资源描述
目录1设计任务书1 1.1 设计目的1 1.2设计任务及条件1 1.3填料塔出口参数22方案的确定2 2.1吸收剂的确定2 2.2吸收塔中填料的选择3 2.3气液流动方向选择33基础数据3 3.1 液相数据3 3.2气相数据4 3.3气液相平衡数据4 3.4物料衡算44填料塔的工程尺寸计算5 4.1 塔径的计算6 4.2校核7 4.3填料层的计算95填料塔内件的设计10 5.1 塔身厚度的设计10 5.2 封头的设计10 5.3 除雾器的设计10 5.4 液体进出管的设计11 5.5 喷淋装置的设计11 5.6 填料板压板的设计11 5.7填料支撑装置的设计11 5.8 液体再分器的设计12 5.9 气体进出管的设计12 5.10 填料塔的压力降13 5.10.1 气体进出口压降13 5.10.2 填料层压降13 5.11 塔釜高度13 6 数据汇总14 7.课程设计后感言15 8.参考文献151.设计任务书1.1 设计目的 本设计的主要目的是使我们得到一次关于气体污染控制吸收设备设计的综合训练，特别是：1.工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与应用；2.基本计算方法和绘图能力的训练；3.综合运用本课程及其有关课程的理论知识解决工程中的实际问题；4.熟悉、贯彻国家环境保护法规及其有关政策。1.2 设计任务及条件 矿石焙烧炉送出的气体冷却至20，通入填料塔用清水洗涤去除SO2.炉气流量1000m3/h，炉气平均分子量为32.16g/mol，洗涤水用量2.26x104kg/h。采用25mmx25mmx2.5mm的陶瓷拉西环以乱堆方式充填（或者自选填料的种类及规格）。取空塔气速为泛点气速的73%（或者根据设计手册自选）。1.3 填料塔出口参数 根据我国烟气排放标准GB13271-2001，二氧化硫排放浓度：2. 方案的确定2.1吸收剂的选择 吸收剂对溶质的组分要有良好的吸收能力，而对混合气体其他成分不吸收，而且挥发度要低。而且吸收剂最好价廉易得，综合分析，用清水作为吸收剂比较好，SO2作为吸手吸收质，而且此吸收过程符合对吸收剂的基本要求。2.2吸收塔中填料的选择 按照设计要求，该系统不属于难分离系统，采用乱推方式充填，考虑到吸收对象为so2,故采用的塑料材质。在此使用塑料阶梯环，其规格为38mm*19mm*0.8mm.该填料因子及比表面积如下： 比表面积： a=131m2 /m3 ,空隙率： =0.91泛点填料因子： f=175.6m-1压降填料因子： p=130 m-12.3吸收过程中的气液流动方向 吸收过程还可以按气流流动的方向分为并流和逆流操作，在相同的进出口组成条件下，逆流吸收过程具有较大的平均传质推动动力，可以实现多个理论级操作，气体净化的程度较高，工业上运用较多，而并流吸收流程只有一个理论级操作，气体净化程度不是很高，但可以避免塔的液泛现象，一般用于快速的化学反应吸收操作。而在此处我所设计的是水吸收SO2，属于低等溶解度的吸收过程，所以为了提高传质效率选用逆流吸收过程。3. 基础数据的计算3.1.液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20时水的有关物性数据如下： 密度为 L=998.2kg/m3粘度为 L=3.6kg/(mh)表面张力为L=71.97 dyn/cm=932731 kg/h2SO2在水中的扩散系数为 DL=5.310-6m2/h3.2 气相物性数据设进塔混合气体温度为20，混合气体的平均摩尔质量为 M=32.16g/mol混合气体的平均密度为G=PM/RT=101.332.16/（8.314293.15）=1.337kg/ m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20空气的粘度为 G=1.83 