填料塔设计任务书.doc

1设计任务书1.1设计基本参数21.2填料塔出口参数22方案的确定. 22.1装置流程的确定22.2吸收剂的选择32.3操作温度与压力的确定32.4填料的类型与选择33工艺计算.4 3.1基础性数据.4 3.2物料衡算.5 3.3填料塔的工艺尺寸的计算.6 3.3.1塔径的计算.63.3.2填料层高度计算83.3.3填料层压降计算104.1液体分布装置114.1.1液体分布器的选型114.1.2分布点密度计算：124.1.3布液计算124.2填料支撑装置124.3填料压紧装置与床层限制板134.4气体进出口装置与排液装置135设计结果汇总146流程工艺图17参考文献17主要符号说明191设计任务书1.1设计基本参数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2.26104kg/h。采用25mm25mm2.5mm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）。1.2填料塔出口参数要求出塔烟气中SO2的浓度达到国家标准。2方案的的确定2.1装置流程的确定逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。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，吸收剂利用率高。工业生产中多用逆流操作。（a） 并流 （b）逆流用水吸收二氧化硫属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以，本设计选用逆流吸收流程。该填料塔中，二氧化硫和空气混合气体，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了二氧化硫的水由填料塔的下端流出。2.2吸收剂的选择 吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。根据本设计要求，选择用清水作吸收剂，且二氧化硫不作为产品，故采用纯溶剂。2.3操作温度与压力的确定 操作温度：20 操作压力：常压2.4填料的类型与选择 本方案选用Dg38塑料鲍尔环作为填料设计填料塔。填料的选择包括确定填料的种类，规格及材料。填料的种类主要从传质效率，通量，填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值D/d。填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。根据本设计的要求，该系统不属于难分离系统，可采用散装填料，系统中含有,有一定腐蚀性，故考虑选用塑料鲍尔环，由于系统对压降无特殊要求，考虑到不同尺寸鲍尔环的传质性能，采用38mm38mm1.4mm的塑料鲍尔环填料以乱堆方式填充。该填料的填料因子及比表面积如下：泛点填料因子 压降填料因子 比表面积 ，=33dyn/cm空隙率 3工艺计算 3.1基础物性数据（1）液相物性数据 对于水吸收S02的过程，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 粘度 表面张力 S02在水中的扩散系数为 （2）气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为 M=32.16 g/mol混合气体的平均密度为 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 查得S02在空气中的扩散系数为 （3）气液相平衡数据 在常压下20下的平衡数据xyxy0.002810.07760.0004230.007630.0019650.05130.0002810.00420.0014050.03420.00014050.001580.0008450.01850.00005640.000660.0005640.011220时SO2在水中的溶解度系数为 常压下20时SO2在水中的亨利系数为 E=3.55103Pa相平衡常数为 3.2物料衡算设二氧化硫的进塔摩尔质量分数为xX=0.09根据国家锅炉烟气排放标准GB13271-2001二氧化硫排放浓度为900mg/m3设二氧化硫的去除率为yy=0.9965进塔气相摩尔比为：出塔气相摩尔比为：进塔惰性气相流量为 该吸收过程属于低浓度吸收，平衡曲线可近似为直线，最小液气比可按下式计算，即对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 取操作液气比由得： + X2=37.85(0.0989-0.000346)/1850.49+0=0.002023.3填料塔的工艺尺寸的计算3.3.1塔径的计算采用埃克特泛点关联式计算泛点速度：气体质量流量：液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：F泛点气速，m/s；g重力加速度，981m/s2at填料总比表面积，m2m3填料层空隙率，m3m3；G,L气相、液相密度，k/m3；L液体粘度，mPas;A,K关联常数。A、 K取值可由表3.13.1不同类型填料的A、K值散装填料类型AK规整填料类型AK塑料鲍尔环0.09421.75金属阶梯环0.1061.75金属鲍尔环0.11.75瓷矩鞍0.1761.75塑料阶梯环0.2041.75金属环矩鞍0.062251.75取泛点率为0.73，即则 D塔径，m；V操作条件下混合气体的体积流量，m3/s ;空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s. 