1、蘭州交通大學化工原理課程設計目錄一設計任務總概 31.1.吸收的定義31.2 .吸收的目的31.3 .填料吸收塔簡介3二設計方案簡介32.1方案的確定 .42.2填料的類型與選擇 42.3設計步驟 .4三、工藝計算43.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) .43.1.1液相物性數(shù)據(jù) 53.1.2氣相物性數(shù)據(jù)53.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)53.1.4物料衡算63.2填料塔的工藝尺寸的計算 73.2.1塔徑的計算73.2.2填料層高度計算103.2.3填料層壓降計算14四、輔助設備的計算及選型 151. 除霧沫器152. 液體分布器簡要設計 163. 液體再分布器升氣管式液體再分布器 174. 填料支承裝置175. 填料

2、限定裝置 186 .氣體和液體的進出口裝置 18五、設計結(jié)果匯總 19六、主要符號說明 21七、 參考文獻 23八、結(jié)語24化工原理課程設計任務書一、設計任務：設計一臺SQ氣體填料吸收塔二、設計條件：生產(chǎn)能力：2000Nm3/h空氣和SO混合氣混合氣中SQ組成（體積分數(shù)）：10%排放含量：0.16%操作方式：連續(xù)操作操作溫度：20 C操作壓力：常壓吸收劑：清水平衡線方程：y=66.76676x1.15237三、設計內(nèi)容1. 設計方案和流程的選擇；2填料的選擇；3. 填料塔塔徑、塔高及壓降的計算；4. 附屬裝置的選型和設計。四、設計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：參考教材及參考資料。五、設計成果：1. 設計說明書一份

3、；2. 調(diào)料吸收塔工藝條件圖（2#圖幅）六、設計時間安排：1. 查閱資料、設計方案：一天2. 設計計算：三天3. 圖紙繪制：一天4. 設計整理：半天一設計任務總概1.1.吸收的定義吸收是分離氣體混合物的單元操作，其分離原理是利用氣體混合物中各組分在液 體溶劑中溶解度的差異來實現(xiàn)不同氣體的分離。 一個完整的吸收過程應包括吸收和解 吸兩部分。氣體吸收過程是利用氣體混合物中，各組分在液體中溶解度或化學反應活 性的差異，在氣液兩相接觸時發(fā)生傳質(zhì)，實現(xiàn)氣液混合物的分離。1.2 .吸收的目的在化工生產(chǎn)過程中，原料氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體，保護環(huán)境 等方面都廣泛應用到氣體吸收過程。本次化工原理

4、課程設計的目的是根據(jù)設計要求采 用填料吸收塔的方法處理含有二氧化硫的混合物，使其達到排放標準，采用填料吸收塔吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液傳質(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流 狀況，從而使吸收易于進行，填料塔有通量大，阻力小，壓降低，操作彈性大，塔內(nèi) 持液量小，耐腐蝕，結(jié)構(gòu)簡單，分離效率高等優(yōu)點，從而使吸收操作過程節(jié)省大量人 力和物力。在設計中，以水吸收混合氣中的二氧化硫，在給定的操作條件下對填料吸收塔進 行物料衡算。本次設計包括設計方案的選取、主要設備的工藝設計計算-物料衡算、設備的結(jié)構(gòu)設計和工藝尺寸的設計計算、工藝流程圖、主要設備的工藝條件圖等內(nèi)容。1.3 .填料吸收塔簡介在化學工業(yè)中

5、，吸收操作廣泛應用于石油煉制，石油化工中分離氣體混合物，原 料氣的精制及從廢氣回收有用組分或去除有害組分等。吸收操作中以填料吸收塔生產(chǎn) 能力大，分離效率高，壓力降小，操作彈性大和持液量小等優(yōu)點而被廣泛應用。二設計方案簡介2.1方案的確定用水吸收SO屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。 因用水作為吸收劑，且SQ不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?.2填料的類型與選擇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 要元素，因此，填料的選擇是填料塔設計的重要環(huán)節(jié)。散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在 塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填

