水吸收二氧化硫填料塔课程设计.doc

《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
6、 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 4
1. 操作条件的确定 4
1.1吸收剂的选择…………………………………………….4
1.2装置流程的确定………………………………………...4
1.3填料的类型与选择………………………………………4
1.4操作温度与压力的确定 4
2. 有关的工艺计算 5
2.1基础物性数据……………………………………………5
2.2物料衡算 6
2.3填料塔的工艺尺寸的计算 6
2.4填料层降压计算 11
2.5吸收塔接管尺寸的计算………………………………..12
2.6附属设备……………………………………………… ..12
三、评价………………………………………………………………...13
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= kg m-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=92.7 m2/m3
Umin=(LW)minat=0.08×92.7=7.416m3/m2·h
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
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
D
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

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