水吸收二氧化硫填料塔课程设计

1《化工原理课程设计》报告设计任务书（一）设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的SO2，混合气体的处理为2500m3/h,其中SO2（体积分数）8﹪。要求塔板排放气体中含SO2低于0.4％，采用清水进行吸收。（二）操作条件常压，20℃（三）填料类型选用塑料鲍尔环、陶瓷拉西环填料规格自选（四）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、吸收塔接管尺寸的计算5、绘制吸收塔的结构图26、对设计过程的评述和有关问题的讨论7、参考文献8、附表目录一、概述···········································································4二、计算过程·····································································41.操作条件的确定·······················································41.1吸收剂的选择…………………………………………….41.2装置流程的确定………………………………………...41.3填料的类型与选择………………………………………41.4操作温度与压力的确定······································42.有关的工艺计算·······················································52.1基础物性数据……………………………………………52.2物料衡算························································62.3填料塔的工艺尺寸的计算···································62.4填料层降压计算··············································112.5吸收塔接管尺寸的计算………………………………..122.6附属设备………………………………………………..12三、评价………………………………………………………………...13四、参考文献………………………………………………...13五、附表………………………………………………………143一、概述填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量小，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。二、设计方案的确定(一)操作条件的确定1．1吸收剂的选择因为用水作吸收剂，同时SO2不作为产品，故采用纯溶剂。1．2装置流程的确定用水吸收SO2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传质效率，选择用逆流吸收流程。1．3填料的类型与选择用不吸收SO2的过程，操作温度低，但操作压力高，因为工业上通常选用塑料散堆填料，在塑料散堆填料中，塑4料鲍尔环填料的综合性能较好。鲍尔环填料是对拉西环的改进，鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。1．4操作温度与压力的确定20℃，常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算2．1基础物性数据①液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据查得，293K时水的有关物性数据如下：密度ρ=998.2kg/m粘度μL=0.001Pa·s=3.6kg/(m·h)表面张力бL=72.6dyn/cm=940896kg/h3SO2在水中的扩散系数为DL=1.47×10-5m2/s=5.29×10-6m2/h②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mvm=∑yiMi=0.08×44＋0.92×29=31.8混合气体的平均密度ρvm=322.1293314.88.313.101RTPMvmkgm-3混合气体粘度近似取空气粘度，手册20℃空气粘度为μV=1.81×10-5Pa·s=0.065kg/(m•h)查手册得SO2在空气中的扩散系数为5DV=0.108cm2/s=0.039m2/h由手册查得20℃时SO2在水中的亨利系数E=3550kPa相平衡常数为m=04.353.1013550PE溶解度系数为H=3lkPa.mkmlo0.0156E.Msρ2.2物料衡算进塔气相摩尔比为y1=0.08出塔气相摩尔比为y2=0.004进塔惰性气相流量为V=hkmol/67.95)08.01(2932734.222500该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即（2121min/xmyyy）VL（对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0（29.33004.35/08.0004.008.0/2121minxmyyy）VL（取操作液气比为L/V=1.4L/V=1.4×33.29=46.61L=46.61×95.67=4459.18kmol/h∵V(y1-y2)=L(x1-x2)∴x1=3101.634459.180.004)(0.0895.672.3填料塔的工艺尺寸计算①塔径计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相质量流量为WV=2500×1.322=3305kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算6即WL=4459.18×18.02=80354.42kg/hEckert通用关联图横坐标为0.885)998.21.322(330580354.42)ρρ(WW0.50.5LVVL查埃克特通用关联图得025.02.0LLVFFgu查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1140mFsmguLVFLF/149.11322.111402.99881.9226.0025.02.02.0取u=0.7uF=0.7×1.149=0.8046m/s由8046.014.33600/250044uVDS1.048m圆整塔径，取D=1.1m泛点率校核u=m/s.../73110117850360025002100149.17311.0Fuu﹪=63.63％(在允许范围内)填料规格校核：1044251100dD液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为（LW）min=0.08m3/m·h查塑料(聚乙烯）鲍尔环（*）特性数据表得：型号为DN50的鲍尔环的比表面积at=92.7m2/m3Umin=(LW)minat=0.08×92.7=7.416m3/m2·hU=min2778411785029984280354U..../.经校核可知，塔径D=1100mm合理7②填料层高度计算y1=mx1=35.04×0.00163=0.0571Y2=mX2=0脱因系数为S=752.018.445967.9504.35LmV气相总传质单元数NOG=SyyyySS22211ln11=752.001063.1008.0)752.01(ln752.0113=10.319气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算2.0205.021.075.045.1exp1tLLLtLLtLLtLLctwaUaaUaUaa查常见材质的临界表面张力值表得c=33dyn/cm=427680kg/h2液体质量通量为h)kg/(m....UL224618460011785042803542.0205.08221.075.07.929408962.998461.846001027.12.9987.9246.846006.37.92461.8460094089642768045.1exp1twaa=0.6467吸收系数由下式计算8RTDaDaUKVtVVVVtVG3/17.0237.0质量通量为hmkg/....UV225347911785032212500293314.8039.07.92039.0322.1065.0065.07.923.3479237.03/17.0GK=0.237×85.71×1.08×0.0015=0.0325kmol/(m3·h·kPa)吸收系数由下式计算3/12/13/20095.0LLLLLLWLLgDaUK3/182/163/22.9981027.16.31029.52.9986.36.37.926467.046.846000095.0LK=3.236m/h1.1WGGaKaK查常见填料的形状系数表得45.11.1WGGaKaK)/(932.245.17.926467.00325.031.1kPahmkmolhaKaKWLL/08.22545.17.926467.0236.34.04.0u/uF=63.63％50﹪aKuuaKGFG4.15.05.91aKuuaKLFL2.25.06.219得kPahmkmolaKG34.1/642.4932.25.06363.05.91得haKL/38.23208.2255.06363.06.212.2kPahmkmolaHKKaKLGG3/036.238.2320156.01642.411111HOG=maPKVaKVGY488.01.1785.03.101036.267.952Z=HOGNOG=0.488×10.319=5.03m得Z′=1.3×5.03=6.539取填料层高度为Z′=6.6m查塑料鲍尔环高度推荐值表对于阶梯环填料10~5Dh，hmax≤6m取h/D=8则h=8×1100=8800mm计算得填料层高度为66000mm，故不需分段2.4填料层压降计算散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。计算时，先根据气液负荷及有关物性数据，求出横坐标50。LVVLWW值。再根据操作空塔气速U用有关物性数据，求出纵坐标2.02LLVPgu值。通过作图得出交点，读出过交点的等压线数值，即得出每米填料层压降值。用埃克特通用关联图计算压降时，所需填料因子与液体喷淋点密度有关，为了工程10计算的方便，常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平均值。埃克特通用关联图横坐标为50。LVVLWW=0.885查散装填料压降填料因子平均值表得1125mP查通用关联图得：△P/Z=190.45Pa/m填料层压降为△P=190.45×6.6=1256.97Pa查此图时，一定要看好，最好用两个直角板找到横坐标和纵坐标的交点，在估计出合理的等压线数值。2.5吸收塔接管尺寸计算一般管道为圆形，d为内径，水流速为0.5～3m/s常压下气体流速10～30m/s则气体进口直径mmuVd17230360014.32500441气体出口直径d2=d1=172mm喷液进口直径mmuVd2395.0360014.32.998/42.80354443喷液出口直径d4=