化工单元操作毕业课程设计.docx

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化工单元操作毕业课程设计

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填料吸收塔课程设计说明书

专业：

材料工程

化工单元操作课

化工单元操作课程设计任务书

常压下，在填料塔中用清水吸收混合气中的二氧化硫。

一、设计条件

1.操作方式：

连续操作；

2.生产能力：

处理炉气量：

2415；

3.操作温度：

25℃；

4.操作压力：

常压；

5.进塔混合气含量；二氧化硫的摩尔分数为0.065％；其余为空气；

6.进塔吸收剂：

清水；

7.二氧化硫回收率：

95％；

2、设计要求

1.流程布置与说明；

2.工艺过程计算；

3.填料的选择；

4.填料塔工艺尺寸的确定；

5.输送机械功率的选型；

3、设计成果

1.设计任务书一份；

2.设计图纸：

（填料塔工艺条件图）

4、设计时间

2013年5月13日年5月24日

五、主要参考资料

1、化工原理课程设计，汤金石，化学工业出版社，1990

2、化工工艺设计手册，上海医药设计院

3、传质与分离技术，周立雪，化学工业出版社

4、流体流动与传热，张洪流，化学工业出版社

5,、化工单元过程课程设计，王明辉主编，化学工业出版社

6、化工单元过程课程设计，刘兵主编，化学工业出版社

化学制药教研室

2013.5

摘要3

前言4

1.1吸收技术概况4

1.2吸收设备分类4

第二章水吸收二氧化硫填料塔设计7

2.1任务及操作条件7

2.2吸收剂的选择7

2.3填料塔的填料的选择8

2.4操作参数的选择9

2.4.1操作温度的确定9

2.4.2操作压力的确定10

第三章吸收塔工艺条件的计算11

3.1基础物性数据11

3.1.1液相物性数据11

3.1.2气相物性数据11

3.1.3气液相平衡数据11

3.2物料衡算12

3.3填料塔的工艺尺寸的计算14

3.3.1空塔气速的确定14

3.3.2填料规格校核:

17

3.3.3传质单元高度的计算17

3.4填料层压降的计算21

3.5液体分布器计算23

3.5.1液体分布器23

3.5.2液体分布器简要设计24

3.5.2.1液体分布器的选型24

3.5.2.2分布点密度计算24

3.5.2.3布液计算24

3.6其他附件的选择25

3.6.1离心泵的计算与选择25

3.6.2多孔型液体分布器26

3.6.3直管式多孔分布器26

3.6.4排管式多孔分布器26

3.6.5填料支撑板26

3.6.6填料压板与床层限制板26

3.6.7气体进出口装置与排液装置27

3.6.8人孔27

主要符号说明28

结束语30

摘要

吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。

气液两相的分离是通过它们密切的接触进行的，在正常操作下，气相为连续相而液相为分散相，气相组成呈连续变化，气相中的成分逐渐被分离出来。

填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，属微分接触逆流操作过程。

塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。

支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。

填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。

填料层的空隙率超过90%，一般液泛点较高，单位塔截面积上填料塔的生产能力较高，研究表明，在压力小于0.3MPa时，填料塔的分离效率明显优于板式塔。

这次课程设计的任务是用清水吸收空气中的二氧化硫，然后再进行解吸处理得到二氧化硫。

要求设计包括塔径、填料塔高度、塔管的尺寸等，需要通过物料衡算得到所需要的基础数据，然后进行所需尺寸的计算得到各种设计参数，为图的绘制打基础，提供数据参考。

关键词：

填料塔吸收二氧化硫

前言

1.1吸收技术概况

当气体混合物与适当的液体接触，气体中的一个或者几个组分溶解与液体中，而不能溶解的组分仍留在气体中，使气体得以分离。

吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。

1.2吸收设备分类

在吸收过程中，质量交换是在两相接触面上进行的。

因此，吸收设备应具有较大的气液接触面，按吸收表面的形成方式，吸收设备可分为下列几类：

（1）表面吸收器

吸收器中两相间的接触面是静止液面（表面吸收器本身的液面）或流动的液膜表面（膜式吸收器）。

这类设备中的接触表面在相当大的程度上决定于吸收器构件的几何表面。

这类设备还可分为以下几种基本类型：

水平液面的表面吸收器：

在这类吸收器中，气体在静止不动或缓慢流动的液面上通过，液面即为传质表面，由于传质表面不大，所以此种表面吸收器只适用于生产规模较小的场合。

通常将若干个气液逆流运动的吸收器串联起来使用。

为了能使液体自流，可将吸收器排列成阶梯式，即沿流体的流向，后一个吸收器低于前一个吸收器。

水平液面的表面吸收器的效率极低，现在应用已很有限。

只有从体积量不大的气体中吸收易溶组分，并同时需要散除热量的情况下才采用它们。

这类吸收器有时还用于吸收高浓度气体混合物中的某些组分。

液膜吸收器：

在液膜吸收器中，气液两相在流动的液膜表面上接触。

液膜是沿着圆管或平板的纵向表面流动的。

已知有三种类型的液膜吸收器：

列管式吸收器：

液膜沿垂直圆管的内壁流动；

板状填料吸收器：

填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的两测流动；

升膜式吸收器：

液膜向上（反向）流动。

目前，液膜吸收器应用比较少，其中最常见的是列管式吸收器，常用于从高浓度气体混合物同时取出热量的易溶气体（氯化氢，二氧化硫）的吸收。

填料吸收器填料吸收器是装有各种不同形状填料的塔。

喷淋液体沿填料表面流下，气液两相主要在填料的润湿表面上接触。

设备单位体积内的填料表面积可以相当大，因此，能在较小的体积内得到很大的传质表面。

但在很多情况下，填料的活性接触表面小于其几何表面。

填料吸收器：

填料吸收器一般作成塔状，塔内装有支撑板，板上堆放填料层。

喷淋的液体通过分布器洒向填料。

在吸收器内，填料在整个塔内堆成一个整体。

有时也将填料装成几层，每层的下边都设有单独的支撑板。

当填料分层堆放时，层与层之间常装有液体再分布装置。

在填料吸收器中，气体和液体的运动经常是逆流的。

而很少采用并流操作。

但近年来对在高气速条件下操作的并流填料吸收器给予另外很大的关注。

在这样高的气速下，不但可以强化过程和缩小设备尺寸，而且并流的阻力降也要比逆流时显着降低。

这样高的气速在逆流时因为会造成液泛，是不可能达到的。

如果两相的运动方向对推动力没有明显的影响，就可以采用这种并流吸收器。

填料吸收器的不足之处是难于除去吸收过程中的热量。

通常使用外接冷却器的办法循环排走热量。

曾有人提出在填料层中间安装冷却组件从内部除热的设想，但这种结构的吸收器没有得到推广。

机械液膜吸收器：

机械液膜吸收器可分为两类。

在第一类设备中，机械作用用来生成和保持液膜。

属于这一类的有圆盘式液膜吸收器。

当圆盘转到液面上方时，便被生成的液膜所覆盖，吸收过程就在这一层液膜表面上进行。

圆盘的圆周速度为0.2～0.3米秒。

这种吸收器的传质系数与填料吸收器相近。

第一类设备没有什么明显的优点，并由于有转动部件的存在而使结构复杂化，同时还增加了能量消耗。

因此这类设备没有得到推广。

第二类设备的实用意义较大。

在这类设备中，转子的转动用来使两相混合，促使传质过程得到强化。

这种设备称之为“转子液膜塔”，常用于热稳定性较差物质的精馏。

显然，这种设备也可用于吸收操作。

（2）鼓泡吸收器

在这种吸收器中，接触表面是随气流而扩展。

在液体中呈小气泡和喷射状态分布。

这样的气体运动（鼓泡）是以其通过充满液体的设备（连续的鼓泡）或通过具有不同形式塔板的塔来实现。

在充填填料的吸收器中，也可看到气体和液体相互作用的特征。

这一类吸收器也包括以机械搅拌混合液体的鼓泡吸收器。

鼓泡吸收器中，接触表面是由流体动力状态（气体和液体的流量）所决定的。

（3）喷洒吸收器

喷洒吸收器中的接触表面是在气相介质中喷洒细小液滴的方法而形成的。

接触表面取决于流体动力学状态（液体流量）。

这一类的吸收器有：

吸收器中液体的喷洒是用喷雾器（喷洒或空心的吸收器）；用高速气体运动流的高速并流喷洒吸收器；或用旋转机械装置的机械喷洒吸收器。

在这些不同形式的设备中，现在最通用的是填料塔吸收器。

第二章水吸收二氧化硫填料塔设计

2.1任务及操作条件

操作方式：

连续生产

生产能力：

处理气量为2415m3=132点，布液点示意图如图所示。

3.5.2.3布液计算

重力型液体分布器布液能力计算

，

图3-3槽式液体分布器二级槽的布液点示意图

3.6其他附件的选择

3.6.1离心泵的选择

因为该吸收以清水为吸收剂，且根据计算可知选用离心泵型号为：

IS单级单吸离心泵比较合适

表3--2

转速（rmin）

流量m3h

扬程Hm

效率η%

功率kW

必需汽蚀余量

（NPSH）rm

轴功率

电机功率

2.5

1450

100

12.5

76

4.48

7.5

3.6.2多孔型液体分布器

多孔型液体分布器系借助孔口以上的液体层静压或泵送压力使液体通过小孔注入塔内。

3.6.3直管式多孔分布器

根据直管液量的大小，在直管下方开2～6排对称小孔，孔径与孔数依液体的流量范围确定，通常取孔径2～6mm,，孔的总面积与及进液管截面积大致相等，喷雾角根据塔径采用30°或45°，直管安装在填料层顶部以上约300mm。

