《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/h3
SO2在水中的扩散系数为DL =1.47×10-5m2/s=5.29×10-6m2/h
②气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为
Mvm=∑yiMi=0.08×44+0.92×29=31.8
混合气体的平均密度ρvm= 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
DV=0.108cm2/s=0.039m2/h
由手册查得20℃时SO2在水中的亨利系数E=3550kPa
相平衡常数为m=
溶解度系数为H=
2.2物料衡算
进塔气相摩尔比为y1=0.08
出塔气相摩尔比为y2=0.004
进塔惰性气相流量为V=
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(
对于纯溶剂吸收过程,进塔液组成为X2=0
(
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(y1-y2)=L(x1-x2)
∴x1=
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 WV=2500×1.322=3305kg/h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算
即WL=4459.18×18.02=80354.42kg/h
Eckert通用关联图横坐标为
查埃克特通用关联图得
查表(散装填料泛点填料因子平均值)得
取u=0.7uF=0.7×1.149=0.8046m/s
由1.048m
圆整塔径,取D=1.1m
泛点率校核 u=
﹪=63.63%(在允许范围内)
填料规格校核:
液体喷淋密度校核,取最小润湿速率为
(LW)min=0.08m3/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 at=92.7 m2/m3
Umin=(LW)minat=0.08×92.7=7.416m3/m2·h
U=
经校核可知,塔径D=1100mm合理
②填料层高度计算
y=mx1=35.04×0.00163=0.0571
Y=mX2=0
脱因系数为 S=
气相总传质单元数
NOG=
=
=10.319
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算
查常见材质的临界表面张力值表得
c=33dyn/cm=427680kg/h2
液体质量通量为
=0.6467
吸收系数由下式计算
质量通量为
= 0.237×85.71×1.08×0.0015
= 0.0325kmol/(m3·h·kPa)
吸收系数由下式计算
=3.236m/h
查常见填料的形状系数表得
u/uF=63.63%>50﹪
得
得
HOG=
Z=HOGNOG=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 , hmax≤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。计算时,先根据气液负荷及有关物性数据,求出横坐标值。再根据操作空塔气速U用有关物性数据,求出纵坐标值。通过作图得出交点,读出过交点的等压线数值,即得出每米填料层压降值。用埃克特通用关联图计算压降时,所需填料因子与液体喷淋点密度有关,为了工程计算的方便,常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平均值。
埃克特通用关联图横坐标为
=0.885
查散装填料压降填料因子平均值表得
查通用关联图得:△P/Z=190.45Pa/m
填料层压降为△P=190.45×6.6=1256.97Pa
查此图时,一定要看好,最好用两个直角板找到横坐标和纵坐标的交点,在估计出合理的等压线数值。
2.5吸收塔接管尺寸计算
一般管道为圆形,d为内径,水流速为0.5~3m/s
常压下气体流速 10~30m/s
则气体进口直径
气体出口直径 d2=d1=172mm
喷液进口直径
喷液出口直径 d4=d3=240mm
排液口直径 d5=d3/2=120mm
2.6附属设备
(1)本设计任务液相负荷不大,可选用排管式液体分面器,且填料层不高,可不设液体再分布器。
(2)塔径及液体负荷不大,可采用较简单的栅板型支承板及压板。
三、评价
设计中问题的评价:
1、 对于吸收塔基本尺寸的确定以及数据来源,物性参数,合适取值范围的确定要按具体的实际设计情况来定。
2、 对于吸收塔填料装置的材料属性,以及经济效益要综合考虑工艺的可能性又要满足实际操作标准。
3、 对于吸收塔的温度的确定,由吸收的平衡关系可知,温度降低可增加溶质组分的溶解度,对于压力的确定,选择常压,减少工作设备的负荷。
设计体会
刚拿到任务说明书时,一脸茫然,大家都是第一次接触到这个陌生的东西,面对大量繁琐的计算,我的头都大了,其中我得了一个很不合理的数据,经过反复查找,才发现前面有个小数点弄错了,我深深体会到了科学需要的严谨性。在设计课程报告时,要输入大量的公式,我自学了一点公式编辑器的知识,感觉它非常有用,今后有时间还得好好学学。我会好好对待以后的每一次设计,让老师满意。希望老师对我这次的表现认可。
四、参考文献
1、《化学工程手册》编辑委员会,化学工程手册——气液传质设备
2、贾绍义,紫诚敬《化工原理课程设计》天津大学出版社,2002
3、刘乃鸿等《现代填料塔技术指南》天津,中国石化出版社1998
4、徐崇嗣等《塔填料产品及技术手册》北京,化学工业出版社1995
5、姚玉英《化工原理,下册》天津大学出版社1999
五,附表
埃克特通用关图
填料特性参数
主要符号说明
本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/01b87892ab00b52acfc789eb172ded630b1c989c.html
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