环境工程课程设计-水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计

吉林化工学院化工原理课程设计湖湖南南农农业业大大学学课课程程论论文文学 院：资源环境学院 班 级：环境科学姓 名：李文涛 学 号：201440463117课程论文题目：填料塔的设计课程名称：环境工程课程设计评阅成绩：评阅意见：成绩评定教师签名：日期： 年 月 日设计任务书设计任务书学生：(资源环境学院环境科学班级，学号：201440463117)1、设计题目：设计题目：水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计2 2、工艺操作条件、工艺操作条件：（1）操作平均压力 常压（2）操作温度 t=20 （3）每年生产时间：7200h。（4）选用填料类型及规格自选。3 3、设计任务：、设计任务：完成填料塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和吸收塔的工艺条件图，编写设计说明书。目录目录一、摘要一、摘要二、二、设计方案设计方案简介简介2.1 吸收剂的选择2.2 吸收流程的选择2.3 吸收塔设备及填料的选择2.3.1 吸收塔设备2.3.2 吸收塔填料2.4 吸收剂再生的选择2.5 操作参数的选择三、吸收塔的工艺计算吸收塔的工艺计算3.1 基础物性数据3.1.1 液相物性数据3.1.2 气相物性数据3.1.3 气液相平衡数据3.2 物料衡算3.3 湍球塔工艺尺寸的计算3.3.1 塔径3.3.2 填料数据计算和支撑板结构3.4 填料层高度3.5 流体力学计算3.5.1 各阶段工况气速的计算3.5.2 球层压力降P3.5.3 球层扩展阶段时的膨胀高度3.6 湍球塔的辅助结构3.6.1 支承板及档网3.6.2除沫器3.6.3 液体分布器3.7 填料塔附属高度计算3.8 湍球塔的流体力学参数计算3.8.1 全塔压降3.8.2 气体动能因子3.9 附属设备的计算和选择3.9.1 接管尺寸的计算举例3.9.2 离心泵的选择和计算四、四、工艺设计计算结果汇总汇总与主要符号说明工艺设计计算结果汇总汇总与主要符号说明五、五、对过程的评述和有关问题的讨论对过程的评述和有关问题的讨论六、六、结束语结束语摘要：摘要：吸收操作在化学工业中是一种重要的分离方法，本次设计采用水吸收矿石焙烧炉送出的气体，入塔的炉气流量为 2000m3/h，其中进塔 SO2的摩尔分率为 0.05，SO2的吸收率达到95吸收效果以减少对大气的污染，属于物理吸收。影响吸收的因素主要为溶质在吸收剂中的溶解度,其吸收速率主要决定于气相或液相与界面上溶质的浓度差，以及溶质从气相向液相传递的扩散速率。本设计本设计采用填料塔，塔高 8.7m，塔径 0.7m，采用聚丙烯空心球填料，具有通量大、阻力小、传质效率高等优点，可以达到较好的通过能力和分离效果。一般说来，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为主要设备之一，越来越受到青睐。二氧化硫填料吸收塔，以水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。此外，由于水和二氧化硫反应生成硫酸，具有很大的利用率。关键词：关键词： 二氧化硫 吸收 水 填料塔二二 、设计方案、设计方案 吸收过程的设计方案主要包括吸收剂的选择、吸收流程的选择、解吸方法选择、设备类型选择、操作参数的选择等内容。2.12.1 吸收剂的选择吸收剂的选择 吸收剂一般是对气 体混合物的各组分具有不同的溶解 度而能选择性地吸收其中一种组分或几种组分的液体。由于吸收操作的目的不同，吸收剂的功用也不同。有些是吸收气体而获得产品，如在盐酸制造中用水吸收氯化氢气体。有些是除去气体混合物中的一种或几种组分，以达到分离的目的，如用水或碱液吸收烟道气等中的二氧化碳。吸收操作中能够选择性地溶解混合气体中某些特定组分的液体。吸收剂可以是纯液体，也可以是溶液。一般分为物理吸收剂和化学吸收剂两类。物理吸收剂与溶质之间无化学反应，气体的溶解度只与气液平衡（见汽液平衡）规律有关；化学吸收剂与溶质之间有化学反应，气体的溶解度不仅与气液平衡规律有关，而且与化学平衡规律有关。化学吸收剂大多是某种活性组分的溶液，如碳酸钾或氢氧化钠的水溶液。 当吸收是为了制取某种溶液产品时，只能用某种特定的吸收剂，如由氯化氢制造盐酸，只能用水作吸收剂。当吸收是为了对气体混合物作组分分离时，吸收剂的合理选择，对吸收操作的成功与否有重大影响。一般说来，化学吸收剂易于达到较高的选择性,并可使溶质易于溶解；但再生比较困难 ,消耗能量较多。事实上，很难找到一个能够满足上述各项要求的理想吸收剂，只能通过对可用吸收剂的全面评价，按经济上是否合理作出选择。为此，性能优良的新吸收剂的开发，一直为人们所关注。对于吸收操作 ,选择适宜的吸收剂 ,具有十分重要的意义。其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响。