1、化工原理課程設計 -水吸收二氧化硫過程填料吸收塔設計說明書 學 院： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 設計時間: 化工原理課程設計任務書(2)一、 設計題目水吸收二氧化硫過程填料吸收塔設計二、設計任務及操作條件1、 設計任務生產能力（入塔爐氣流量） 2500 m3h二氧化硫吸收率 96% 入塔爐氣組成(含二氧化硫) 0.06 （摩爾分率）2、 操作條件入塔爐氣溫度 25 洗滌除去二氧化硫的清水溫度 20 操作壓強 常壓 吸收溫度 基本不變,可近似取為清水的溫度 3、填料類型 階梯環填料,填料規格自選 4、 廠 址 齊齊哈爾地區 三、設計內容1、設計方案的選擇及流程說明2、吸收塔的物料

2、衡算3、吸收塔工藝尺寸計算4、填料層壓降的計算5、液體分布器簡要設計6、填料吸收塔裝配圖(1號圖紙)7、設計評述8、參考資料目錄1 緒論 1 1.1吸收技術概況11.2 吸收設備的發展 12 設計方案的確定 22.1方案的確定 22.2流程的確定23 填料選擇 24 吸收塔的工藝計算 24.1基礎物性數據24.1.1 液相物性數據 24.1.2 氣相物性數據 24.1.3 氣液相平衡數據 34.2 物料衡算 34.3填料塔的工藝尺寸計算44.3.1塔徑的計算44.3.2傳質單元高設計 74.3.3傳質單元數的計算 74.3.4填料層高度94.4 填料層壓降105 填料塔的附屬結構115.1液體

3、分布器簡要置115.2液體再分配置115.3填料支撐結構125.3.1填料支撐結構應滿足三個基本條件125.3.2較常用的支撐結構126結果匯表127符號說明 148參考文獻 179設計心得 181緒論1.1 吸收技術概況吸收操作利用氣體混合物各組分在某種溶劑中溶解度不同而達到分離的目的。化工生產中，經常需將氣體混合物中的各個組分加以分離。氣體的吸收是用適當的液體吸收劑與氣體混合物接觸，吸收氣體混合物中一個或幾個組分，使其中的各組分得以分離的一種操作。在化工生產中它主要用于原料氣的凈化、有用組分的回收、制取氣體的溶液作為成品以及廢氣的治理等方面，因此吸收操作是一種重要的分離方法，在化學工業中應

4、用相當普遍。氣體吸收是物質自氣相到液相的轉移，這是一種傳質過程。混合氣體中某一組分能否進入液相，既取決于氣體中該組分的分壓，也取決于溶液里該組分的平衡蒸汽壓。如果混合氣體中該氣體的分壓大于溶液中該組分的平衡蒸汽壓，這個組分便可自氣相轉移到液相，即被吸收。轉移的結果，溶液里這個組分的濃度便升高，它的平衡蒸汽壓也隨著升高，到最后，可以升高到等于它的氣相中的分壓，傳質過程于是停止，這時稱為氣液兩相達到平衡。反之，如果溶液中某一組分的平衡蒸汽壓大于混合氣體中該組分的分壓，這個組分便要從溶液中釋放出來。即從液相轉移到氣相，這種情況稱為解吸。所以，根據兩相的平衡關系可以判斷傳質過程的方向與極限。另外，傳質

5、速率與推動力成正比，與阻力成反比，兩相的濃度距離平衡濃度越大，則傳質的推動力越大，傳質速率也越大。吸收操作的分析，應該從氣液兩相的平衡關系與傳質速率關系著手，本章的許多公式和結論，正是在這個基礎上得到的。1.2 吸收設備的發展可用作吸收的設備種類很多，如填料塔、板式塔、噴灑塔和鼓泡塔等，工業上較多地使用填料塔。填料吸收塔的設計，在保證實現工藝指標的前提下，要求結構尺寸合理，價格低廉，動力消耗低，操作故障少，維修管理方便等，在整個設計過程中這些因素都要加以考慮。2 設計方案的確定2.1方案的確定 用水吸收二氧化硫屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且二氧化

6、硫不作為產品，故采用純溶劑。2.2流程的確定在吸收操作中，除了制取溶液產品等少數情況只需單獨進行吸收之外，一般都需對吸收后的溶液予以解吸，使溶劑再生，以便循環使用，同時也得到有價值的溶質。這樣，除了吸收塔之外，還需要與其他設備一起組成一個完整的流程。3.填料的選擇 對于水吸收二氧化硫的過程,操作溫度及壓力較低，工業上通常采用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環填料的綜合性能較好，故此選用Dn38聚丙烯階梯環填料。4 吸收塔的工藝計算 4.1基礎物性數據液體物料數據對低濃度吸收過程，溶液的物性數據可近似取純水的物性數據。由手冊查的，20時水的有關物性數據如下：密度： 粘度：表面張力：940

