填料塔设计

江汉大学课程设计任务书化学与环境工程学院环境工程系环境工程专业题目填料塔设计任务起止时间：2011年10月7日至2011年10月18日学生姓名蒋国盛学号200809201124指导老师石零目录1设计任务书....................................................................................................错误!未定义书签。1.1设计基本参数....................................................................................错误!未定义书签。1.2填料塔出口参数.................................................................................错误!未定义书签。2设计方案的确定.............................................................................................错误!未定义书签。2.1吸收剂的选择.....................................................................................错误!未定义书签。2.2流程选择及流程说明.........................................................................错误!未定义书签。2.3塔填料选择.........................................................................................错误!未定义书签。2.3.1装填类型选择..........................................................................错误!未定义书签。2.3.2填料材质的选择......................................................................错误!未定义书签。2.3.3填料规格的选择......................................................................错误!未定义书签。3工艺计算........................................................................................................错误!未定义书签。3.1物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成.............................错误!未定义书签。3.2塔径计算.............................................................................................错误!未定义书签。3.3填料层高度的计算.............................................................................错误!未定义书签。3.4填料层压降计算.................................................................................错误!未定义书签。3.5液体分布装置.....................................................................................错误!未定义书签。3.5.1液体分布器的选型..................................................................错误!未定义书签。3.5.2分布点密度计算：.................................................................错误!未定义书签。3.5.3布液计算：..............................................................................错误!未定义书签。3.6填料支撑装置.....................................................................................错误!未定义书签。3.7流体进出口管径.................................................................................错误!未定义书签。4设计一览表....................................................................................................错误!未定义书签。5对本设计的评述.............................................................................................错误!未定义书签。6设计心得........................................................................................................错误!未定义书签。7参考文献........................................................................................................错误!未定义书签。11设计任务书1.1设计基本参数矿石焙烧炉送出的气体冷却至20℃，通入填料塔用清水洗涤去除SO2。炉气流量1000m3/h，炉气平均分子量为32.16g/mol，洗涤水用量2.26×104kg/h。采用25mm×25mm×2.5mm的陶瓷拉西环以乱堆方式充填（或者自选填料的种类及规格）。取空塔气速为泛点气速的73%（或者根据设计手册自选）。1.2填料塔出口参数要求出塔烟气中SO2的浓度达到国家标准。2设计方案的确定2.1吸收剂的选择吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，二氧化硫为吸收质。水廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。2.2流程选择及流程说明逆流操作气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多用逆流操作。2（a）并流（b）逆流图2.1吸收流程用水吸收二氧化硫属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以，本设计选用逆流吸收流程。该填料塔中，二氧化硫和空气混合气体，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了二氧化硫的水由填料塔的下端流出。2.3塔填料选择塔填料（简称为填料）是填料塔的核心构件，它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面，其性能优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面积越大，气液分布也就越均匀，传质效率也越高，它与塔内件一起决定了填料塔的性质。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。填料的种类主要从传质效率、通量、填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值D/d。2.3.1装填类型选择填料种类很多，根据填料方式不同，本设计采用散装阶梯填料。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3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间隙，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，成为目前使用的环形填料中最为优良的一种。2.3.2填料材质的选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。本设计选塑料填料。塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100℃以下使用。聚丙烯填料在低温（低于0℃）时具有冷脆性，在低于0℃的条件下使用要谨慎，可选用耐低温性能好的聚氯乙烯填料。塑料填料具有轻质、廉价、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能较差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。所以本次课设选用聚丙烯填料。2.3.3填料规格的选择散装填料的规格通常是指填料的公称直径。工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小塔径中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。本课设处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用50mm。综上所述选用50mm聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数查表2.1得：比表面积a：114.232/mm空隙率：0.927干填料因子：11.143m国内阶梯环特性数据见表2.1。4表2.1国内阶梯环特性数据材质外径d，mm外径×高×厚d×H×δ比表面积at，m2/m3空隙率ε，m3/m3个数n，个/m3堆积密度ρp，kg/m3干填料因子at/ε3，m-1填料因子Φ，m-1塑料2538507625×17.5×1.438×19×150×30×1.576×37×3228132.5114.289.950.900.910.9270.92981500272009980342097.857.576.868.4313175.6143.111224012080723工艺计算3.1物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成空气和水的物性常数如下：空气：35/205.1)/(065.01081.1mkghmkgsPa水：sPamkgLL53104.100:/2.998黏度密度：表面张力为：σL=72.6dyn/cm=940896kg/h2已知20C下二氧化硫在水中的亨利系数kpaE410355.0相平衡常数04.353.10110355.04PEmE——亨利系数m——相对平衡常数设二氧化硫的进塔摩尔质量分数为x16.32x-129x64X=0.095根据国家锅炉烟气排放标准GB13271-2001二氧化硫排放浓度为900mg/m3设二氧化硫的去除率为y0.9y14.22106409.03y=0.9965进塔气相摩尔比为：0989.009.0109.01Y出塔气相摩尔比为：0003462.009.01)9965.01(09.02Y对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：02X(清水)混合气体的平均摩尔质量为：)/(16.32kmolkgM混合气体流量：)/(60.414.2212932731000hkmo