一般情况下 ,选择吸收剂 ,要着重考虑如下问题：1对溶质的溶解度大所选的吸收剂多溶质的溶解度大 ,则单位量的吸收剂能够溶解较多的溶质 ,在一定的处理量和分离要求下 ,吸收剂的用量小 ,可以有效地减少吸收剂循环量 ,这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利。2对溶质有较高的选择性对溶质有较高的选择性 ,即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度 ,而对其他组分则溶解度要小或基本不溶 ,这样,不但可以减小惰性气体组分的损失 ,而且可以提高解吸后溶质气体的纯度。3不易挥发吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压 ,以避免吸收过程中吸收剂的损失 ,提高吸收过程的经济性。4粘度低吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。5其他 所选用的吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。2 2. .2 2 吸吸收收流流程程的的选选择择吸收装置的流程主要有以下几种（1）逆流操作 气体自塔底进入由塔顶排除，液相自塔顶进入由塔底排除，即此逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高。工业生产中通常采用逆流操作。（2）并流操作 气液两项均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常运用以下情况：当吸收过程中平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大；逆流操作易引起液泛。（3）吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排除液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分在循环操作。通常用于以下的情况：当吸收剂的用量较小，为提高液体的喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的升温，需取出一部分热量。该流程特别适宜平衡数值很小的情况，通过吸收液的部分在循环提高吸收剂的使用效率。应予指出，吸收剂部分在循环操作较逆流操作平均推动力要低，切需要设置循环泵，操作费用增加。（4）多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或因为所处理物料等原因需经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大的空间，输液、喷淋、支承板等辅助装置增加，使设备投资加大。（5）串联并联混合操作 若吸收过程处理液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小，塔的生产能力降低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大而气相流程很大时，可采用液相作串联、气相作并联的混合流程。总之，在实际应用中应根据生产任务、工艺特点，结合各种流程的优缺点选择适宜的流程布置。本设计采用湍球塔中通常采用的是单塔连续逆流操作，因为逆流推动力大，传质速率快，分离效果好，并且单塔逆流操作即可满足设计要求。2 2. .3 3 吸吸收收塔塔设设备备及及填填料料的的选选择择2.3.12.3.1 吸收塔吸收塔 吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。（一一）基基本本要要求求工业吸收塔应具备以下基本要求： 1塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。 2气液两相应具有强烈扰动，减少传质阻力，提高吸收效率。 3操作范围宽，运行稳定。 4设备阻力小，能耗低。 5具有足够的机械强度和耐腐蚀能力。 6结构简单、便于制造和检修。（二）吸收塔填料（二）吸收塔填料 1 1、散散装装填填料料2 2、规规整整填填料料二、填料的性能评价二、填料的性能评价 1填料的几何特性填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。（1）比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以a表示，其单位为 m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。（2）空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以e 表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。