化工原理设计

《化工原理》课程设计报告专业班级：组别：姓名：学号：组员：指导教师：（课程设计时间：2015年6月9日——2015年6月21日）课程设计任务书水吸收SO2过程填料吸收塔设计一、设计题目设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的SO2。混合气体的处理量：2400m3/h混合气体中含SO25%（体积分数，下同），要求塔顶排放气体中SO2含量低于0.2%，采用清水进行吸收，吸收剂用量自定。二、操作条件操作压力：常压操作温度：20℃；三填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。五设计内容1、吸收塔的物料衡算(由于是低浓度、物理吸收，溶解热可忽略，故不必做热量衡算)；2、吸收塔工艺尺寸的计算（塔径、填料层高度以及分段、塔高）；3、（气体通过）填料层压降的计算；4、吸收塔接管尺寸计算（参见上册p17某些流体在管道中的常用流速范围表）；5、附属装置的选型：液体分布器、再分布器、气体分布装置、填料支承板等；6、附属设备选型：泵（通过计算选型）、风机（选型计算可免去）7、绘制生产工艺流程图；8、绘制填料塔装配图；9、对设计过程的评述和有关问题的讨论。目录1．概述...................................................................................................................12．SO2填料吸收塔的设计及计算.....................................................................12.1二氧化硫填料吸收塔工艺计算数据汇总表............................................12.2设计条件：...............................................................................................22.3设计方案的确定.......................................................................................22.4填料的选择................................................................................................22.5基础物性数据............................................................................................22.5.1液相物性数据.................................................................................................22.5.2气相的物性数据..............................................................................................32.5.3气液相平衡数据..............................................................................................32.6物料衡算....................................................................................................42.7填料塔工艺尺寸的计算............................................................................42.7.1塔径的计算......................................................................................................42.7.2填料层高度计算..............................................................................................62.7.3气相总传质单元高度的计算：......................................................................72.7.4填料层压降计算.....................................................................................93.附属装置的选型和设计......................................................................................93.1液体分布器的简要设计............................................................................93.1.1液体分布器的选型.........................................................................................93.1.2分布点密度计算.............................................................................................93.1.3布液计算.........................................................................................................93.2除雾器选型.............................................................................................103.3填料压紧装置.........................................................................................113.4填料支撑装置.........................................................................................113.5液体再分布装置......................................................................................114.课程设计总结分析及心得................................................................................115.主要符号说明....................................................................................................116.参考资料............................................................................................................12第1页1．概述塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等。塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。填料塔由填料、塔内件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两大类。塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。近年来由于填料结构的改进，新型的高效、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离能力，由保持了压力降小及性能稳定的特点，因此填料塔已被推广到大型企业设备中。在某些场合，还代替了传统的板式塔。随着对填料塔的研究和开发，性能优随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔以大量的用于工业生产中。近年来，国内外对填料的研究与开发进展很迅速，新型高效填料的不断出现，是填料塔的应用更加广泛，直径达到几米甚至十几米的大型填料塔在工业上已非常罕见。填料塔的使用已有百余年的历史，人们对它的研究从末中断。特别是近些年，由于性能优良的新型填料不断开发，改善了填料层内气液两相的分布与接触情况，填料塔的负荷通量增大，阻力降低，效率提高，操作弹性加大。所有这一切促使了填料塔的应用日趋广泛。本文选定以清水为吸收剂吸收SO2。详细的阐述了填料吸收塔的整个设计过程：首先确定塔的设计方案为逆流吸收，然后根据工艺条件选用DN38聚丙烯阶梯环填料。依据查得的基础物性数据对塔径、填料层高度及压降进行计算，填料层高度计算采用传质单元数法。对计算结果核算后，选用合适的附属设备，并对液体分布器进行了较为详细的设计，最后设计出塔的工艺条件图。2．SO2填料吸收塔的设计及计算2.1二氧化硫填料吸收塔工艺计算数据汇总表1混合气体平均摩尔质量Mvm30.75g/mol2平均密度ρvm1.279kg/ml3进塔的气相摩尔比Y10.05264出塔的气相摩尔比Y20.00175进塔惰性气体流量V94.84kmol/h6液相平衡组分的摩尔比X*10.00157最小液体（L/V）min34第2页8液体摩尔流量L4836.84koml/h9组分在液相中的摩尔比X10.001010气相质量流量Wv3069kg/h11液相质量流量WL87159.857kg/h12塔径D1.2m13传质单元数NOG7.413m14液体质量通量UL77105.32kg/(m2.h)15气体的质量通量Uv2715.50kg/(m2.h)16气膜吸收系数KG0.04132kmol/(m2.h.kPa)17液膜吸收系数KL1.421m/h18气相总吸收系数KGa1.259kmol/(m3.h.kPa)19传质单元高度HOG0.6578m20理论填料层高度Z4.8766m21实际填料层高度Z’7.31m22填料层压降△p13244Pa23布料点数n125点2.2设计条件：生产能力：2400Nm3/h空气和SO2混合气，其中SO2体积分数是5%排放含量：0.17%操作方式：连续操作操作温度：20℃操作压力：常压吸收剂：清水2.3设计方案的确定因为水吸收SO2中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收过程。因为水作为吸收剂，且SO2不作为产品，故采用纯溶剂。2.4填料的选择对于水吸收SO2的过程，操作温度及操作压较低，工业上常选用散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环的综合性能好，故选用Dn38聚丙烯阶梯环填料。2.5基础物性数据2.5.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可晋升取纯水的物性数据。从《化工热力学》第3