水吸收二氧化硫課程設(shè)計

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計</b></p><p>　學(xué)生姓名學(xué) 號</p><p>　學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院</p><p>　專 業(yè)應(yīng)用化學(xué)</p><p>　題 目水吸收二氧化硫填料吸收塔</p><p><b>　　一．設(shè)計題目</b></p

2、><p>　　水吸收二氧化硫填料塔</p><p>　　二．設(shè)計任務(wù)及操作條件</p><p><b>　　（一）設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1.混合氣體（空氣，） 處理量：2000</p><p>　　2.進(jìn)塔混合氣體溫度：25</p><p><b>

3、　　清水溫度：20</b></p><p>　　3.摩爾分率：0.07</p><p>　　4.回收率：0.95</p><p><b>　?。ǘ┎僮鳁l件</b></p><p>　　1.操作壓力：常壓操作</p><p><b>　　2.操作溫度：20</b>

4、</p><p>　?。ㄈ┰O(shè)備型式：自選</p><p>　?。ㄋ模S址：淮安地區(qū)</p><p><b>　　三．設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計方案的確定</p><p><b>　　（二）填料的選擇</b></p><p>&l

5、t;b>　?。ㄈ┕に囉嬎?lt;/b></p><p>　?。ㄋ模┲饕O(shè)備工藝尺寸設(shè)計</p><p><b>　　1.塔徑的計算</b></p><p>　　2.填料層高度的計算</p><p>　　3.塔總高，總壓降的計算</p><p>　?。ㄎ澹┹o助設(shè)備選型與計算</p

6、><p><b>　?。┙Y(jié)果匯總</b></p><p><b>　?。ㄆ撸┰O(shè)計感想</b></p><p><b>　?。ò耍﹨⒖嘉墨I(xiàn)</b></p><p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　第一章 概 論

7、3</p><p><b>　　1.1設(shè)計示例3</b></p><p><b>　　1.2技術(shù)來源3</b></p><p>　　1.3設(shè)計任務(wù)及要求4</p><p>　　1.4設(shè)計方案簡介4</p><p>　　第二章 設(shè)計計算4</p><

8、;p>　　2.1方案的確定4</p><p>　　2.2填料的選擇5</p><p>　　第三章 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)5</p><p>　　3.1液相物性數(shù)據(jù)5</p><p>　　3.2氣相物性數(shù)據(jù)6</p><p>　　3.3氣液相平衡數(shù)據(jù)6</p><p>　　第四章 物料衡算

9、7</p><p>　　4.1吸收劑流量的確定7</p><p>　　4.2出塔液相摩爾比的計算7</p><p>　　第五章 塔徑的計算8</p><p>　　5.1泛點(diǎn)氣速的計算8</p><p>　　5.2圓整塔徑10</p><p>　　5.3泛點(diǎn)率校核，填料規(guī)格校核等驗證

10、10</p><p>　　第六章 填料層高度計算11</p><p>　　6.1氣相總傳質(zhì)單元數(shù)的計算11</p><p>　　6.2 氣相總傳質(zhì)單元高度的計算：11</p><p>　　6.3填料層高度的計算13</p><p>　　6.4填料層分段的確定14</p><p>　　第

11、七章 填料層壓降的計算14</p><p>　　第八章 填料分布器的簡要設(shè)計15</p><p>　　8.1液體分布器的造型15</p><p>　　8.2分布點(diǎn)密度計算16</p><p>　　8.3布液計算17</p><p>　　填料塔設(shè)計計算結(jié)果匯總表19</p><p>&

12、lt;b>　　設(shè)計感想21</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　第一章 概 論</b></p><p>　　液體吸收過程是在塔內(nèi)進(jìn)行的。塔設(shè)備的基本功能在于提供氣液兩相以充分接觸的機(jī)會，使傳質(zhì)，傳熱這兩種傳遞過程能夠迅速有效地進(jìn)行，還要能使接觸之后的

13、氣液兩相及時分開，互不夾帶。</p><p>　　目前工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)處理量大時，多采用板塔式，而當(dāng)處理量較小時，多采用填料塔，吸收操作的規(guī)模一般較小，故采用填料塔較多。</p><p>　　填料塔內(nèi)裝有各種形式的固體填充物，即物料。液相內(nèi)塔頂噴淋裝置分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面流下；氣相則在壓力推動下穿過填料的間隙，由塔內(nèi)的一端流向另一端。氣，液在填料的潤濕表面上進(jìn)行接觸，其組成沿