6、料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點的不同， 又可分為環(huán)形填 料，鞍形填料，環(huán)鞍形填料及球形填料等。對于水吸收SQ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。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DN38聚丙烯階梯環(huán)填料。階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增 加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短， 減 少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度， 而且使填料之間 由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填 料表面流動的匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有

7、利于傳質(zhì)效率的提高。階梯 環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。2.3設計步驟本課程設計從以下幾個方面的內(nèi)容來進行設計（一）吸收塔的物料衡算；（二）填料塔的工藝尺寸計算；主要包括：塔徑，填料層高度及壓降；（三）輔助設備的選型；（四）繪制有關(guān)吸收操作圖紙。三、工藝計算3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.1液相物性數(shù)據(jù)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)。由手冊查得，20C 時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為p l=998.2 kg/m27粘度為 卩 L=0.001 Pa - s=3.6kg/(m h)表面張力為 c l=72.6 dyn/cm=940896 kg/

8、h 2SO在水中的擴散系數(shù)為Dl=1.47為0-5m2/s=5.29 W-6m2/h(依 Wilke-Cha ng D1.859 1018 ( Mr)0.5TV.6查化學工程基礎(chǔ)3.1.2氣相物性數(shù)據(jù)設進塔混合氣體溫度為25 C,混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Mvm = yMi=0.1 64.06+0.9 29=32.506g/mol混合氣體的平均密度為3p vm=PM/RT=101.325 50%需要按下式進行校正，即1.4kGa1 9.5 0.5kGaUF2.2ukLa 1 2.60.5kLauf可得：kca1 9.50.571311.40.53.8492kLa1 2.60.571312.20.

9、5117.064.7595kmol/117.97l /h則m3hkPaaa11 1kG a HkL a1.422kmol / m3hkPa1 15.410.0156 123.66aaaP74.871.422 101.3 0.785 1.020.687m(3)填料層高度的計算由 Z Hog Ng 0.68 7.72 5.25m根據(jù)設計經(jīng)驗，填料層的設計高度一般為0.0343 132.5 0.5628 1.451.1Z= (1.21.5) Z (4-19)式中z 一一設計時的填料高度，mZ工藝計算得到的填料層高度，m得：Z = 1.25 X 5.25= 6.56 m設計取填料層高度為Z6.8m查：

10、表四散裝填料分段高度推薦值填料類型h/DHmax/m拉西環(huán)2.5 4矩鞍58 6鮑爾環(huán)510 6階梯環(huán)815 6環(huán)矩鞍515 1200422 按Eckert建議值，因該塔液相負荷較大，設計取噴淋點密度為140點/m 。2布液點數(shù)為 n=0.785 Xl.O XI 40=110112 點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結(jié)果為：二級槽共設七道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為80mm,槽高度為210mm兩槽中心矩為160mm。分布點采用三角形排列，實際設計布點數(shù)為n=112點.圖二槽式液體分布器二級槽的布液點示意圖(3) 布液計算由重力型液體分布器布液能力計算由Ls才02n、2g H式中

11、Ls液體流量，m/s ;n-開孔數(shù)目（分布點數(shù)目）； -孑L流系數(shù)，通常取 - 0.550.60 ;d孔徑，m ; H-開孔上方的液位高度，取=0.60 , H =160mm.0.5do_4Ls_ n _2gH0.54 5755768/9982 36003.14 112 0.62 9.81 0.160.01309m設計取d0 14mm液體分布器的安裝一般高于填料層表面150300 mm取決于操作彈性），槽式分布器主槽分槽高度均取210mm主槽寬度為塔徑的0.70.8，這里取塔徑的0.7，分 槽寬度由液體量及停留時間確定，最低液位為50mn為宜，最高液位由操作彈性塔內(nèi)允許高度及造價確定，一般為