（3）填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e 3，称为填料因子，以f表示，其单位为 1/m。填料因子分为干填料因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时的a/e3称为干填料因子，它反映填料的几何特性；填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，a和e 均发生相应的变化，此时的a/e 3称为湿填料因子，它表示填料的流体力学性能，f值越小，表明流动阻力越小。（4）规整填料选择填料材质 选择填料材质应根据吸收系统的介质以及操作温度而定，一般情况下，可以选用塑料，金属，陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不锈钢等，对于温度较高的情况，应考虑材料的耐温性能。填料的选择尤为重要，所选填料既要满足生产工艺的要求,又要使设备投资和操作费用较低但各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时，应该主要考虑如下几个问题：(1) 填料的类型选择 此处选择是整个设计的关键，选择的不同会直接影响整个操作过程，填料的选择就成为人们非常关注的，不仅要考虑分离效率，还要确保有较高的传质效率。其中填料层压降是填料的主要性能，填料层压降越低，能力消耗就越少，从而很大的减少成本造价以及操作费用，这样有利于操作生产。 (2) 填料尺寸的选择 散装填料的规格通常是指填料的公称直径。工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76 等几种规格。同类填料尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定可以选用塑料，金属，陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不锈钢等，对于温度较高的情况，应考虑材料的耐温性能。 水吸收二氧化硫气体操作温度剂操作压力较低，本设计综合考虑以上因素采用直径 38 mm的聚丙烯空心小球（质量为 0.35 g/个，密度为 160 kg/m3）做填料。2.42.4 吸收剂再生的选择吸收剂再生的选择 依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方法，工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生，加热再生及气提再生等。（一）减压再生（闪蒸）吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得溶入吸收剂中的溶质得以再生。该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需在真空条件下进行，则过程可能不够经济。（二）加热再生加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于解吸温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸汽作为加热介质，加热方法可以依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用缉间接蒸汽加热。（三）气提再生气提再生是在再生塔的底部通入惰性气体，使吸收剂表面溶质的分压降低，使吸收剂得以再生。常用气提气体是空气和水蒸气。 由于本设计是在常压下进行气体吸收，并且吸收气体是由矿石焙烧炉中放出，则可以利用其热量进行加热再生。2 2. .5 5 操操作作参参数数的的选选择择 吸收塔的操作参数主要指操作压力和操作温度。一、操作压力对于物理吸收,加压操作一方面有利于提高吸收过程的传质推动力而提高过程的传质速率,另一方面,也可以减小气体的体积流率,减小吸收塔径。所以操作十分有利。但工程上,专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下,一般是以前道工序的压力作为吸收单元的操作压力。对于化学吸收,若过程由质量传递过程控制,则提高操作压力有利,若为化学反应过程控制,则操作压力对过程的影响不大,可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压力,但加大吸收压力依然可以减小气相的体积流率,对减小塔径仍然是有利的。对于减压再生(闪蒸)操作,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定,逐次或一次从吸收压力减至再生操作压力,逐次闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果。 二、二、操作温度对于物理吸收而言,降低操作温度,对吸收有利。但低于环境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的,所以一般情况下,取常温吸收较为有利。