14、塔高連續(xù)變化。</p><p>　　填料塔的類型很多，其設(shè)計的原則大體相同。一般來說，填料塔的設(shè)計步驟如下：</p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計方案。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，合理地選擇填料。</p><p>　　確定塔徑，填料層高度等工藝尺寸。</p><p><b>

15、　　進(jìn)行填料層的壓降。</b></p><p>　　進(jìn)行填料塔內(nèi)的設(shè)計與選型。</p><p><b>　　1.1設(shè)計示例 </b></p><p>　　礦石焙燒爐送出的氣體冷卻到25后送入填料塔中，用20清水洗滌以除去其中的，入塔的爐氣流量為2000，其中的摩爾分率為0.07，要求吸收率為95%，吸收塔為常壓操作，固該過程液氣比很

16、大，吸收溫度基本不變。可近似取為清水的溫度。</p><p><b>　　設(shè)計條件如下：</b></p><p>　　操作壓力：101.3（常壓）</p><p>　　操作溫度：近似取為清水的溫度20</p><p><b>　　填料：自選</b></p><p><

17、b>　　建廠地區(qū)：淮安</b></p><p><b>　　1.2技術(shù)來源</b></p><p>　　目前，吸收塔的設(shè)計方法以嚴(yán)格計算為主，也有一些簡化的模型，但是，嚴(yán)格計算對于填料吸收塔是最常采用的，我此次所作的設(shè)計也是采用嚴(yán)格計算法。</p><p>　　1.3設(shè)計任務(wù)及要求</p><p>&l

18、t;b>　　原料：-空氣混合物</b></p><p>　　的含量0.07（摩爾分率）：清水</p><p>　　設(shè)計要求：塔頂混合氣體排出時，的吸收率達(dá)到95%。</p><p>　　混合氣體處理量為2000</p><p><b>　　1.4設(shè)計方案簡介</b></p><p&g

19、t;　　本次設(shè)計任務(wù)為水吸收—空氣混合物中的，對于的吸收采用逆流操作的吸收流程。</p><p><b>　　第二章 設(shè)計計算</b></p><p><b>　　2.1方案的確定</b></p><p>　　用水吸收屬于中等溶解度的吸收過程，為了提高傳質(zhì)效率，應(yīng)采用氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出的逆流

20、吸收過程。</p><p>　　2.1.1裝置流程的確定</p><p>　　2.1.2吸收劑的選擇</p><p>　　本次任務(wù)要求用水作為吸收劑，且不作為產(chǎn)品，故應(yīng)采用純?nèi)軇┳鳛槲談?lt;/p><p>　　2.1.3操作溫度與壓力的測定</p><p>　　在吸收要求用20水吸收25氣相，因該過程氣液比很大，吸收

21、溫度基本不變，可近似取清水的溫度20作為操作溫度。</p><p>　　吸收塔為常壓操作，選擇標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.3kp。</p><p><b>　　2.2填料的選擇</b></p><p>　　填料是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素。因此，填料的選擇是填料塔設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。</p><

22、p>　　2.2.1填料類型的選擇</p><p>　　對于水吸收的過程，操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。</p><p>　　在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用階梯環(huán)填料。</p><p>　　階梯環(huán)填料高徑比較小，減小了氣體通過填料層的阻力，而錐形翻邊的特點(diǎn)，不僅增加了它的機(jī)械強(qiáng)度，同時可以促進(jìn)液膜表面的更新，有利于

23、傳質(zhì)效率的提高。</p><p>　　2.2.2填料規(guī)格的選擇</p><p>　　同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費(fèi)用也增加很多，而大尺寸的填料，應(yīng)用于小直徑塔中又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重壁流，使塔的分離效率降低。因此，綜合考慮，在工業(yè)塔常用的幾種規(guī)格（25 16 38 50 76）中選用適中的38規(guī)格。</p><p>　　2

24、.2.3填料材質(zhì)的選擇</p><p>　　本次任務(wù)中操作溫度為20且吸收劑吸收氣體后是一般的無機(jī)酸，所以選用塑料填料，而且塑料填料質(zhì)輕，價廉，不易破碎。又由于操作溫度在0以上，所以聚丙烯填料成為首選。因此，填料選用聚丙烯材質(zhì)的塑料填料。</p><p>　　綜上所述，此次任務(wù)應(yīng)選用38聚丙烯階梯環(huán)填料。 </p><p>　　第三章 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)</p>

