完整版填料吸收塔毕业课程设计.docx

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完整版填料吸收塔毕业课程设计

一设计任务书

（一）设计题目

水吸收SO2过程填料吸收塔的设计：

试设计一座填料吸收塔，用于脱除焙烧炉送出的混合气体（先冷却）中的SO2，其余为惰性组分，采用清水进行吸收。

混合气体的处理量m3h

2000

混合气体SO2含量（体积分数）

10%

SO2的回收率不低于

97%

吸收剂的用量与最小用量之比

1.3

（二）操作条件

（1）操作压力常压

（2）操作温度25℃

（三）设计内容

（1）吸收塔的物料衡算；

（2）吸收塔的工艺尺寸计算；

（3）填料层压降的计算；

（4）液体分布器简要设计；

（5）吸收塔接管尺寸计算；

（6）绘制吸收塔设计条件图；

（7）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

二设计方案简介

2.1方案的确定

用水吸收SO2属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。

因用水作为吸收剂，且SO2不作为产品，故采用纯溶剂。

2.2填料的类型与选择

对于水吸收SO2的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。

在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。

阶梯环是对鲍尔环的改进。

与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。

由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。

锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。

阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。

2.3设计步骤

本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计

（一）吸收塔的物料衡算；

（二）填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：

塔径，填料层高度，填料层压降；（三）设计液体分布器及辅助设备的选型；（四）绘制有关吸收操作图纸。

三、工艺计算

3.1基础物性数据

3.1.1液相物性数据

对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。

由手册查得，25℃时水的有关物性数据如下：

密度为ρL=997.1kgm3

粘度为μL=0.Pa·s=3.2173kg（m·cm=932731kg=0.08m3m·=（Lw）minat=0.08×132.5=10.6m3m2·cm=427680kg=0.785×1.12×140=132.9≈133点

按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。

设计结果为：

二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽度为80mm，槽高度为210mm。

两槽中心矩为160mm。

分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=132点.

图二槽式液体分布器二级槽的布液点示意图

（3）布液计算

由重力型液体分布器布液能力计算

由

式中Ls——液体流量，m3s；

n——开孔数目（分布点数目）；

φ——孔流系数，通常取φ＝0.55～0.60；

d0——孔径，m；

△H——开孔上方的液位高度，m。

取=0.60，=160mm,

则

设计取

液体分布器的安装一般高于填料层表面150~300mm（取决于操作弹性），槽式分布器主槽分槽高度均取210mm，主槽宽度为塔径的0.7~0.8，这里取塔径的0.7，分槽宽度由液体量及停留时间确定，最低液位为50mm为宜，最高液位由操作弹性塔内允许高度及造价确定，一般为200mm左右。

2.液体再分布器升气管式液体再分布器

在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔中心处填料的不到好的润湿，形成所谓的“干锥体”的不正常现象，减少了气液两相的有效接触面积。

因此每隔一定的距离设置液体再分布装置，以克服此现象。

由于塔径为1100mm，因此可选用升气管式再分布器，分布外径1180mm，升气管数8。

3填料支承装置

填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。

对填料的基本要求是：

有足够的强度以支承填料的重量;提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。

常用填料支承板有栅板式和气体喷射式。

这里选用分块梁式支承板。

4.填料限定装置

为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。

对于塑料散装填料，本设计选用创层限制板。

3．气体和液体的进出口装置

管道的公称通径

75

80

90

100

120

130

140

160

185

205

235

260

315

（1）气体和液体的进出口直径的计算

由公式

Vs为流体的体积流量，m3s

u为适宜的流体流速，ms.

常压气体进出口管气速可取10~20ms；液体进出口速度可取0.8~1.5ms（必要时可加大）。

选气体流速为15ms由VS==0.556m3s代入上公式得d=217mm圆整之后，气体进出口管径为d=235mm

选液体流速为2.0ms，由VS=3784.07×18.02（3600×997.1）=0.019m3s代入上公式得d=110mm,圆整之后液体进出口管径为d=120mm

（2）底液出口管径：

选择d=75mm

（3）泵的选型由计算结果可以选用：

IS型的泵

（4）塔附属高的确定

塔的附属空间高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器和液体再分度器所需的空间高度，塔的底部空间高度以及塔的群坐高度。

塔的上部空间高度是指塔填料层以上，应有一足够的空间高度，以使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来，该高度一般取1.2-1.5。