对于特殊条件的吸收操作必须采用低于环境的温度操作。对于化学吸收,操作温度应根据化学反应的性质而定,既要考虑温度对化学反应速度常数的影响,也要考虑对化学平衡的影响,使吸收反应具有适宜的反应速度。对于再生操作,较高的操作温度可以降低溶质的溶解度,因而有利于吸收剂的再生。三、吸收塔的工艺计算三、吸收塔的工艺计算3 3. .1 1 基基础础物物性性数数据据3.1.13.1.1 液相物性数据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【1】查得，20时水的有关物性数据如下：密度为 kg/m32 .998L粘度为 Pas=3.6 kg/(mh)0. 001L表面张力为 2940896kg/hdyn/cm6 .72L SO2在水中的扩散系数 hmscmDL/1029. 5/1047. 126253.1.23.1.2 气相物性数据气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 75.302995.006.6405.0yiMiMvm 密度 3/257. 1298314. 875.303 .101mkgRTpMvmvm混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得 20时空气的粘度为 hmkgspav/065. 01081. 15SO2 在空气中的扩散系数为 hmscmDv/039. 0/108. 0223.1.3 气液相平衡数据气液相平衡数据 常压下 SO2 的亨利系数【2】 kPaE31055. 3 相平衡常数为 04.353 .1011055. 33PEm 溶解度系数为 0526. 002.181055. 32 .9983sLEMH3.23.2 物料衡算物料衡算 进塔气相摩尔比为 0526. 005. 0105. 0y1yY111出塔气相摩尔比为 00263. 0)95. 01 (0526. 0)1 (YYA12进塔惰性气相流量为 h/Kmol034.202)05. 01 (252732734 .225200V根据低浓度吸收平衡关系，最小液气比可用下式计算 2121minYmYYYVL对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 0X2 29.33004.350526. 000263. 00526. 0VLmin最小液流量为 V29.33Lmin又设计要求为吸收剂用量的 1.5 倍，即 h/Kg995.181795h/Kmol568.10088034.20229.335 . 1L5 . 1Lmin3.33.3 湍球塔工艺尺寸的计算湍球塔工艺尺寸的计算3.3.13.3.1 塔径塔径 塔内临界气速 Uk 可按下式设计计算【3】 3sv0k0V2gdSU1S 式中 d小球直径 m -小球密度 Kg/m3s -气体密度 Kg/m3v -阻力系数 S0 -挡板空隙率 则 3K29. 810. 038 1601. 2570. 4U12. 01. 257 10. 40. 915 ms操作气速 u 可取 1.53.0Uk ，设取ku3U30. 9152. 745m/ s 2uD V45200 3600D0. 67m2. 7454因此圆整塔径设计为 700mm3.3.23.3.2 填料数据计算和支撑板结构填料数据计算和支撑板结构湍球塔的塔板间间距（即支撑板与限位板间的距离，也是吸收区的有效高度）应使小球的自由运动有足够高度，而不使其撞击限位板。一般选用 10001500mm 范围内，气速较大时可以取上限，气速小时可以取下限。压力较高时，板间距可以小些，如气速较大而小球、相对密度较小时，板间距可以取大于 1500m。一、静止床层高度 Z0 静止床层高度是湍球塔的一个重要参数。塔的压降、传质系数大小都与之有关。当 Z0/D1时，则易产生节涌和沟流现象。另外，Z0超过接触区的 50%时，失去了湍球塔的作用。一般静止床层高度取接触区的 1240%。因此本设计取静止床层高度为 0.3m。且 符合的条件【4】。0H0. 30. 428D0. 7=0H1D二、孔隙率和装球数湍球塔的装球数及床层压降的计算都需知道孔隙率，床层的孔隙率与 D/d 的变化有一定的联系【5】。当 D/d12 时，孔隙率取 0.4，当 D/d12 时，孔隙率取 0.45。 根据孔隙率可以求出装球数 n 203D H3n12d 式中: D-塔径 mm d-球径 mm H0-静止床层高度 mm -床层平均空隙率 n-装球数 个则 个233700300n10. 42411238三、板间距计算板间距离要使小球自由湍动有足够的高度，而不至于撞击顶部筛板，一般取静止高度的2.55 倍。本设计取 5 倍，即0H5H =50. 3=1. 5m因此，由于本设计要求气速不大，压力为常压，设计板间距为 1.5m。四、支撑板的选择支撑板则选用圆形小孔筛板，小孔呈正三角形，开孔率为 40%。3.43.4 填料层高度填料层高度湍球塔内湍球越多，静止床层高度越高，塔的阻力也越大。静止床层高度越高，在两层筛板间距固定的情况下，湍球易达到泛点状态。