12、200 mm左右。3. 液體再分布器升氣管式液體再分布器在離填料頂面一定距離處，噴淋的液體便開始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔 中心處填料的不到好的潤濕，形成所謂的“干錐體”的不正?，F(xiàn)象，減少了氣液兩相 的有效接觸面積。因此每隔一定的距離設置液體再分布裝置，以克服此現(xiàn)象。由于塔徑為1000mm因此可選用升氣管式再分布器， 分布外徑1080mm升氣管數(shù)&4. 填料支承裝置填料支撐結(jié)構(gòu)是用于支承塔內(nèi)填料及其所特有的氣體和液體的重量之裝置。對填 料支承結(jié)構(gòu)的基本要求是：有足夠的強度以支承填料的重量；提供足夠的自由截面以 使氣、液兩相流體順利通過，防止產(chǎn)生液泛；有利于液體的再分布；耐腐蝕，易制造, 易

13、裝卸等。常用的填料支承板主要有柵板式和氣體噴射式等結(jié)構(gòu)。1）柵板式支承板柵板式的支承結(jié)構(gòu)較為常見，由豎立的扁鋼制成。柵板可以制成整塊式或分塊式 的。一般直徑小于500mm的塔可以米用整塊式柵板；直徑為大于600mm的塔，可以 根據(jù)情況將柵板分成若干塊，每塊寬度在 300400mm之間，以便于裝卸。柵條間距 為填料外徑的0.60.8倍。在直徑較大的塔中，當填料環(huán)尺寸較小時，也可采用間距 較大的柵板、2）氣體噴射式支承板氣體噴射式支承板的結(jié)構(gòu)特點是：為氣體和液體提供了不同的通道，氣體易于進 入填料層，液體也可自由排出，避免了因液體積聚而發(fā)生液泛的可能性， 并有利于液 體的均勻再分配。氣體噴射式支承

14、板有圓柱升氣管式和梁式，而以梁式較為優(yōu)越，梁式支承板用于 小塔可制成整體式，用于大塔則分塊制作或塔內(nèi)組裝。它可提供超過90%的自由截面 （有時甚至達到100%），保證氣體通量大，阻力小。因此，在新型填料塔中廣泛采用 了這種結(jié)構(gòu)。這里選用分塊梁式支承板。5. 填料限定裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或者跳動，需在填料層上方設置填 料壓緊裝置。對于塑料散裝填料，本設計選用創(chuàng)層限制板。6 .氣體和液體的進出口裝置管道的公758090100120130140160185205235260315稱通徑（1）氣體和液體的進出口直徑的計算Vs為流體的體積流量，m/su為適宜的流體流速，m/s .

15、常壓氣體進出口管氣速可取1020m/s；液體進出口速度可取0.81.5 m/s (必要 時可加大)。選氣體流速為15 m/s由VS=2000/3600=0.556 m3/s 代入上公式得d=217mn圓整 之后，氣體進出口管徑為d=369mm選液體流速為 2.0 m/s,由 VS=3194.10 X 18.02 /(3600X 998.2 ) =0.016n/s 代 入上公式得d=100 mm,圓整之后液體進出口管徑為 d=110 mm(2) 底液出口管徑：選擇d= 75 mm(3) 泵的選型由計算結(jié)果可以選用：IS100-80-125型的泵(4) 塔附屬高的確定塔的附屬空間高度主要包括塔的上

16、部空間高度，安裝液體分布器和液體再分度器所需的空間高度，塔的底部空間高度以及塔的群坐高度。塔的上部空間高度是指塔填料層以上，應有一足夠的空間高度，以使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來， 該高度一般取1.2-1.5 o安裝液體再分布器所需的塔空間高度依據(jù)所用分布器的形式 而定一般需要1-1.5m的高度。塔的底部空間高度是指塔底最下一塊塔板到塔底封頭之間的垂直距離。該空間高度含釜液所占的高度及釜液面上方的氣液分離高度的兩部分。釜液所占空間高度的確 定是依據(jù)塔的釜液流量以及釜液在塔內(nèi)的停留時間確定出空間容積，然后根據(jù)該容積和塔徑計算出塔釜所占的空間高度。塔底液相液相停留時間按1min考慮，則塔釜