25、;<p><b>　　3.1液相物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)，由資料查得20水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 =998.2</p><p>　　粘度 =0.001=3.6</p><p>　　表面張力 =72.6dyn/c

26、m=940896</p><p>　　在水中擴(kuò)散系數(shù) ==</p><p><b>　　3.2氣相物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：</p><p>　　==0.0764.06+0.9329=31.45</p><p>　　混合氣體的平均密度為：</p>

27、<p><b>　　==1.286</b></p><p>　　混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查表得20空氣的粘度為：</p><p><b>　　==0.065</b></p><p>　　查表得在空氣擴(kuò)散系數(shù)為：</p><p>　　=0.108=0.039</p>

28、;<p>　　3.3氣液相平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　查表得，常壓下20時在水中的亨利系數(shù)為：</p><p><b>　　E=3.55</b></p><p><b>　　相平衡常數(shù)為：</b></p><p><b>　　m===35.04</b></

29、p><p><b>　　溶解度系數(shù)為：</b></p><p>　　H==0.0156kmol/()</p><p><b>　　第四章 物料衡算</b></p><p>　　4.1吸收劑流量的確定</p><p><b>　　進(jìn)塔氣相摩爾比為：</b>&l

30、t;/p><p><b>　　出塔氣相摩爾比為</b></p><p>　　進(jìn)塔惰性氣體流量比為：</p><p>　　該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下列式子計算，即：</p><p>　　對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成</p><p><b>　　取操作液氣比為：

31、</b></p><p>　　4.2出塔液相摩爾比的計算</p><p><b>　　全塔物料衡算式：</b></p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　第五章 塔徑的計算</b></p><p>　　5.1泛點(diǎn)氣

32、速的計算</p><p>　　本次任務(wù)采用Ecket通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點(diǎn)氣速</p><p><b>　　氣相質(zhì)量流量為：</b></p><p>　　液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即：</p><p>　　=3545.6218.02=63892.07 kg/h</p><p>　　Ecket

33、通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為：</p><p>　　圖中u——空塔氣速，m /s；φ——濕填料因子，簡稱填料因子，1 /m；ψ——水的密度和液體的密度之比；g——重力加速度，9.81m /；ρV、ρL——分別為氣體和液體的密度，kg /；、——分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg /s。</p><p>　　此圖適用于亂堆的顆粒形填料，如拉西環(huán)、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鮑爾環(huán)等，其上還繪制了整砌拉西環(huán)

34、和弦柵填料兩種規(guī)整填料的泛點(diǎn)曲線。對于其他填料，尚無可靠的填料因子數(shù)據(jù)。</p><p>　　查下表得出38塑料階梯環(huán)的散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值</p><p><b>　　=170 </b></p><p><b>　　5.2圓整塔徑</b></p><p><b>　　取 <

35、;/b></p><p><b>　　由 m</b></p><p>　　常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑有400mm、500mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、2000mm、2200mm等。</p><p>　　所以 圓整塔徑后，取D=1.0m。</p><p>　　5.3泛

36、點(diǎn)率校核，填料規(guī)格校核等驗證</p><p><b>　　a．泛點(diǎn)率校核：</b></p><p>　　因為填料塔的適宜空塔氣速一般取泛點(diǎn)氣速的50%-80%，泛點(diǎn)率值在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　b.填料塔規(guī)格校核：</p><p><b>　?。ㄔ谠试S范圍之內(nèi)）</b></p>

37、<p>　　c.液體噴淋密度校核：</p><p>　　對于直徑不超過75mm的散裝填料，取最小潤濕速率為</p><p>　　對于38塑料階梯環(huán)可查得填料的總比表面積為：</p><p>　　經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1000mm合理。</p><p>　　第六章 填料層高度計算</p><p>

38、;　　6.1氣相總傳質(zhì)單元數(shù)的計算</p><p><b>　　脫吸因數(shù)為:</b></p><p><b>　　氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為</b></p><p>　　6.2 氣相總傳質(zhì)單元高度的計算：</p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：</p><p&g

39、t;　　由表查得聚丙烯材質(zhì)臨界表面張力為：</p><p><b>　　液體質(zhì)量通量為</b></p><p><b>　　由=0.62</b></p><p>　　則=0.62=0.62132.5=82.15</p><p>　　b. 氣膜吸收系數(shù)可由下式計算：</p><p&