而当 H0超过筛板间距的 50%以后，则失去湍球塔的特性，而与其他填料塔相似，即随其他速度的增大，压力也急剧地升高。在设计计算时，静止床层高度 H0与塔径 D 之比大于 1 时，易发生节涌和沟流现象。在满足 H0/D1 的条件下，一般 H0=0.150.4H，若所需 H0超过上述比例时需采用多层床层。 0385. 00011. 03504. 0mXY1*1 0mXY2*2脱吸因数为 7017. 0568.10088034.20204.35LmVS气相传质单元数为 36. 67017. 000263. 00526. 07017. 01ln7017. 011SYYYYS1lnS11N*22*21OG气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 2 . 0tLL2L05. 02Lt2L1 . 0LtL75. 0LctwUgUU45. 1exp1表表 3-13-1 常见材质的临界表面张力值常见材质的临界表面张力值【1】 材 质 碳 瓷 玻 璃 聚丙烯 聚乙烯 铜表面张力 mN/m 56 61 73 33 40 75由表 3-1 得 2ch/kg427680m/mN33 又 液体质量流量 2L210088. 56818. 02U472627. 05kg /m h0. 7850. 7 则0. 10. 050. 75220. 2w28t427680472627. 05472627. 05158472627. 051exp1. 459408961583. 6998. 2940896156998. 21. 27100. 6058 气膜吸收系数 RTDDU237. 0kV31vVV7 . 0VtVG气体液相质量流量为 2V252001. 257U16993. 11kg /m h0. 7850. 7 0. 71 3G216993. 110. 0651580. 039k0. 2371580. 0651. 2570. 03498. 3142930. 1179km ol / (m hkpa)液膜吸收系数由下式计算 2 31 21 3LLLLwLLLL12 3821 36Ugk0. 0095D472627. 053. 63. 61. 27100. 00950. 5921583. 6998. 2998. 25. 29102. 998m/ h 表表 3-23-2 常见填料的形状系数常见填料的形状系数 填料类型 球形 棒 形 拉西环 弧 鞍 开孔环 值 0.72 0.75 1 1.19 1.45由 , 查表 3-2 得1 . 1wGGakk 72. 0则 1. 1G aGw1. 13kk0. 11790. 60581580. 727. 866km ol / (m hkpa) 0. 4LaLW0. 4kk2. 9980. 60581580. 721251. 62h 操作气速 25200 3600u3. 7552m/ s0. 7850. 7u3. 37m/ s临又 1. 4G aG a1. 42uk19. 50. 5ku3. 755219. 50. 57. 8663. 3745. 642km ol / (m hkpa)临 =2. 2LaLa2. 2uk12. 60. 5ku3. 755212. 60. 5251. 623. 371475. 5745h临 G aG aLa21K11kH k11145. 6420. 0156475. 57456. 3816km ol / (m hkpa)由 O G2YaG aVV202. 034Hkakp6. 3816101. 30. 7850. 70. 812m由 O GO GZH N0. 8126. 365. 16m则 Z1. 25. 166. 19m=因此，设计取填料高度为 6.0m，即分为 4 段。表表 3-33-3 设计装置参数汇总设计装置参数汇总项目参数处理烟气量喷淋量塔径静止床层高度塔板间距段数支撑板结构除雾器填料球规格5200 m3/h10088.568 kmol/h0.7m0.3m1.5m4圆形小孔筛板，小孔呈正三角形，开孔率为 40%38mm，聚丙烯，3g/个，160kg/ m33.53.5 流体力学计算流体力学计算3.5.13.5.1 各阶段工况气速的计算各阶段工况气速的计算【6】【6】 1、最小流化速度 s/m15. 926.1521026.152038. 02 .99810903. 4257. 11604 . 01038. 03 .11G10Gd10903. 41d3 .11U5 . 004788. 0719. 0568. 052 . 15 . 0;L04788. 0719. 0L568. 0L5vs02 . 1mf式中 d小球直径 m -小球密度 kg/m3s -气体密度 kg/m3v -液体密度 kg/m3L GL -单位截面流体质量流量 kg/(m2 s) ) sm/(kg26.15265. 0785. 03600568.10088LG22L润湿的填料球的临界流化速度 U临（当液流的 R=0）kmol/h 2 . 233. 0LS0vvd005. 