水吸收二氧化硫填料塔课程设计报告书.docx
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水吸收二氧化硫填料塔课程设计报告书
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
一、概述4
二、计算过程4
1.操作条件的确定4
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
乙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
(―)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
页脚.
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,大大提高了环空间及环表面的利用率,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°C,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P=998.2kg/m粘度uL=0.OOlPa•s=3.6kg/(m•h)
表面力6l=72.6dyn/cm=940896kg/h3
SO:
在水中的扩散系数为Dl=1.47X10_5m7s=5.29X10V/h
②气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为
M^EyiM^O.08X44+0.92X29=31.8
混合气体粘度近似取空气粘度,手册20°C空气粘度为
Uv=1.81X10_5Pa•s=0.065kg/(m-h)
查手册得SO2在空气中的扩散系数为
Dv=O.108cm:
/s=0.039m"/h
由手册查得20°C时SO:
在水中的亨利系数E=3550kPa相平衡常数为m=^=—=35.04
P101.3
溶解度系数为H=——=0.0156kmlo/kPa.m'
E.Ms
2.2物料衡算
进塔气相摩尔比为y尸0.08
出塔气相摩尔比为y尸0.004进塔惰性气相流量为V二x二^(1-0.08)=95.67kmol/h
22.4293
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’即鳥爲=為±
对于纯溶剂吸收过程,进塔液组成为XfO
取操作液气比为L/V二1.4L/V二1.4X33.29=46.61
L二46.61X95.67=4459.18kmol/h
•:
V(yi-y2)=L(X1-X2)
4459.18
2.3填料塔的工艺尺寸计算
・・•沪95.67308-0.004L.63*0-3
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Wl2500X1.322二3305kg/h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算
即Wl=4459.18X18.02=80354.42kg/h
Eckert通用关联图横坐标为迸宀害x(翳宀。
.885
查埃克特通用关联图得血•色•疋2=0.025SPl
查表(散装填料泛点填料因子平均值)得如=140加
取u=0.7ur=0.7X1.149=0.8046m/s
圆整塔径,取D二1.1m
泛点率校核U=2500/36CX)=0?
31hjj/s
0.785x1.1-
A=!
LZ^lxl00%=63.63%(在允许围)
1.149
填料规格校核:
£=1122=44>10
d25
液体喷淋密度校核,取最小润湿速率为
(Li)宀=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=92.7m7m3
经校核可知,塔径D二1100mm合理
②填料层高度计算
y;=mx产35.04X0.00163=0.0571
Y;二mX:
=0
气相总传质单元数
=10.319
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算
/\O.75/一、
0.1/…\
-0.05
■“\0.21
—=l-exp<
-1.45
5
%
5丿
•00"丿
查常见材质的临界表而力值表得
ac=33dyn/cm=427680kg/h2
液体质量通量为
427680
0.75
z84600.46if1
84600.46、92.7'
-0.05
/84600.4612"
0.2
940896,
92.7x3.6)
998・2'l・27xl0l,
.998.2x940896x92.7?
—=l-exp<-1.4:
ar
二0.6467
吸收系数由下式计算
=0.237X85.71X1.08X0.0015
二0.0325kmol/(m3•h•kPa)
吸收系数由下式计算
84600.46)
2/3
r3.6y,/2
丫3.6x1.27x10打
0.6467x92.7x3.6)
(998.2x5.29x10"丿
、998.2)
Kl=0.009
=3.236m/h
KGa=KGaw(pXA查常见填料的形状系数表得
0=1.45
KgU=KgUrW
=0.0325x0.6467x92.7x1.45门=2.932灯加
KLa=(4严=3236x0.6467x92.7xl.4504=225.08/h
得Kga=[1+9.5X(0.6363-0.5)'4]x2.932=4M2kniol/(in•h•kPci)
得K:
u二[1+2.6x(0.6363-0.5尸]x225.08二232.38/力
——Ij=2.036kmol心'・h・kP(i)
+
4.6420.0156x232.38
Z=HosNog=0.488X10.319=5.03m
得Z‘=1.3X5.03=6.539
取填料层咼度为Z'-6.6m
查塑料鲍尔环高度推荐值表
对于阶梯环填料2=5〜10,h^W6m
D
取h/D二8则h二8X1100二8800mm
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
/、Q5
根据气液负荷及有关物性数据,求出横坐标叫他值。
肌\Pl)
再根据操作空塔气速U用有关物性数据,求出纵坐标
沁4匱值。
通过作图得出交点,读出过交点的等压8Pl
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
叫咨I=0.885
查散装填料压降填料因子平均值表得
0卩=125m"1
查通用关联图得:
△P/Z=190.45Pa/m
填料层压降为△P=190.45X6.6=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为径,水流速为0.5〜3m/s
常压下气体流速
则气体进口直径
10〜30m/s
4X2500.172^
3.14x3600x30
气体出口直径
喷液进口直径
d:
=:
di=:
172nini
dt=d3=240mm
4x80354.42/998.2“c
a239mm3.14x3600x0.5
喷液出口直径
排液口直径d5=d3/2=120mm
2.6附属设备
(1)木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,化学工程手册一一气液传质设
备
2、贾绍义,紫诚敬《化工原理课程设计》大学,2002
3、乃鸿等《现代填料塔技术指南h1998
4、徐崇嗣等《塔填料产品及技术手册》,化学工业1995
5、玉英《化工原理,下册》大学1999
五,附表
丫2
(b)®
解吸的操作解M液气比埃克特通用关图
填料特性参数
填料名
称
规格(直径X髙X厚)/mm
材质及堆积
方式
比表面积
/ma.m
空隙率
/m/ni
干填料因子
塑料鲍
尔环
50(*)X50X
4.5
塑料乱堆
92.7
0.90
127
主要符号说明
A
填料层的有效传质比表面积
a<
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
4)
填料因子
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- 吸收 二氧化硫 填料 课程设计 报告书