水吸收二氧化硫填料塔课程设计Word文档格式.docx

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四、参考文献………………………………………………...13

五、附表………………………………………………………14

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/h3

SO2在水中的扩散系数为DL=1.47×

10-5m2/s=5.29×

10-6m2/h

②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=kgm-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

DV=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=

溶解度系数为H=

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=

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（

对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0

（

取操作液气比为L/V=1.4L/V=1.4×

33.29=46.61

L=46.61×

95.67=4459.18kmol/h

∵V（y1-y2）=L（x1-x2）

∴x1=

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

即WL=4459.18×

18.02=80354.42kg/h

Eckert通用关联图横坐标为

查埃克特通用关联图得

查表（散装填料泛点填料因子平均值）得

取u=0.7uF=0.7×

1.149=0.8046m/s

由1.048m

圆整塔径，取D=1.1m

泛点率校核u=

﹪=63.63％（在允许范围内）

填料规格校核：

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/m3

Umin=（LW）minat=0.08×

92.7=7.416m3/m2·

U=

经校核可知，塔径D=1100mm合理

②填料层高度计算

y=mx1=35.04×

0.00163=0.0571

Y=mX2=0

脱因系数为S=

气相总传质单元数

NOG=

=

=10.319

气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算

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

=0.6467

吸收系数由下式计算

质量通量为

=0.237×

85.71×

1.08×

0.0015

=0.0325kmol/（m3·

h·

kPa）

吸收系数由下式计算

=3.236m/h

查常见填料的形状系数表得

u/uF=63.63％>

50﹪

得

HOG=

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，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，求出横坐标值。

再根据操作空塔气速U用有关物性数据，求出纵坐标值。

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

=0.885

查散装填料压降填料因子平均值表得

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

气体出口直径d2=d1=172mm

喷液进口直径

喷液出口直径d4=d3=240mm

排液口直径d5=d3/2=120mm

2.6附属设备

（1）本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分面器，且填料层不高，可不设液体再分布器。

（2）塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及压板。

三、评价

设计中问题的评价：

1、对于吸收塔基本尺寸的确定以及数据来源，物性参数，合适取值范围的确定要按具体的实际设计情况来定。

2、对于吸收塔填料装置的材料属性，以及经济效益要综合考虑工艺的可能性又要满足实际操作标准。

3、对于吸收塔的温度的确定，由吸收的平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度，对于压力的确定，选择常压，减少工作设备的负荷。

设计体会

刚拿到任务说明书时，一脸茫然，大家都是第一次接触到这个陌生的东西，面对大量繁琐的计算，我的头都大了，其中我得了一个很不合理的数据，经过反复查找，才发现前面有个小数点弄错了，我深深体会到了科学需要的严谨性。

在设计课程报告时，要输入大量的公式，我自学了一点公式编辑器的知识，感觉它非常有用，今后有时间还得好好学学。

我会好好对待以后的每一次设计，让老师满意。

希望老师对我这次的表现认可。

四、参考文献

1、《化学工程手册》编辑委员会，化学工程手册——气液传质设备

2、贾绍义，紫诚敬《化工原理课程设计》天津大学出版社，2002

3、刘乃鸿等《现代填料塔技术指南》天津，中国石化出版社1998

4、徐崇嗣等《塔填料产品及技术手册》北京，化学工业出版社1995

5、姚玉英《化工原理，下册》天津大学出版社1999

五，附表

埃克特通用关图

填料特性参数

填料名称

规格（直径×

高×

厚）/mm

材质及堆积方式

比表面积/m2.m3

空隙率/m3/m3

干填料因子/m-1

塑料鲍尔环

50（*）×

50×

4.5

塑料乱堆

92.7

0.90

127

主要符号说明

А

填料层的有效传质比表面积

aW

填料层的润滑比表面积

A

吸收因数，无因次

D

填料直径

dt

填料当量直径

扩散系数。

塔径

E

亨利系数

G

重力加速度

H

溶解度系数

HG

气相传质单元高度

HL

液相传质单元高度

ut

液泛速度

KG

气膜吸收系数

S

解吸因子

U

空塔速度

φ

填料因子