0S142dU临式中 d小球直径 m -小球密度 kg/m3s -气体密度 kg/m3v -液体密度 kg/m3L -气体的粘度 kg/m.svS0 -挡板空隙率2、临界气速 s/m953. 1257. 1038. 0/108055. 1038. 0005. 02 .9981604 . 0142d/d005. 0S142U52 . 233. 0vv2 . 233. 0LS0 临3、作为穿流塔板的筛板开始稳定操作的气速 UT -1S-e185. 0U0VVLH875. 0T临 式中 -背流过的液体占去的孔的截面比率 3P2LV23P2LV21GL11GL H0-球层静态高度 -液体流量系数， =0.62 -以气体孔速计的平板阻力p p20pS 又 =4 则p64. 044 . 02p 则 613. 064. 062. 012 .998257. 14 .6536995.181795164. 062. 012 ,998257. 14 .6536995.181795322322 s/m396. 03 61. 014 . 0257. 1257. 12 .998e185. 0U3 . 0875. 0T4、开始扩展时的气速 U展 81LV41L64. 0Ls5 . 10v2GL4gS8aUln临式中 a-填料球的比表面积 a=15832mm32mm g-重力加速度 8125. 0 .4.60.5122 .998257. 14 .653695.918179542 .998.2998160.401.89857.21158Uln临 s/m575.70U 临5、开始液泛时的气速 H6.11hH-1-HUU00临临临临 式中 -静态干球层孔隙率 =0.4【3】00 -筛板上球层间持液之和折算的清夜层高度临h L1KLV2PGLCh临临取球层液化点至球层开始扩散计算 则 C=0.65 k= - 0.8 即 998.2P.299857.21.4653695.91817955.60h.202临临 又 220sv2pmkg48.294 . 011603 . 081. 92257. 1632. 14S1Hg2uPPP临临临临所以 =0.019临h m/s7.331.406.1119.00.30.401153.91U临3.5.23.5.2 球层压力降球层压力降PP 临临临临临PPPPPP 式中 -气体通过干塔的压力降临P -气体通过筛板上和球层间持液的压力降临P -气体通过干板的压力降临P -气体通过干球层的压力降临P L0sv2phP1HPg2UP临临临临临 则 2m/kg446.482 .998019. 048.29PPP临临3.5.33.5.3 球层扩展阶段时的膨胀高度球层扩展阶段时的膨胀高度 ()00液膨1HhH1+= 4373. 0953. 1632. 1.406.11UU16. 133. 03.300临临 m35365. 04373. 01019. 0.30.401H临3 3. .6 6 湍湍球球塔塔的的辅辅助助结结构构3.6.13.6.1 支承板及档网支承板及档网支承板的作用是支承球体，它可用栅板或孔板，其自由截面率最好在 15%60%左右。为了防止小球损坏或卡住、栅缝宽或筛孔直径不应大于球径的 2/3。档网的作用是防止小球被气流带走，可作成编织网或栅板、条状以及筛板等，要求开孔率尽可能大。筛板在塔内除了支托填料球和分布气体之外，还起穿流塔板的作用。筛板设计的好坏直接影响床层的正常操作。开孔率是很总要的设计参数，其大小或者说气体孔速的大小，可控制球在各阶段的运动状态。在系统压力降和操作范围允许的条件下，尽可能取开孔率 S0=3050%。S0过大，孔的间距愈小，气流将互相干扰，影响筛板筛板上的气液接触。从传质研究结果来看，在一定程度下 S0越大，效率越差尤以气膜控制为甚。S0过小将增大P，生产能力亦相应降低。本设计综合考虑各因素，选用圆形小孔筛板，小孔呈正三角形，开孔率为 40%的塔板。3.6.23.6.2 除沫器除沫器 除沫器主要是由丝网、丝网格栅组成丝网块和固定丝网块的支承装置构成，丝网为各种材质的气液过滤网，气液过滤网是由金属丝或非金属丝组成。除雾器种类很多，常见的有折板除沫器、丝网除沫器、旋流板除沫器等。除沫器一般多选用旋流板为宜，如果要求严格或情况特殊，可选用旋风分离器。由于本设计气流量不太大，因此选用旋流板除沫器。3.6.33.6.3 液体分布器液体分布器液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料达到预期分离效果的保证。为此，分布器设计中应注意以下几点：（1） 、为保证液体在塔截面上均布，颗粒型（散装）填料的喷淋点数为 4080 个/m2（环形填料自分布性能差应取高值） ，此外，为减少壁流效应，喷淋孔的分布应使近塔壁 520区域内的液体流量不超过总液量的 10。（2） 、喷淋孔径不宜小于 2，以免引起堵塞，孔径也不宜过大，否则液位高度难维持稳定。液体分布器有以下几种形式:1. 多孔型液体分布器多孔型液体分布器系借助孔口以上的液层静压或泵送压力使液体通过小孔注入塔内。2. 