圆整后取 D=0.8m（常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）泛点率校核：（对于散装填料，其泛点率的经验值为）填料规格校核： 符合要求液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：所以 经以上校核可知，填料塔直径选用D=0.8m合理。3.3.2填料层高度计算解吸因数为气相总传质单元数为气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:查表(常见材质的临界表面张力值) ，液体质量通量为气体质量通量为气膜吸收系数由下式计算 =液膜吸收系数由下式计算 由，查化工原理课程设计第143页表514得则因为，故需要校正。由，得 则有 由根据设计经验，填料层设计高度一般为 因此取所以设计取填料层高度为查化工原理课程设计第145页表516得，对于鲍尔环填料，h/D=510,m取分为两段，每段为6m3.3.3填料层压降计算采用埃克特通用关联图计算填料层压降横坐标为填料层压降为 4辅助设备的计算及选型4.1液体分布装置4.1.1液体分布器的选型由于液体在填料塔内分布均匀，可以增大填料的润湿表面积，以提高分离效果。因此，液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。从喷淋密度考虑，应保证每60cm2的塔截面上约有一个喷淋点，这样，可以防止塔内壁流和沟流现象.槽式分布器:液体先经过主干齿槽向其下个条形做第一级分布，然后再向填料层上面分布。这种分布自由截面积大，不易堵塞，多用于直径较大的填料塔。该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器4.1.2分布点密度计算：为了使液体初始分布均匀，原则上应增加单位面积上的喷淋点数。但是，由于结构的限制，不可能将喷淋点设计得很多。每塔截面设一个喷淋点。则总布液孔数为： 取85个4.1.3布液计算由 取，则 设计取12mm4.2填料支撑装置本设计塔径D=800mm，采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小，由竖扁钢制成的栅板作为支承板，将其分成两块，栅板条之间的距离约为24.7mm。为了改善边界状况，可采用大间距的栅条，然后整砌一、二层按正方形排列的瓷质十字环，作为过渡支承，以取得较大的孔隙率。由于采用的是38mm的填料，所以可用50mm的十字环。4.3填料压紧装置与床层限制板对于散装填料，可以选用压紧栅板，也可以选用压紧网板，在其下方根据填料的规格铺设一层金属网，并将其与压紧栅板固定。设计中，为防止在填料压紧装置处压降过高甚至发生液泛，要求压板或限制板自由截面分率大于70。本次设计选用压紧网板。4.4气体进出口装置与排液装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500mm直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其它均布气流的装置。气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。最简单的装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采用旋流板除雾器。本设计中选用折板除雾器。折板除雾器的结构简单有效，除雾板由的角钢组成，板间横向距离为25mm，垂直流过的气速可按下式计算：式中 气速，m； 液相及气相密度，； 系数，0.085-0.10；本设计中取 ，则流过的气速所需除雾板组的横断面为由上式确定的气速范围，除雾板的阻力为49-98pa，此时能除去的最小雾滴直径约为0.05mm，即50.常压塔气体进出口管气速可取1020m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口管气速可取0.81.5m/s（必要时可加大些）。管径依所选气速决定后，应按标准管规格进行圆整，并规定其厚度。气体进气口气速取15m/s，液体进液口流速取1.2m/s气体进出口管直径：液体流量：液体进出口管直径： 则进口（突然扩大 =1）出口(突然缩小 =0.5）其它塔内间的压力降较小,因此可忽略于是得到吸收塔的总压力降为5设计结果汇总基础物性数据和物料衡算结果汇总：项目符号数值与计量单位吸收剂（水）的密度L998.2(kg/m3)溶剂的粘度L0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)溶剂表面张力L72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)二氧化硫在水中扩散系数DL1.4710-5(2/s)=5.310-6(m2/h)混合气体的平均摩尔质量32.16混合气体的平均密度1.337二氧化硫在空气中扩散系数DG0.10810-4(m2/s)=0.0393(m2/h)亨利系数E3.55103 KPa;气液相平衡常数35.04溶解度系数H0.0156 kmol /(m.KPa);二氧化硫进塔摩尔比Y10.0989二氧化硫出塔摩尔比Y20.000346惰性气体摩尔流量G37.85 kmol/h ;吸收剂摩尔流量L1850.49 kmol/h液相进口摩尔比X20液相出口摩尔比X10.00202 填料塔工艺尺寸计算结果汇总：项目符号数值与计量单位气相质量流量 1337kg/h液相质量流量 33308.8kg/h塔径 800mm空塔气速 0.897泛点率61.65%喷淋密度 U66.42m3/(m2.h)解吸因数 S0.717气相总传质单元数 15.55液体质量通量 UL66299.4气体质量通量 UG3661.2气膜吸收系数 0.0315kmol/(m.h.kpa)液膜吸收系数 1.245(m/h)气相总吸收系数(校正后) 4.683kmol/(m3.h.kpa)液相总吸收系数（校正后） 99.40(l/h)气相总传质系数 1.165 kmol/(m3.h.kpa)气相传质单元高度 0.638填料层高度 Z12填料塔上部空间高度 1.3填料塔下部空间高度 2.5塔附属高度 3.8塔高 15.8布液孔数 85点 孔径d00.012m开孔上方高度 0.16m流体力学参数计算结果汇总：项目符号数值与计量单位气体进口压力降P1150.41 Pa;气体出口压力降P275.21 Pa;填料层压力降P31320 Pa;吸收塔总压力降P1545.62 Pa;6流程工艺图进液口混合气出口 SO2和空气混合气吸收了SO2的水吸收塔冷凝器泵在该填料塔中，SO2和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体入口混合气体有塔顶排除，吸收了SO2的水 有填料塔的下端流出。（如上图所示）吸收SO2后的液体出口7课程设计心得本次设计的用水吸收二氧化硫的填料吸收塔，采用的是塑料鲍尔环填料和逆流单程流程。混合气的体积流率为1000m3/h，经过物料衡算知吸收剂水的体积流量为33.37 m3/h。 塔径为800mm,塔总体高度为15.8m，分为两段。气体和液体的进出口以及输送管路的管道尺寸都是依据输送流体用地缝钢管：GB8163-20083。在选择离心泵的时候，不仅考虑到了吸收剂的体积流量安全系数，也考虑到了扬程的安全系数。条件装配图尤其是工艺流程图，是在查阅有关绘图权威资料如化工工艺算图，工程制图与AutoCAD教程以及参考了化工仪表及自动化的基础上认真绘制的，但是由于学生的能力有限，水平欠佳，所以最终的图也许并没有达到十分的标准，这是有待在以后的学习生活中需要加以提高的。在这次的课程设计中，需要查阅大量的资料，浏览各种信息。由此锻炼了我们搜集有用文献的能力。另外，对于一次独立的课程设计任务，同时需要用到word文档排版，visio 软件绘图，还有C语言编程等有关计算机能力。最为重要的是，借此机会，巩固复习了化工原理有关知识，尤其是有关吸收方面的内容。让理论在自己的设计中尽可能接近现实。总之，本次课程设计，无论对于将来的毕业设计，还是参加各种专业知识的大型竞赛，以及走向工作岗位，都有一定的基础作用。总之，对于设计方案，我们还需要学习和借鉴，在此基础上加以大胆创新，从而来完善自己的设计，使之更加接近实际。参考文献王国胜主编.化工原理课程设计第二版.大连：大连理工大学出版社，2006.8陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编.化工原理下册第三版.北京：化学工业出版社,2006.5吉林化学工业公司设计院，化学工业部化工设计公司主编.化工工艺算图第一册常用物料物性数据. 北京：化学工业出版社,1982.10 贾绍义，柴诚敬主编.化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）.天津:天津大学出版社，2002.8陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编.化工原理上册第三版.北京：化学工业出版社,2006.5吉林化学工业公司设计院，化工部中国环球化学工程公司主编.化工工艺算图第三册化工单元操作. 北京：化学工业出版社,1993.3输送流体用地缝钢管：GB8163-20083.厉玉鸣主编.化工仪表及自动化第四版.北京：化学工业出版社，2010.7主要符号说明填料层的润滑比表面积m/m；S脱吸因数;无因次;填料层的有效传质比表面积（m/m） 扩散系数，m/s; 塔径,m;液体质量通量气体质量通量亨利系数，KPa;重力加速度，kg/(m.h);溶解度系数，kmol /(m.KPa);气相传质单元高度 ，m;液相传质单元高度，m;气相总传质单元高度，m;液相总传质单元高度，m;液体喷淋密度;相平衡常数，无因次;气相传质单元数，无因次;液相传质单元数，无因次;气相总传质系数，无因次 液相总传质系数，无因次;总压，KPa ; 温度，0C; 气体通用常数，kJ/(kmol.K)填料直径，mm；空塔速度，m/s ;液泛速度，m/s ; 惰性气体流量，kmol/h ;混合气体体积流量，m3/h;液膜吸收系数 m/h;气膜吸收系数，kmol/(m.h.kpa);气相总吸收系数kmol/(m3.h.kpa); 液相总吸收系数，l/h;气相总传质系数 kmol/(m3.h.kpa);液相总传质系数l/h;吸收剂用量kmol/h; kmol/s;是吸收液量 kmol/h吸收剂质量流量kg/h；气体质量流量，kg/h；密度kg/ m填料因子， m-1 ; 修正系数，无因次