课程设计-吸收塔---完成版

目录设计任务书………………………………………………………………………………….11、流程及流程说明………………………………………………………………………...22、物料衡算………………………………………………………………………………...23、填料塔的工艺尺寸计算………………………………………………………………...33.1塔径D的计算………………………………………………………………………33.2液体喷淋密度的核算……………………………………………………………….43.3填料层高度的计算………………………………………………………………….43.3.1传质单元高度的计算…………………………………………………………43.3.2传质单元数的计算……………………………………………………………43.4塔附属高度的计算………………………………………………………………….64、填料层压降的计算……………………………………………………………………...75、其他附属塔内件的选择………………………………………………………………...75.1液体分布器的选择………………………………………………………………….75.1.1布液计算………………………………………………………………………85.2液体再分布器的选择……………………………………………………………….85.3填料支承装置的选择……………………………………………………………….96、吸收塔流体力学参数计算……………………………………………………………...97、吸收塔主要接管的尺寸计算…………………………………………………………...97.1液体进料接管……………………………………………………………………...107.2气体进料接管……………………………………………………………………...108、总结…………………………………………………………………………………….10附表………………………………………………………………………………………...12参考文献…………………………………………………………………………………...12设计任务书1一、设计题目：填料吸收塔的设计二、设计任务：设计用水吸收SO2的常压填料塔，操作温度20℃，操作压力101.325KPa。三、设计条件：1、气体混合物成分：空气和SO2；2、SO2的含量：4%3、混合气体流量：4000m3/h4、操作温度：293K；5、混合气体压力：101.325KPa；6、回收率：95%四、设计项目：1、确定吸收流程；2、物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成；3、选择填料、计算塔径、填料层高度、填料的分层、塔高的确定。4、流体力学特性的校核：液气速度的求取，喷淋密度的校核，填料层压降△P的计算。5、附属装置的选择与确定：液体喷淋装置、液体再分布器、气体进出口及液体进出口装置、栅板。五、设计要求：1、设计说明书内容包括：⑴、目录和设计任务书；⑵、流程图及流程说明；⑶、计算（根据计算需要，作出必要的草图，计算中所采用的数据和经验公式应注明其来源）；⑷、设计计算结果表；⑸、对设计成果的评价及讨论；⑹、参考文献。2、设计图纸：绘制一张填料塔装置图1.流程及流程说明：2二氧化硫炉气经由风机从塔底鼓入填料塔中，与由离心泵送至塔顶的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的尾气由塔顶排除，吸收了SO2的废水由填料塔的下端流出。2.物料衡算：混合气体的组成：空气（96%）SO2（4%）M=29×96%+64×4%=30.4kg/kmol3/kg264.12938.31430.4325.101mRTPMG进口气体的体积流量：qv=4000m3/h二氧化硫的摩尔分数为：y1=0.04进塔气相摩尔比为：Y1=y11-y1=04.0104.0=0.0417回收率:95%出塔气相摩尔比：Y2=Y1(1-η)=0.0417×（1-0.96）=0.0020853进塔惰性气相流量：G=PVRT(1-y1)=293314.84000325.101×（1-0.04）=159.726kmol/h出口液体中溶质与溶剂的摩尔比（清水）：X2=0查表知20℃时：E=3.55×103/kPaX1*=Y1m，m=E/P故：X1*=Y1PE=31055.3325.1010417.0=1.19310根据G(Y1-Y2)=L(X1-X2)可求得最小液-气比：（LG）min=Y1-Y2X1*-X2=01019.1002085.00417.03=33.277适宜液-气比取最小液-气比的1.5倍故LG=1.5（LG）min=1.5×33.277=49.916L=49.916G=49.916×159.726=7972.88kmol/h3.填料塔的工艺尺寸计算3.1塔径D的计算选用50×25×1.5（mm）型的塑料阶梯环填料。其主要的性能参数如下：比表面积：at=114m2/m3填料因子127F吸收液密度：水L=998.2kg/m3液体密度校正系数L水=1吸收液粘度：μL=1.004mPa·s气相质量流量：G’=ρG·qv=1.264×4000=5056kg/h液相质量流量：L’=L·M水=7972.88×18=143511.84kg/h4L'G'(ρGρL)½=505684.143511×)2.998264.1(½=1.0104由埃克特通用关联图可以查得：uf²φΨg(ρGρL)μL0.2=0.025代入数值得：uf=0.025gρLφΨρGμL0.2=2.0004.1264.111272.99881.9025.0=1.234m/s取空塔气速：u’=0.85uf=0.85×1.234=1.049m/s塔径：D=uVs4=049.1360014.340004=1.1616m故取塔径D=1.2mu=24DVs=22.1360014.340004=1.049m/suuf=234.1049.1=0.847(50%～85%为经验值，故在允许范围内)3.2液体喷淋密度的核算填料表面的润湿状况是传质的基础，为保持良好的传质性能，每种填料应维持一定的液体润湿速率（或喷淋密度）。