10-5Pas=0.066kg/(mh)查手册得SO2在空气中的扩散系数为 DG=0.0393 m2/s3.3 气液相平衡数据由手册查得，常压下20时SO2在水中的亨利系数为 E=3.35103 kPa相平衡常数为 m=E/P (3-1)=3.35103/101.3=35.04溶解度系数为H=/EM (3-2)=998.2/3.3510332.16=0.0156kmol/kPam33.4 物料衡算设二氧化硫的进塔摩尔质量分数为：x64X+29（1-x）=32.16X=0.09根据我国烟气排放标准GB13271-2001，二氧化硫排放浓度：惰性气体摩尔流量：设二氧化硫的去除率为y：进塔气相摩尔比为：出塔气相摩尔比为：该吸收过程属于低浓度吸收，平衡曲线可近似于直线，最小液气比可按下式计算： (3-3)对于纯吸收剂吸收过程，进塔液相组成为则取操作液比由 (3-4)4. 填料塔的工艺尺寸的计算4.1塔径的计算采用艾柯特泛点关联式计算泛点速度： (4-1) 液相质量流量可进似按纯水的流量计算：气相质量流量：取泛点率为0.73，即 (4-2)园整后取D=700mm4.2校核泛点率校核： (4-3)因此在允许的范围50%80%之间。填料规格校核： (4-4) 因此在允许范围之内。液体喷淋密度校核： 实际操作时采用的液体喷淋密度应大于最小喷淋密度。若液体喷淋密度小于最小喷淋密度，则需进行调整，重新计算塔径。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率（Lw）min=0.08m3/(mh)，对于直径大于75mm的散装填料，可取最小润湿速率（Lw）min=0.12m3/(mh)。取最小润湿速率为：（Lw）min=0.08m3/(mh)又由于填料的比表面积为：a=131m2 /m3 则： (4-5)且 经以上校核可知，填料塔直径选用D=700mm合理。4.3填料层的高度计算吸脱因数为： (4-6)气相总传质单元数为： (4-7)所以 (4-8) 查表得： 所以气膜吸收系数： (4-9) (4-10)液膜吸收系数为： (4-11) (4-12) (4-13)由所以 (4-14) (4-15) (4-16)取填料层高度12m对于塑料阶梯环填料：故需要分两段，每段填料层高度为6m.4.3填料层压降计算：经计算 (4-17)查表一得填料层压降为图一：5.填料塔内件的设计5.1 塔身厚度的设计在环保设备中，往往压力较低，可以按照满足刚度要求的容器最小壁厚的方法计算。塔身选用普通低碳钢管。而对于碳钢和低合金钢制的容器，当内径时，最小壁厚且不小于3mm 另外再加上腐蚀裕量取2mm （5-1）所以塔身厚度取5mm5.2 封头的设计 对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头形状。但由定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。封头的材料选择Q325-B.由标准椭圆形封头得 （5-2）,H=DI/4=700/4=175mm，a=2b=700mm封头的厚度可与塔身一致，均取5mm，直边选择为25cm。5.3 除雾器的设计除雾器的丝网盘高H一般取100150mm丝网可用金属或塑料为材料制成。支承丝网的栅板应具有大于90%的自由截面积。取丝网盘高为120mm。5.4 液体进出管的设计液体进料管允许液体流速为1.51.8m/s,高度取120150mm （5-3）取u=1.6m/s, （5-4） 所以内径 d=70.8mm，取d=75mm，壁厚取4mm。5.5 喷淋装置的设计按Eckerd建议值，时，喷淋点密度为170点/m2,所以设计喷淋密度为170点/m2,则喷头安装位置距填料的距离在此选用多孔盘管式喷淋器。其直接液体进料管相连接。在管底部钻24排直径36mm的小孔，孔的总截面积大致与进液管截面积相等。