7、896kg/h2 SO2在水中擴散系數為氣相物性數據混合氣體的平均摩爾質量為混合氣體的平均密度混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得20空氣度為查手冊得SO2在空氣中的擴散系數為 4.1.3氣液相平衡數據由手冊差得，常壓下20時，SO2在水中的亨利常數為 相平衡常數為 溶解度系數為 4.2 物料衡算進塔氣相摩爾比為 出塔氣相摩爾比為 進塔惰性氣相流量為 該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣量比可按下式計算，即對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成為 取操作液氣比為： 4.3填料塔的工藝尺寸計算塔徑計算采用Eckert通過關聯圖計算泛點氣速氣相質量流量為 液相質量流量可近似按純水的流

8、量計算，即Eckert通過關聯圖的橫坐標為查圖823得 查表511填料類型填料因子,1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬階梯環160140塑料鮑爾環55028018414092塑料階梯環260170127瓷距鞍1100550200226瓷拉西環1300832600410得： 取 由圓整塔徑，取泛點率校核： (在允許的范圍內)附錄五填料類型公稱直徑mm外徑×高×厚/mm比表面積m2 /m3空隙率個數m-2堆積密度kg/m3干填料因子m-1塑料階梯環2525×12.5×1.422890%8150097.83123838×19×

9、;10132.591%2720057.51755050×25×1.5114.282.7%1074054.81437676×38×3.09092.9%342068.4112填料規格校核： 液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為 查附錄五得 ： 經以上校核可知，填料塔直徑選用合理。填料層高度計算 脫吸因數為 氣相總傳質單元數為 =7.68 氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯式計算 查表513常見材質的臨界表面張力值材質碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯鋼石蠟表面張力，dyn/cm56617333407520得： 液體質量通量為 氣膜吸收系數由下式計算： 氣體質量通量為：

10、液膜吸收系數由下式計算： 由 ，表514常見填料的形狀系數填料類型球形棒形拉西環弧鞍開孔換值0.720.7511.191.45得： 則 由 , 得 則 由 由 設計取填料層高度為 由于 ，故填料層分兩段。其中一段為3000mm,另一段為4000mm。4.4填料層壓降計算 采用Eckert通用關聯圖計算填料層壓降。 橫坐標為 查表817得， 縱坐標為 查表518散裝填料壓降填料因子平均值填料類型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾環30611498金屬環矩鞍13893.47136金屬階梯環11882塑料鮑爾環34323211412562塑料階梯環17611689瓷矩鞍

11、環700215140160瓷拉西環1050576450288得： 填料層壓降為 5 填料塔的附屬結構填料塔的設計中，除了正確的進行填料層本身的計算外，一些附屬結構的設計也很重要，如果設計不良，容易造成氣液分布不均，嚴重影響效率，或者由于附屬構件（例如支撐板）阻力過大，影響塔的生產能力。5.1液體分布器簡要設置 多孔盤官式噴淋器適用于直徑較大的的塔，盤管中心線的直徑為塔徑的0.60.8倍.5.2液體再分配裝置液體填料層向下流時往往有逐漸靠塔壁方向集中的趨勢，使總的傳質效率大為降低，因此每個一段距離必須設置液體再分配裝置，以避免此現象發生。根據我組數據，我們選擇截錐式再分配器，只需將截錐體焊（或擱

12、置）在塔體中，用這種簡單的結構，截錐上下任能全部放滿填料，不占空間。 截錐式再分配器如圖（右上）5.3填料支撐結構5.3.1填料支撐結構應滿足三個基本條件使氣液能順利通過，對于普通填料塔，支撐件上的流體通過的自由截面，應為塔截面的50%以上，且應大于填料空隙率；此外，應考慮到裝上調料后會將支撐板的自由截面堵去一些，所以設計時應取盡可能大的自由截面，自由截面太小，在操作中會產生攔液現象，增加壓降，降低效率，甚至形成液泛；要有足夠的強度承受填料重量，并考慮填料空隙中的持液重量，以及可能加于系統的壓力波動、機械振動、溫度波動等因素；要有一定的耐腐蝕性能。5.3.2 較常用的支撐結構柵板，其由豎立扁鋼