最小喷淋密度：minU=min)(wL×ta=0.08×114=9.12m3/（㎡·h）最小润湿率（Lmin)w0.08m)/(3hm（直径75mm的环形填料）喷淋密度：U=24DWLL=22.1785.02.99888.143511=135.73m)/(23hm135.739.12=minU（符合要求）经过以上校核可知，填料塔直径选用D=1.2m合理3.3填料层高度的计算3.3.1传质单元高度的计算NOG=LmG11ln[（1-LmG）(Y1-mX2Y2-mX2)+LmG]m=E/P=3.55×10³/101.325=35.045故LmG=88.7972726.15904.35=0.702NOG=702.011ln[（1-0.702）)0002085.000417.0(+0.702]=6.364m3.3.2传质单元数的计算相关参数如下：水的表面张力：σL=7.28×10mN/2填料材质的临界表面张力：σc=33×103N/m二氧化硫在空气中的扩散系数：Dv=0.108cm²/s=0.039m²/h混合气体的粘度：μv=1.81×10-5Pa·s水的粘度：μL=1.004×103Pa·s气体质量流量：Uv=G'Ω=22.1785.05056=4472.75kg/(㎡/h)液体质量流量：UL=L'Ω=22.1785.088.143511=126956.73kg/(㎡/h)气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：awat=1-exp[-1.45（σcσL）0.75(ULatμL)0.1(UL2atρL²g)-0.05(UL2ρLσLat)0.2]代入计算得awat=1-0.295=0.705aw=0.705×114=80.3732mm气膜吸收系数：kG=0.237(Uvatμv)0.7(μvρvDv)1/3(atDvRT)1.1代入得：kG=0.237（51081.12.114242.1)0.7(551008.1264.11081.1)1/3(293314.81008.11145)1.1)47.1(=7.25610m/s液膜吸收系数：kL=4.00.0095（ULawμL）2/3（μLρLDL)-0.5(μLgρL)1/3代入得：6kL=(1.47)4.00.0095（310004.137.8025.35）2/3（531047.12.99810004.1)-0.5(2.99881.9004.1)1/3=0.089m/skGa=kGaw=7.25×1080.376=5.827410kmol/(㎡·s·kPa)kLa=kLaw=0.08937.80=7.15m/sKYaKwGaaHkakaKLGG111H=016.01835502.998sLEM15.7016.0110827.5114aKG→17241aKG668.017242.1785.0325.101360073.1592aPKGHGOG由z=HOGNOG=0.668×6.364=4.25m计算出填料层高度后，还应留出一定的安全系数，根据设计经验，填料层高度一般为Z=（1.2～1.5）z故填料层有效高度取：Z=1.4z=1.4×4.25=5.95m取整数:Z=6m故填料需分成两段,每段填料层高度为3m。3.4塔附属高度的计算塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高度，塔的底部空间高度等。塔的上部空间高度是为使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来而留取的高度，可取1.2~1.5m（包括除沫器高度），本设计取1.5m。设塔定液相停留时间为60s，则液封所占空间高度为：60×L’/ρLπ4D²=22.1785.0)2.9983600(88.14351160=2.12m底部空间高度取1m故吸收塔的附属高度为1.5+2.12+1=4.62m7吸收塔的总高度：H=6+4.62=10.62m4.填料层压降的计算在表一查：横坐标：GLWW(ρGρL)½=1.0104纵坐标：uf²φΨg(ρGρL)μL0.2=0.0156查得ΔPΔZ=392.4Pa故全塔填料层压降：ΔP=392.44.23546Pa5.其他附属塔内件的选择5．1液体分布器的选择：液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。本设计选用多孔直管式分布器5.1.1布液计算：根据Ecker的散装填料塔分布点密度推荐值，本设计选用布点密度170个/㎡。故开孔数目：n=π4×1.22×170=193个孔流系数：Φ=0.6开孔上方液位高度：ΔH=400mm孔径d0=4LπnΦ2gΔH=4.081.926.014.3193)36002.998/(84.1435114=8.87310m设计取孔径d0=8.87mm5.2液体再分布器的选择除塔顶液体的分布之外，填料层中的液体的再分布是填料塔中的一个重要问题。往往会发现，在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后雁塔壁下流，塔中心处填料得不到8好的湿润，形成所谓“干椎体”的不正常现象，减少了气液两相的有效接触面积。因此每隔一定距离必须设置液体再分布器，以克服此种现象。升气管式再分布器适用于直径0.6m以上的塔，而且可以分段卸下填料，更换填料方便，所以本设计选用升气管式再分布器。5.3填料支承装置的选择结构上应有利于气液相的均匀分布