要求,本设计选梁式气喷式支撑板.
表4.1梁式气喷式支承板结构尺寸〔mm〕
塔径DN
支承板外径
支承板分块数
支承圈宽度
支承圈厚度
1000
980
3
10
1100
1080
4
1200
1160
1300
1260
14
1400
1360
1500
1460
5
填料压紧装置
为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动,需在填料层上方设置填料压紧装置.填料压紧装置有压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等不同的类型.对于散装填料,可选用压紧网板,也可选用压紧栅板,在其下方,根据填料的规格敷设一层金属网,并将其与压紧栅板固定；
对于规整填料,通常选用压紧栅板.设计中,为防止在填料压紧装置处压降过大甚至发生液泛,要求填料压紧装置的自由截面积应大于70%.
为了便于安装和检修,填料压紧装置不能与塔壁采用连续固定方式,对于小塔可用螺钉固定于塔壁,而大塔则用支耳固定.本设计选用床层限制板.
液体分布装置
液体分布装置的种类多样,有喷头式、盘式、管式、槽式与槽盘式等.工业应用以管式、槽式与槽盘式为主.
管式分布器由不同结构形式的开孔管制成.其突出的特点是结构简单,供气体流过的自由截面大,阻力小.但小孔易堵塞,操作弹性一般较小.管式液体分布器多用于中等以下液体负荷的填料塔中.在减压精馏与丝网波纹填料塔中,由于液体负荷较小,设计中通常用管式液体分布器.
槽式液体分布器是由分流槽<
又称主槽或一级槽>
、分布槽<
又称副槽或二级槽>
构成的.
一级槽通过槽底开孔将液体初分成若干流股,分别加入其下方的液体分布槽.分布槽的槽底<
或槽壁>
上设有孔道域导管,将液体均匀分布于填料层上.槽式液体分布器具有较大的操作弹性和极好的抗污堵性,特别适合于大气液负荷与含有固体悬浮物、粘度大的液体的分离场合,应用X围非常广泛.
槽盘式分布器是近年
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