直管式多孔分布器根据直管液量的大小，在直管下方开 24 排对称小孔，孔径与孔数依液体的流量范围确定，通常取孔径 26，孔的总面积与及进液管截面积大致相等，喷雾角根据塔径采用 30或 45，直管安装在填料层顶部以上约 300。其突出的特点就是结构简单，供气体流动的自由截面大，阻力小，但小孔易堵塞，操作弹性一般较小。此形分布器对液体的均布要求不高的场合。根据要求，也可以采用环形管式多孔分布器。3. 排管式多孔分布器支管上孔径一般为 35，孔数依喷淋点要求决定。支管排数、管心距及孔心距依塔径和液体负荷调整。一般每根支管上可开 13 排小孔，孔中心线与垂直线的夹角可取 15、22.5、30或 45等，取决于液流达到填料表面时的均布状况。主管与支管直径由送液推动力决定，如用液柱静压送液，中间垂直管和水平主管内的流速为 0.20.3m/s，支管流速取为 0.150.2m/s；采用泵送液则流速可提高。4. 槽式液体分布器 槽式液体分布器是由分流槽，分布槽构成的。适合于大气液负荷及含有固体悬浮物，粘度大的液体的分离场合，应用范围广很为先进。 性能优良的液体分布器设计时必须满足：液体分布均匀，分布点密度（见下表 3-4） ，以及分布点的排列均匀性和 操作弹性大，自由截面积大 等方面要求。大致规律是：塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。 布液孔数布液孔数 分布点密度计算【7】 由于该塔的塔径较小，且表面积较大 132.5应该选择较大分布点密度按 Ecket32mm的散装填料塔分布点密度推荐，喷淋点密度为 170大致规律是：塔径越大，分布点密度2m点越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。表 3-1 列出了散装填料塔的分布点密度推荐值 布液点数为 2n0. 7850. 717065. 3966按 Eckert 建议值,常用填料的喷淋点数为： 400Dmm2时 每30cm塔截面积设一个喷淋点750Dmm2时 每60cm塔截面积设一个喷淋点.1200Dmm2时 每240cm塔截面积设一个喷淋点本设计为：二级槽共设五道，在槽侧面开孔，槽宽为 60mm，槽高度为 200mm，两槽中心距离为 120mm。分布点采用三角行排列。由多孔型布液装置的布液能力的计算公式计算孔径 取 液层高度gh2nd4L20s65. 0160hmm则1 21 2s04L4181795. 995 / (998. 23600)d0. 0303m30m mn2gh3. 14660. 65 29. 810. 16 即设计取 d0=33mm。 两孔间距离为 65mm,槽宽 65mm，槽高为 200mm，两槽中心距离 130mm.3.73.7 填料塔附属高度计算填料塔附属高度计算1. 塔的顶部空间高度为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，塔上部空间高度可取 1200mm-1500mm,此处取 1.2m塔底液相停留时间为 1min 考虑，则塔釜所占空间高度为 m915. 02 .99865. 0785. 03600995.181795601h21 考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取 1.5m，所以塔的附属高度可以取 2.7m,取液体分布器高度为 0.7m。因此塔的总高为 2.7+6=8.7m。3.83.8 湍球塔的流体力学参数计算湍球塔的流体力学参数计算3.8.13.8.1 全塔压降全塔压降由 3.5 可知填料层压降 48.446kg/m2 ,即 475.26Pa.气体进出口压降:取气体进出口接管的内径为 3500mm,则气体的进出口流速为 s/m02.1535. 014. 3360052004u2则进口压强为 （突然扩大 =1） Pa36.14205.15257. 121u21p221出口压强为 （突然缩小 =0.5） Pa89.7802.15257. 15 . 05 . 0u215 . 0p222其他塔内件压降总和为较小，在此处可以忽略P所以吸收塔总压降为 Pa50.69689.7836.14226.475pppPp213.8.23.8.2 气体动能因子气体动能因子吸收塔内气体动能因子为 5 . 0v)m/kg( s/m88. 4257. 1355. 4uF气体动能因子在常用的范围内。3.93.9 附属设备的计算和选择附属设备的计算和选择3.9.13.9.1 接管尺寸的计算举例接管尺寸的计算举例 气体进、出口管口气体进、出口管口 气体进口要能防止液体淹没气体通道。对于以下的塔，管的末端可做成向下的喇mm1 . 1叭行扩大口。气体出口要能防止液滴的带出和积聚，可采用同气体进口结构相似的开口向下的引出管，或者在出口接管之前加装除沫挡板或加装一开口向上的分离贷囊。气体管径的计算气体管径的计算s/m444. 1hm5200W33v常压塔气体进出口管气速可取 sm/2010取 15/um s vv4W41. 444d0. 35mu3. 1415圆整直径用的 热轧无缝钢管【8】 3779. 