安装液体再分布器所需的塔空间高度依据所用分布器的形式而定一般需要1-1.5m的高度。

塔的底部空间高度是指塔底最下一块塔板到塔底封头之间的垂直距离。

该空间高度含釜液所占的高度及釜液面上方的气液分离高度的两部分。

釜液所占空间高度的确定是依据塔的釜液流量以及釜液在塔内的停留时间确定出空间容积，然后根据该容积和塔径计算出塔釜所占的空间高度。

塔底液相液相停留时间按1min考虑，则塔釜液所占空间为

考虑到气相接管所占的空间高度，底部空间高度可取1.5米，所以塔的附属空间高度可以取3.7米。

（5）人孔

公称压力

公称直径

密封面型

标准号

常压

450mm

平面（FS）

HG

五、设计结果汇总

课程设计名称

水吸收SO2填料吸收塔的设计

操作条件

操作温度25摄氏度

操作压力：

常压

物性数据

液相

气相

液体密度

997.1

kgm3

混合气体平均摩尔质量

33.505

kgkmol

液体粘度

3.22

kg（mh）

混合气体的平均密度

1.3287

kgm3

液体表面张力

932731

混合气体的粘度

0.066

kg（mh）

SO2在水中的扩散系数

6.206×10-6

m2h

SO2在空气中的扩散系数

0.051

m2h

重力加速度

1.27×108

mh

气相平衡数据

SO2在水中的亨利系数E

相平衡常数m

溶解度系数H

4.13×103kpa

40.76

0.0134kmolkPam3

物料蘅算数据

Y1

Y2

X1

X2

气相流量G

液相流量L

最小液气比

操作液气比

0.11

0.0033

0.00208

0

73.62kmolh

3784.07kmolh

39.54

51.4

工艺数据

气相质量流量

液相质量流量

塔径

气相总传质单元数

气相总传质单元高度

填料层高度

填料层压降

2657.4

68188.94

1.1m

9.857

0.590m

7.4m

871.128pa

填料塔附件

除沫器

液体分布器

填料限定装置

填料支承板

液体再分布器

丝网式

二级槽式

床层限制版

分块梁式

升气管式

六、工艺流程图

下图是本设计的工艺流程简图

图二工艺流程简图

七、课程设计总结

本次课程设计是在生产实习后进行的，是对化学工程的过程设计及设备的选择的一个深层次的锻炼，也是对实际操作的一个加深理解。

在设计过程中遇到的问题主要有：

（1）未知条件的选取；

（2）文献检索的能力；（3）对吸收过程的理解和计算理论的运用；（4）对实际操作过程中设备的选择和条件的最优化；（5）对工艺流程图的理解以及绘制简单的流程图和设备结构；（6）还有一些其他的问题，例如计算的准确度等等。

当然，在本次设计中也为自己再次重新的复习化工这门学科提供了一个动力，对化工设计过程中所遇到的问题也有了一个更深的理解。

理论和实际的结合也是本次设计的重点，为日后从事相关工作打下了一定的基础。

最后，深感要完成一个设计是相当艰巨的一个任务，如何细节的出错都有可能造成实际操作中的经济损失甚至生命安全。

八、主要符号说明

at——填料的总比表面积，m2m3

aW——填料的润湿比表面积，m2m3

d——填料直径，m；

D——塔径，m；

DL——液体扩散系数，m2s；

Dv——气体扩散系数，m2s；

ev——液沫夹带量,kg（液）kg（气）；

g——重力加速度，9.81ms2；

——筛孔数目；

NOG——气相总传质单元数；

P——操作压力，Pa；

△P——压力降，Pa；

u——空塔气速，ms；

uF——泛点气速，ms

u0.min——漏液点气速，ms；

u′0——液体通过降液管底隙的速度，ms；

U——液体喷淋密度，m3（m2·——最小液体喷淋密度，m3（m2·——最小的；

L——液相的；

V——气相的。

九、参考文献

1.武汉大学,《化学工程基础》，高等教育出版社,2001.

2.马江权，《化工原理课程设计》（第二版），江苏工业学院，2007.

3.眶国柱,史启才,《化工单元过程及设备课程设计》，北京：

化学工业出版社，2002.

4. 贾绍义，柴诚敬,《化工原理课程设计》,天津大学出版社,2002.

5.涂伟萍，陈佩珍，程达芳,《化工过程及设备设计》,北京：

化学工业

出版社,2000.

6.杨祖荣，刘丽英，刘伟,《化工原理》,北京：

化学工业出版社,2004.

7.管国峰，《化工原理》，北京：

化学工业出版，2003.

十附图

附图：

SO2吸收塔条件图