40、gt;<b>　　氣體質(zhì)量通量為：</b></p><p>　　c.液膜吸收系數(shù)由下式計算：</p><p>　　常見填料塔的形狀系數(shù)</p><p>　　d.由 由上表得</p><p><b>　　，</b></p><p>　　需選用下面的關(guān)系式對氣膜和液膜系數(shù)

41、進(jìn)行校核修正。</p><p><b>　　修正結(jié)果：</b></p><p><b>　　由 </b></p><p>　　e.氣相總傳質(zhì)單元高度為： </p><p>　　6.3填料層高度的計算</p><p>　　考慮恩田公式的最大誤差，為了安全取設(shè)計填料層高度

42、為</p><p><b>　　設(shè)計取填料層高度為</b></p><p><b>　　=6m</b></p><p>　　6.4填料層分段的確定</p><p>　　在填料塔計過程中，對于階梯環(huán)填料，，</p><p><b>　　取，則</b><

43、;/p><p>　　8000mm>6000mm</p><p><b>　　h>z</b></p><p><b>　　故不需分段</b></p><p>　　第七章 填料層壓降的計算</p><p>　　采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算</p><

44、p><b>　　橫坐標(biāo)為 </b></p><p><b>　　由表得，</b></p><p><b>　　縱坐標(biāo)為</b></p><p>　　查Eckert通用關(guān)聯(lián)圖，得</p><p>　　/Z=189.81=176.586Pa/s</p><

45、p><b>　　填料層壓降為</b></p><p>　　=176.586=1059.48 Pa</p><p>　　第八章 填料分布器的簡要設(shè)計</p><p>　　液體的初始分布十分重要，為使液體的初始分布均可，需要設(shè)置液體分布裝置。液體分布裝置的種類多樣，工業(yè)上應(yīng)用較多的有管式，槽式及槽盤式等。</p><p&g

46、t;　　8.1液體分布器的造型</p><p>　　a.管式分布器是由不同結(jié)構(gòu)型式的開孔管制成的，有排管式，環(huán)管式等不同形狀。其突出的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單。供氣體流過的自由截面大，阻力小，但小孔易堵塞，彈性一般較小。管式液體分布器使用非常廣泛，多用于中等以下液體負(fù)荷的填料塔中。在減壓精餾及絲網(wǎng)波紋填料塔中。由于液體負(fù)荷較小，故常用之。管式分布器根據(jù)液體負(fù)荷情況，可以作成單排或雙排。</p><p&g

47、t;　　b.槽式分布器通常是由分流槽（又稱主槽或一級槽），分布槽（又稱副槽或二級槽）構(gòu)成的。一級槽通過槽底開孔將液體初分成若干流股，分別流入其下方的液體分布槽。分布槽的槽底（或槽壁）上設(shè)有孔道（或?qū)Ч埽瑢⒁后w均勻分布于填料層上，槽式液體分布器具有較大的操作彈性和極好抗污堵性，特別適合于大氣液負(fù)荷及含有固體懸浮物，粘度大的液體的分離場合。由于槽式分布器具有優(yōu)良的分布性和抗污性能，應(yīng)用范圍十分廣泛。</p><p>

48、;　　c.槽盤式分布器使近年開發(fā)的新型液體分布器，該分布器兼有集液，分液及分氣三種作用，結(jié)構(gòu)緊湊，操作彈性高達(dá)10:1.氣液分布均可，阻力較小，特別適用于易發(fā)生夾帶，堵塞的場合。</p><p>　　綜上所述，由于該吸收塔液相相負(fù)荷較大。而氣相負(fù)荷相對較低，故選用槽式液體分布器。</p><p>　　8.2分布點(diǎn)密度計算</p><p>　　Eckert的散裝填料塔

49、分布點(diǎn)密度推薦值 </p><p>　　按上表的建議值，當(dāng)D=750時，噴淋點(diǎn)密度為170點(diǎn)/，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計取噴淋點(diǎn)密度為160點(diǎn)/。</p><p><b>　　布液點(diǎn)數(shù)為：</b></p><p><b>　　n=點(diǎn)</b></p><p>　　按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則進(jìn)行

