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水吸收二氧化硫填料塔课程设计..

《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/h3SO 2在水中的扩散系数为D L =1.47×10-5m 2/s=5.29×10-6m 2/h②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为M vm =∑y i M i =0.08×44+0.92×29=31.8混合气体的平均密度ρvm = 322.1293314.88.313.101=⨯⨯=RT PMvm 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D V =0.108cm 2/s=0.039m 2/h由手册查得20℃时SO 2在水中的亨利系数E=3550kPa相平衡常数为m=04.353.1013550==P E 溶解度系数为H=3lkPa.m kmlo 0.0156E.Msρ= 2.2物料衡算进塔气相摩尔比为y 1=0.08 出塔气相摩尔比为y 2=0.004 进塔惰性气相流量为V=h kmol /67.95)08.01(2932734.222500=-⨯ 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(2121min /x m y yy )V L (--= 对于纯溶剂吸收过程,进塔液组成为X 2=0 (29.33004.35/08.0004.008.0/2121min =--=--=x m y y y )V L (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(y 1-y 2)=L(x 1-x 2) ∴x 1=3101.634459.180.004)(0.0895.67-⨯=-⨯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 W V =2500×1.322=3305kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算即W L =4459.18×18.02=80354.42kg/hEckert 通用关联图横坐标为0.885)998.21.322(330580354.42)ρρ(W W 0.50.5LV V L =⨯= 查埃克特通用关联图得025.02.0=∙∙L LV F F g u μρρϕφ 查表(散装填料泛点填料因子平均值)得1140-=m F φ s m g u LV F LF /149.11322.111402.99881.9226.0025.02.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯==μϕρφρ 取u=0.7u F =0.7×1.149=0.8046m/s 由=⨯⨯==8046.014.33600/250044u V D S π 1.048m 圆整塔径,取D=1.1m 泛点率校核 u=m/s .../73110117850360025002=⨯100149.17311.0⨯=F u u ﹪=63.63%(在允许范围内) 填料规格校核:1044251100>==d D 液体喷淋密度校核,取最小润湿速率为 (L W )min =0.08m 3/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 a t =92.7 m 2/m 3 U min =(L W )min a t =0.08×92.7=7.416m 3/m 2·h U=min 2778411785029984280354U ..../.>=⨯ 经校核可知,塔径D=1100mm 合理②填料层高度计算y *1=mx 1=35.04×0.00163=0.0571Y *2=mX 2=0 脱因系数为 S=752.018.445967.9504.35=⨯=L mV 气相总传质单元数N OG =()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----***S y y y y S S 22211ln 11 =⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⨯-⨯---752.001063.1008.0)752.01(ln 752.0113 =10.319气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-2.0205.021.075.045.1exp 1t L L L t L L t L L t L L c t w a U a a U a U a a σρσρμσσ查常见材质的临界表面张力值表得 σc =33dyn/cm=427680kg/h 2 液体质量通量为h)kg/(m ....U L ∙=⨯=22461846001178504280354⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-2.0205.08221.075.07.929408962.998461.846001027.12.9987.9246.846006.37.92461.8460094089642768045.1exp 1t w a a =0.6467 吸收系数由下式计算⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=RT D a D a U K V t V V V V t VG 3/17.0237.0ρμμ质量通量为()h m kg/....U V ∙=⨯⨯=225347911785032212500 ⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=293314.8039.07.92039.0322.1065.0065.07.923.3479237.03/17.0G K= 0.237×85.71×1.08×0.0015= 0.0325kmol/(m 3·h ·kPa)吸收系数由下式计算3/12/13/20095.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-L L L L L LW LL g D a U K ρμρμμ3/182/163/22.9981027.16.31029.52.9986.36.37.926467.046.846000095.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=--L K =3.236m/h1.1ϕW G G a K a K = 查常见填料的形状系数表得 45.1=ϕ1.1ϕW G G a K a K =)/(932.245.17.926467.00325.031.1kPa h m kmol ∙∙=⨯⨯⨯=h a K a K W L L /08.22545.17.926467.0236.34.04.0=⨯⨯⨯==ϕu/u F =63.63%>50﹪a K u u a K G F G ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+='4.15.05.91 a K u u a K L F L ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+='2.25.06.21得()[]()kPa h m kmol a K G ∙∙=⨯-⨯+='34.1/642.4932.25.06363.05.91得()[]h a K L /38.23208.2255.06363.06.212.2=⨯-⨯+='()kPah m kmol aHK K a K L GG ∙∙=⨯+='+'=3/036.238.2320156.01642.411111 H OG =m aP K V a K V G Y 488.01.1785.03.101036.267.952=⨯⨯⨯=Ω=Ω Z=H OG N OG =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10~5=Dh, h max ≤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。

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