0m m v22v1. 444u14. 273m/ s0. 7850. 359d4 液体进、出管口液体进、出管口 液体的进口多是直接通向喷淋装置，其结构需按喷淋装置的要求而定。 液体的出口装置应该便于液体的排放，不易阻塞，而且又能将塔设备的内部与外部大气隔离。液体管径的计算 s/m05057. 0h/kmol568.10088L3一般液体在管中的流速为sm/35 . 0取smu/0 . 22 mm179m179. 0214. 305057. 04uL4dL圆整直径用的热轧无缝钢管【8】2196. 0m m 则管内流速为20. 05057u1. 503m/ s0. 7850. 207 本设计中填料塔有多处接管，在此分别以液体进料管和气体进料管的管径计算为例进行说明。3.9.23.9.2 离心泵的选择和计算离心泵的选择和计算计算过程如下由 3.5.1 可知，所选管为热轧无缝钢管2196. 0m m 则雷诺数 5eLdu0. 3591. 5034998. 2R5. 9277100. 0010. 250. 3164 / R0. 0114 局部阻力损失：三个标准截止阀全开 ; 13 6.419.2 三个标准 90弯头 23 0.752.25 管路总压头损失 2f2luHd2g101. 50340. 011419. 22. 252. 534m0. 20729. 81 扬程 fp696. 50HzH8. 72. 53411. 31mg998. 29. 81 流量 h/m12.1822 .998995.181795WQ3LL 因为该吸收以清水为吸收剂，则采用清水泵。选用离心泵型号为：IS150125250 单级单吸离心泵【9】，其性能参数如下：功率/kW必需汽蚀余量(NPSH)r /m转速r/r/min）流量 m3/h扬程 H /m效率 /%轴功率电机功率145012020024022.52017.571817810.413.514.718.53.03.03.5工艺设计计算结果汇总汇总与主要符号说明工艺设计计算结果汇总汇总与主要符号说明意义及符号结果混合气体处理量 G52003/h气液相平衡常数 m35.04混合气体密度v1.257kg/ m3液体密度L998.2kg/ m3出塔气相摩尔分率 Y20.00263进塔液相摩尔分率 X10.0最小液气比minLV33.29吸收剂用量 L 10088.568kmol/h塔径 D700mm静止床层高度 H0 0.3 m膨胀床层高度0.354m塔板间距 H1.5m气相总传质单元高度 HOG0.812 m气相总传质单元数 NOG6.36分段数5 段塔上部空间高度1.2m塔下部空间高度1.5m布液孔数66填料压力 P475.26Pa孔隙率 40%填料比表面积 a158m2/m3每层装球数 n2411 个名称型号液体分布器槽式布液器气体管道mm3779. 0液体管道2196. 0m m泵IS150-125-250五、对过程的评述和有关问题的讨论五、对过程的评述和有关问题的讨论在计算过程中查了很多资料，但是由于湍球塔的理论性计算和成型的设计很少，因此还有一些问题存在疑问和不解。其中有填料层高度的计算，按照一般填料塔的计算方法来计算得出的结果跟已查到的一些实验数据相比较大。还有就是塔的分段问题还有一些不明白。由于对于湍球塔的流体力学不是特别明白因此计算中存在较多疑问。但是，感觉经过接近一个月的努力自己学到了比较多的东西，不仅是在查阅资料还是计算机的应用方面都有较大提高。六、结束语六、结束语一周的环境工程原理课程设计结束了。虽然这是我第一次运用大量的理论知识作用于实践中，但是它让我们认识到了理论来源于实践，实践反作用于理论的真知。通过这次的课程设计我收获了许多，例如对知识点的理解程度更深刻，懂得如何用自己所学的知识反映到生产， ；同时，提高了我的学习兴趣，但由于自身能力的限制与设计过程中的种种困难，设计的内容一定会有一些不足和疏漏，恳请老师教导和指正，以便在以的学习过后程中，牢记教训总结经验，更好的完成以后的课程。化工原理课程设计对我们以后的学习奠定了坚实的基础，对我们专业的学习也有很大的帮助，通过这次课程设计，我学会自己翻阅查找文献，书籍来获得数据资料，也增强了运算能力，最大的收获就是学会并掌握了自己查找资料和运用已有知识就解决问题的方法和绘制工程图，大大提高了操作能力。也深刻的体会到了遇到困难要勇于亲自去解决。主要参考文献主要参考文献【1】张卫华、徐洪军， 化工原理实验 ，长春,吉林科学技术出版社,2007【2】陈恒敏、丛德滋、方图南、齐鸣斋， 化工原理（下册） ，北京,化学工业出版社,2006【3】郁亚磊、杨春根湍球塔设计与流体力动力特性实验 ， 安徽化工2009 年，30 卷第 1 期【4】生化法烟气脱硫装置中湍球塔的设计与计算 ， 内蒙古石油化工30 卷【5】曹永让， 湍球塔及其应用【6】津民， 湍球塔的设计,1972【7】贾绍义、柴诚敬化工原理课程设计 ，天津,天津大学出版社,2002【8】任晓光， 化工原理课程设计指导 ，北京,化学工业出版社,2009【9】陈恒敏、丛德滋、方图南、齐鸣斋， 化工原理（上册） ，北京,化学工业出版社 2006