50、分布設(shè)計。</p><p>　　設(shè)計結(jié)果為：二級槽共設(shè)設(shè)計結(jié)果為：二級槽共設(shè)七道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為80mm ，槽高度為210mm 。兩槽中心矩為160mm</p><p><b>　　布液點(diǎn)示意圖</b></p><p><b>　　8.3布液計算</b></p><p><b>　

51、　取 由 </b></p><p><b>　　設(shè)計取=13mm。</b></p><p>　　填料塔設(shè)計計算結(jié)果匯總表</p><p>　　序數(shù) 項目（單位） 數(shù)值</p><p>　　1 ;20水的密度；kg/

52、 998.2</p><p>　　2 0.001</p><p>　　3 940896</p><p>　　4 <

53、/p><p>　　5 31.45</p><p>　　6 1.286</p><p>　　7 </p><p>　　8 0.108</p><p>　　9

54、 3.55</p><p>　　10 35.04</p><p>　　11 0.0156</p><p>　　12 76.07</p><p>　　1

55、3 3545.62</p><p>　　14 2572</p><p>　　15 63892.07</p><p>　　16

56、 170</p><p>　　17 0.970</p><p>　　18 1.0</p><p>　　19

57、 0.71</p><p>　　20 0.08</p><p>　　21 9.81</p><p>　　22 1

58、</p><p>　　23 73.20%</p><p>　　24 10.6</p><p>　　25 132.5</p>

59、<p>　　26 81.54</p><p>　　27 0.752</p><p>　　28 7.026</p><p

60、>　　29 427680</p><p>　　30 1981.16</p><p>　　31 81391.2</p><p>　　32 8.314&l

61、t;/p><p>　　33 82.15</p><p>　　34 1.45</p><p>　　35 0.025</p><p>　　36

62、 1.187 </p><p>　　37 0.63</p><p>　　38 6</p><p>　　39

63、116</p><p>　　40 1059.48</p><p>　　41 160</p><p>　　42 13

64、 </p><p>　　43 101.3</p><p>　　44 20</p><p>　　45

65、 0.6</p><p>　　46 + 0.16</p><p><b>　　設(shè)計感想</b></p><p>　　本次課程設(shè)計是在學(xué)習(xí)完化工原理及化工原理實驗進(jìn)行的，是對化學(xué)工程的過程設(shè)計及設(shè)備的選擇的一個深層次的鍛煉

66、，也是對實際操作的一個加深理解。</p><p>　　在設(shè)計過程中遇到的問題主要有：（1）未知條件的選?。?2)文獻(xiàn)檢索的能力；（3）對吸收過程的理解和計算理論的運(yùn)用；（4）對實際操作過程中設(shè)備的選擇和條件的最優(yōu)化；（5）對工藝流程圖的理解以及繪制簡單的流程圖和設(shè)備結(jié)構(gòu)；（6）還有一些其他的問題，例如計算的準(zhǔn)確度等等。</p><p>　　當(dāng)然，在本次設(shè)計中也為自己再次重新的復(fù)習(xí)化工這門學(xué)

67、科提供了一個動力，對化工設(shè)計過程中所遇到的問題也有了一個更深的理解。理論和實際的結(jié)合也是本次設(shè)計的重點(diǎn)，為日后從事相關(guān)工作打下了一定的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.柴誠敬，賈紹義，張鳳生等化工原理下冊；高等教育出版社；2009年</p><p>　　2.賈紹義，柴誠敬等化工傳質(zhì)與分離過程；北京化學(xué)

68、工業(yè)出版社；2001年</p><p>　　3.柴誠敬化工原理課程設(shè)計；天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社；1994年</p><p>　　4.姚玉英等化工原理下冊；天津：天津大學(xué)出版社；1999年</p><p>　　5.伍國柱，史啟才等化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計；北京化學(xué)工業(yè)出版社；2002年</p><p>　　6.化學(xué)工程手冊編輯委員會，化學(xué)工

69、程手冊—?dú)庖簜髻|(zhì)設(shè)備；北京化學(xué)工業(yè)出版社；1989年</p><p>　　7.劉乃鴻等工業(yè)塔新型規(guī)整填料應(yīng)用手冊；天津大學(xué)出版社；1993年</p><p>　　8.王樹楹等現(xiàn)代填料塔技術(shù)手冊；北京化學(xué)工業(yè)出版社；1998年</p><p>　　9.徐崇嗣等填料塔產(chǎn)品及技術(shù)手冊；北京化學(xué)工業(yè)出版社；1995年</p><p>　　10.蘭州石