13、條構成，結構簡單，制造方便。柵板可以制成整塊的或是分塊的，由于我們計算的直徑在900mm1200mm之間，所以分成三塊，是每塊寬度在300mm400mm之間，以便通過塔的人孔裝卸。6結果匯總表水(25)密度998.2kg/黏度0.001 Pas表面張力 72.6dyn/cm=940896SO2在水中的擴散系數1.47 =5.29混合氣體的平均摩爾質量31.01混合氣體的平均密度1.272空氣粘度(25)SO2(25水中)亨利系數 相平衡常數35.04溶解度系數進塔氣相摩爾比0.0638出塔氣相摩爾比0.00255進塔惰性氣相流量96.11最小液氣比33.64出塔液相組成0.0014進塔液相組成

14、0進塔氣相組成0.0456出塔氣相組成0氣相質量流量為3180Kg/h液相質量流量81572.58 Kg/h液體密度校正系數1泛點填料因子170m泛點氣速1.021 m/s空塔氣速0.715 m/s塔徑1.2m最小潤濕速率0.08填料的比表面積132.5最小噴淋密度10.6液體噴淋密度72.29脫吸因數0.744氣相總傳質單元數7.68氣相總傳質單元高度0.725m聚丙稀表面張力33dyncm=427680kgh2液體質量通量72162.58(·h)氣體質量通量2779.99(h)氣膜吸收系數0.0336kmol(hkPa)液膜吸收系數0.916 mh總體積傳質系數1.195 kmo

15、l/(m)塔高7m填料層壓降755.37 Pa7主要符號說明符號意義單位X平衡時液相SO2摩爾比Y氣相SO2摩爾比y氣相SO2摩爾分率液體的質量流量氣體的質量流量，氣體密度Z填料層高度，mV惰性氣相流量溶劑的摩爾流率Y氣相中溶質的比摩爾分率；X液相中溶質的比摩爾分率。最小噴淋密度潤濕率D填料塔直徑氣體的體積流量空塔氣速液泛氣速重力加速度液相傳質系數溶質在液相中的傳質系數；符號意義單位氣相傳質系數T氣體溫度KDV溶質在氣體中的擴散系數氣體黏度氣相質量流速u孔塔氣速m/sUV，UL氣體和液體的質量通量氣體和液體的密度溶質在氣體和液體中的擴散系數R氣體常數液體黏度填料的總比表面積填料的潤濕比表面積填

16、料因子g重力加速度液體的表面張力填料材質的臨界表面張力液體的質量流速氣體密度h填料層高度m8參考文獻【1】 楊長龍 編 化工原理課程設計【2】 朱有庭 曲文海 于浦義編，化工設備設計手冊下卷，化學工業出版社【3】 方利國 董新法編著 化工制圖Auto CAD實戰教程與開發，化學工業出版社，2005【4】 文艷 成斌編著 中文Auto CAD繪圖基礎，清華大學出版社，2006【5】 涂晉林,吳志泉編.化學工藝中的吸收操作.華東理工大學出版社【6】 匡國柱，史啟才主編. 化工單元過程及設備課程設計.化學工業出版社 ，2002 【7】 陳敏恒，叢德滋，方圖南,齊鳴齋編. 化工原理(上下冊).上海：化

17、學工業出版社,2006【8】 李功祥,陳蘭英,崔英德編.常用化工單元設備設計. 華南理工大學出版社，2003【9】 化工設計全書編輯委員會，金國淼等編，吸收設備，化學工 業 出版社【10】 姚玉英主編:化工原理（下）M, 天津： 天津大學出版社【11】 大連理工大學教研室編，化工原理課程設計M, 大連：大連理工大學出版社，1994.【12】 夏清主編化工原理（下）M, 天津：天津大學出版社2005.【13】 齊齊哈爾大學化工原理教研室編，化工原理課程設計M【14】 賈紹義，柴誠敬.化工原理課程設計M.天津：天津大學出版社，2002.9設計心得經過了兩周的化工原理課程設計，我們終于完成了這次課程設計的要求， 通過這次課程設計使我充分理解到化工原理課程的重要性和實用性，更特別是對填料原理及其操作各方面的了解和設計，對實際單元操作設計中所涉及的各方面要注意問題都有所了解。本次課程設計我們組設計的是填料塔，主要包括目錄、緒論、設計方案、吸收塔的工藝計算等內容，主要通過上網搜集資料、查找統計文獻、數據的整合計算、文字的篩選等部分組成，在此基礎上形成了該課程設計的基礎框架，最后加以總結整合，提出了相關設計方案，具體內容在課程設計各章節均有所體現。 在課程設計中我學到了很多，通過