此形分布器用于塔径600～800mm，对液体的均布要求不高的场合。

根据要求，也可以采用环形管式多孔分布器。

3.6.4排管式多孔分布器

支管上孔径一般为3～5mm，孔数依喷淋点要求决定。

支管排数、管心距及孔心距依塔径和液体负荷调整。

一般每根支管上可开1～3排小孔，孔中心线与垂直线的夹角可取15°、22.5°、30°或45°等，取决于液流达到填料表面时的均布状况。

主管与支管直径由送液推动力决定，如用液柱静压送液，中间垂直管和水平主管内的流速为0.2～0.3ms，支管流速取为0.15～0.2ms；采用泵送液则流速可提高。

3.6.5填料支撑板

填料支撑板用于支撑塔填料及其所特有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及其体均布作用。

故要求支撑板上气液流动阻力太大，将影响塔的稳定操作甚至引起塔的液泛。

支撑板大体分为两类，一类为气液逆流通过的平板支撑板，板上有筛孔或为栅板式；另一类斯气体喷射型，可分为圆柱升气管式的气体喷射型支撑板和梁式气体喷射型支撑板。

平板型支撑板结构简单，但自由截面分率小，且因气液流同时通过板上筛孔或栅缝，故板上存在液位头。

气体喷射性支撑板气液分道，即有利于气体的均匀分配，又避免了液体在板上聚集。

梁式结构强度好，装卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允许气液负荷较大，其应用日益受到重视。

当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时，塔内填料将发生浮动或相互撞击，破坏塔的正常操作甚至损坏填料，为此，一般在填料层顶部设压板或床层限制板。

3.6.6填料压板与床层限制板

填料压板系藉自身质量压住填料但不致压坏填料；限制板的质量轻，需固定于塔壁上。

一般要求压板或限制板自由截面分率大于70％。

3.6.7气体进出口装置与排液装置

填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。

对500mm直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。

对1.5m以下直径的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其它均布气流的装置。

气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。

最简单的装置是在气体出日处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采用旋流板除雾器。

液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。

常压塔气体进出口管气速可取10～20ms（高压塔气速低于此值）；液体进出口气速可取0.8～1.5ms（必要时可加大些）管径依气速决定后，应按标准管规定进行圆整。

3.6.8人孔

表3-7

公称压力

公称直径

密封面型

标准号

常压

450mm

平面（FS）

HG

主要符号说明

—亨利系数，

—气体的粘度，

—平衡常数

—水的密度和液体的密度之比

—重力加速度，

—分别为气体和液体的密度，

—分别为气体和液体的质量流量，

—气相总体积传质系数，

—填料层高度，

—塔截面积，

—气相传质单元高度，

—气相总传质单元数

—以分压差表示推动的总传质系数，

—单位体积填料的润湿面积

—以分压差表示推动力的气膜传质系数，

—溶解度系数，

—以摩尔浓度差表示推动力的液摩尔传质系数，

—气体通过空塔截面的质量流速，

—气体常数，

—溶质在气相中的扩散系数，

—塔径，

—填料层分段高度，

—操作压力，

—压力降，

—空塔气速，

—泛点气速，

—气相摩尔比

—气相摩尔分数

—表面张力，

—填料因子，

参考资料

[1]杨祖荣，刘丽英，刘伟.化工原理.北京.化学工业出版社

[2]陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编.化工原理.下册第三版.北京.化学工业出版社,2006.5

[3]刘志丽主编.化工原理.化学工业出版社,2008

[4]吉林化学工业公司设计院，化学工业部化工设计公司主编.化工工艺算图第一册.常用物料物性数据.北京.化学工业出版社,1982.10

[5]马江权，化工原理课程设计（第二版）.江苏工业学院，2007.

[6]厉玉鸣主编.化工仪表及自动化.第四版.北京.化学工业出版社，2010.7

[7]贾绍义，柴诚敬主编.化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）.天津.天津大学出版社，2002.8

[8]陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编.化工原理.上册第三版.北京.化学工业出版社,2006.5

[9]王明辉编著.化工单元过程课程设计.化学工业出版社.2007

[10]吉林化学工业公司设计院，化工部中国环球化学工程公司主编.化工工艺算图.第三册化工单元操作.北京.化学工业出版社,1993.3

[11]叶世超,夏素兰等编.科学出版社.化工原理下册

[12]蒋维均,雷良恒,刘茂林编.清华大学出版社.化工原理下册

[13]蒋维均,余立新编著.清华大学出版社.化工原理流体流动与传热.

结束语

化工原理课程设计进行两个星期已经临近尾声了。

两个星期以来，从最初对课程设计的恐惧与渴望，到如今的熟悉与自信，我体会到了其实做成一件事只需要脚踏实地，要做好一件事还需要大胆创新，不拘一格。

两个星期以来，虽然辛苦，但是收获的是成就感与欣慰。

在这次的课程设计中，需要查阅大量的资料，浏览各种信息。

由此锻炼了我们搜集有用文献的能力。

另外，对于一次独立的课程设计任务，同时需要用到word文档排版等有关计算机能力。

最为重要的是，借此机会，巩固复习了化工原理有关知识，尤其是有关吸收方面的内容。

让理论在自己的设计中尽可能接近现实。

总之，本次课程设计，无论对于将来的毕业设计，还是参加各种专业知识的大型竞赛，以及走向工作岗位，都有一定的基础作用。

在此次课程设计中，我得到了张老师的指导与帮助，这对于我的任务的顺利完成和设计的质量上都有很大的提高。

我衷心感谢老师的指点！