17、液所占空間為,1 60 3194.19 18.02g23.2m0.785 3600 998.2 1.02考慮到氣相接管所占的空間高度，底部空間高度可取1.5米，所以塔的附屬空間 高度可以取3.7米。(5) 人孔公稱壓力公稱直徑密封面型標準號常壓450 mm平面(FS)HG21515-95五、設計結(jié)果匯總課程設計名水吸收SO填料吸收塔的設計稱操作條件操作溫度20攝氏度操作壓力：常壓物性數(shù)據(jù)液相氣相液體密度998.2kg/m3混合氣體 平均摩爾 質(zhì)量33.505kg/kmol液體粘度3.6kg/(m h)混合氣體 的平均密度1.3514kg/m3液體表面張力940896混合氣體 的粘度0.065k

18、g/(mh)SO在水中的擴 散系數(shù)5.92 x 10-6m/hSCO在空氣 中的擴散 系數(shù)0.039m/h重力加速度1.27 x 108m/h氣相平衡數(shù)據(jù)SCO在水中的亨利系數(shù)E相平衡常數(shù)m溶解度系數(shù)H3.55 x 103 kpa35.50.0156kmol/kPam3物料衡算數(shù)據(jù)Y1Y2X1X2氣相流量G液相流量L最小液氣 比操作液氣 比0.110.001760.00254074.87 kmol/ h 3194.10 kmol/ h30.4742.66工藝數(shù)據(jù)氣相質(zhì)量流 量液相質(zhì)量流量塔徑氣相總 傳質(zhì)單 元數(shù)氣相總傳質(zhì) 單元高度填料層高度填料層壓降2762.857557.681.0m9.85

19、70.590m6.8m924pa填料塔附件除沫器液體分布器填料限定裝置填料支承板液體再分布器絲網(wǎng)式二級槽式1床層限制版分塊梁式升氣管式1六、主要符號說明at填料的總比表面積，mVm3aw填料的潤濕比表面積，mi/m3d填料直徑，md塔徑，mdl液體擴散系數(shù)，m/s ；Dz氣體擴散系數(shù)，m/s ；ev液沫夾帶量，kg(液)/kg(氣)；g重力加速度，9.81 m/s ；h填料層分段高度，mHETP關(guān)聯(lián)式常數(shù)；hmax允許的最大填料層高度，0；hb塔底空間高度，mh塔頂空間高度，mHog氣相總傳質(zhì)單元高度，mkG氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2 s kPa)；kL液膜吸收系數(shù)，m/s；Kg氣相總吸收

20、系數(shù)，kmol/(m s kPa)；Lb液體體積流量，nVh ；Ls液體體積流量，m/s ；Lw潤濕速率，mV(m s)；m相平衡常數(shù)，無因次；n篩孔數(shù)目；Ndg氣相總傳質(zhì)單元數(shù)；P-操作壓力，Pa； P-壓力降，Pa；u-空塔氣速，m/s；uf泛點氣速，m/sUo. min漏液點氣速， m/s ；U o液體通過降液管底隙的速度，m/s；U液體噴淋密度，nV(m2 h)UL液體質(zhì)量通量，kg/(m2 h)4n最小液體噴淋密度， m/(m2 h)u氣體質(zhì)量通量，kg/(m2 - h)Vh-氣體體積流量，nVh ；Vs-氣體體積流量，kg/s ；WL液體質(zhì)量流量，kg/s ；W氣體質(zhì)量流量，kg/s ；x液相摩爾分數(shù)；X液相摩爾比Zy氣相摩爾分數(shù)；Y氣相摩爾比；Z板式塔的有效高度，m填料層高度，m希臘字母&空隙率，無因次；卩粘度，Pa - s；P密度，kg/m ；(T 表面張力， N/m；開孔率或孔流系數(shù)，無因次;填料因子，l/m ；書液體密度校正系數(shù)，無因次。2009.2002.,2000.參考文獻1. 夏清，陳常貴，化學原理，天津