5.6 填料板压板的设计对防止填料层在气体压力差和符合波动引起的冲击作用下发生的攒动和膨胀，对任何填料塔都必须安装填料压板或床层限制板。填料压板：使用与固定陶瓷填料层，凭自身的重量限制填料松动，无需固定于塔壁，其形式分为栅条压板式和丝网压板式，我们选用栅条压板式。5.7填料支撑装置的设计塔径为700mm，用栅板式简单，节约。栅板可以制成整块式和分块式，一般直径小于500mm可制成整块的。由以上计算可知，其直径在600-800mm时，应分成两块。表一：栅板尺寸 单位：mm塔径填料环直径栅板尺寸公称直径DNDlRLhsntl1L26002558028929057930610252509505452251870025680339340679406122530095064527018 本设计中，选用直径为50mm的。5.8 液体再分器的设计填料层高度较高时，会出现壁流现象，壁流是因为塔壁的形状与填料的形状的差异而导致流动阻力在壁面处小于中心处，液体会向壁面集中。任何程度的壁流都会降低吸收效率。液体再分器是用来改善塔壁效应的，在每隔一定高度的填料层设置一个再分器，将沿塔壁流下的液体导向填料层内。选用设有支撑板式的再分器。可以分段卸出填料。设置液体在分布器的填料高度由经验确定， 高度为80mm。 5.9 气体进出管的设计为避免气体淹没通道，使气体沿塔截面分布均匀，防止破碎填料进入气体进料管，故选用侧面挡板式进气，选用普通的无缝钢管。取进气速度为u=15m/s （5-5） 所以d取160mm，壁厚取4mm。5.10 填料塔的压力降5.10.1 气体进出口压降气体进口压强（突然扩大=1） （5-6）气体出口压强（突然缩小=0.5）5.10.2 填料层压降5.10.3 总压降5.11 塔釜高度塔底液相停留时间按1.5min考虑，则塔釜所占空间高度为塔底空间高度一般取1.01.5m，本设计去1.2m，加之塔底液体的储备高度，则塔底段高度取2.7m。6.数据汇总表二：基础数据项目符号与数值计量单位吸收剂的密度L=998.2kg/m3溶剂的粘度L=3.6kg/(mh)粘度的表面张力L=71.97 dyn/cm=932731 kg/h2SO2在水中的扩散系数 DL=5.310-6m2/h混合气体的平均摩尔质量M=32.16g/mol混合气体的平均密度G=1.337kg/ m3SO2在空气中的扩散系数DG=0.0393 m2/s亨利系数E=3.35103 kPa 气液相平衡系数m=35.04溶解度系数H=0.0156kmol/kPam3二氧化硫进塔摩尔比 二氧化硫出塔摩尔比惰性气体摩尔质量吸收剂摩尔质量液相进口摩尔比液相出口摩尔比表三：填料塔工艺尺寸项目符号与数值计量单位气相质量流量液相质量流量塔径 空塔气速泛点率喷淋密度解吸系数气相总传质单元数液体质量通量气体质量通量气膜吸收系数液膜吸收系数气相总吸收系数（校正后）液相总吸收系数（校正后）气相传质单元高度填料层高度12m塔身厚度 5mm7. 课程设计感言经过了十天的课程设计，对于这样一个系统的练习，感觉自己收获很多。首先自己对于填料塔的结构原理有了一个全面的认识，同时对于设计过程及思路也有了比较全面的认识。在这个过程中收获了很多，也发现自己很多的不足。特别是在cad绘图的能力，感觉自己要学的还有很多，还有对于工具书的使用熟练度还有待加强，最后感谢老师的指导。8. 参考文献【1】魏兆灿，李宽宏主编，塔设备设计：上海科学技术出版社，1988.11【2】贾绍义，柴诚敬，主编，化工原理课程设计，天津大学出版社，2002【3】周迟骏，主编，环境工程设备设计手册，化学工业出版社，2009【4】王志魁，刘丽英，刘伟主编，化工原理，化学工业出版社，2010【5】刘宏，主编，郑铭，主审，环保设备原理设计应用（第三版），化学工业出版社，2013【6】郭东明，主编，脱硫工程技术与设备，化学工业出版社，200717
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