填料吸收.doc
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填料吸收实验报告处理实验目的本实验旨在通过填料吸收实验,探究不同填料对水质净化的效果,并对实验结果进行处理和分析。
实验原理填料吸收是一种常用的水质净化方法,通过将污染物溶解到填料表面,利用填料中的活性物质与污染物发生化学反应,将污染物去除或转化为无害物质。
填料吸收实验中,我们使用了不同种类的填料,包括活性炭、沸石和陶瓷颗粒等,将其与不同浓度的污染水接触,观察填料吸附污染物的能力。
实验步骤1. 准备实验所需的填料和污染水。
2. 将不同种类的填料放入不同的容器中,标注好填料种类和容器编号。
3. 将容器中的填料浸泡在污染水中,进行一定时间的试验。
4. 取出填料,将其冲洗干净,准备进行后续处理和分析。
实验结果根据实验数据记录,我们计算出不同填料对污染物的去除率,并进行统计和分析。
填料种类容器编号初始浓度(mg/L) 末尾浓度(mg/L) 去除率(%)- -活性炭A1 100 5 95活性炭A2 200 15 92.5沸石B1 100 10 90沸石B2 150 20 86.7陶瓷颗粒C1 80 8 90陶瓷颗粒C2 120 12 90实验结果分析从上述实验结果可以看出,不同填料对污染物的去除率存在一定差异。
活性炭对污染物的去除效果最好,平均去除率达到了93.75%;其次是沸石和陶瓷颗粒,平均去除率都在88.35%以上。
这说明活性炭具有较好的吸附能力,能够有效去除溶解在水中的污染物。
此外,实验中观察到填料的吸附容量随着浓度的增加而增加。
当污染水的浓度较低时,填料吸附能力相对较强,去除率较高;而当污染水的浓度较高时,填料的吸附容量有限,导致去除率下降。
结论通过本次填料吸收实验,我们得出以下结论:1. 活性炭对水质净化具有较好的效果,能够去除大部分的污染物。
2. 沸石和陶瓷颗粒也具有一定的吸附能力,能够净化部分污染物。
3. 填料的吸附容量受到污染水浓度的影响,浓度越高,吸附能力越有限。
参考文献- [填料吸收方法对水质净化的影响研究](致谢在此要特别感谢实验室的技术人员给予的帮助和指导。
填料吸收塔实验【实验目的】1. 了解填料吸收塔的结构和流体力学性能。
2. 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。
【实验内容】1 •测定填料层压强降与操作气速的关系,确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。
2•采用水吸收二氧化碳,空气解吸水中二氧化碳,测定填料塔的液侧传质膜系数和总传质系数。
【实验原理】1 •气体通过填料层的压强降压强降是塔设计中的重要参数,气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。
压强降与气液流 量有关,不同喷淋量下的填料层的压强降△ P 与气速u 的关系如图6-1-1所示:L 3> L 2 > L 1图6-1-1填料层的△ P 〜u 关系当无液体喷淋即喷淋量 L o =O 时,干填料的△ P 〜u 的关系是直线,如图中的直线0。
当有一定的喷淋量时,△ P 〜u 的关系变成折线,并存在两个转折点,下转折点称为“载点” ,上转折点称为“泛点”。
这两个转折点将△ P 〜u 关系分为三个区段:恒持液量区、载液区与液泛区。
2 •传质性能吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数,而实验测定是获取吸收系数的根本途径。
对于相同的 物系及一定的设备(填料类型与尺寸),吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。
(1)膜系数和总传质系数根据双膜模型的基本假设,气相侧和液相侧的吸收质A 的传质速率方程可分别表达为L o =arK Hr△气膜G A = k g A( P A - p Ai)(6-1-7) 液膜 G A 二 k i A(C Ai - C A )式中:G A — A 组分的传质速率,kmoI s J ; 2A —两相接触面积,m ;P A —气侧A 组分的平均分压,Pa ; P Ai —相界面上A 组分的平均分压,Pa ; C A —液侧A 组分的平均浓度,kmol m C Ai —相界面上A 组分的浓度kmol m "k g —以分压表达推动力的气侧传质膜系数,kmol m^ s J Pa图6-1-2双膜模型的浓度分布图图6-1-3填料塔的物料衡算图以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为m s'。
填料吸收塔试验一、实验目的1. 了解填料塔的流体力学性能;2. 学习填料吸收塔传质单元高度H OL 、体积吸收系数K X a 和回收率的测定方法。
二、实验内容1. 观察流体在填料吸收塔中的操作状态,测定△P/Z~u 关系曲线并确定液泛气速。
2. 测量填料吸收塔的传质单元高度、体积吸收系数和回收率。
三、实验原理吸收塔的液泛气速数据在塔的设计和操作中起着非常重要的作用,所以本实验通过测定△P/Z~u 关系曲线和观察实验现象两种方法来确定“液泛气速”。
吸收系数是决定吸收速率高低的重要参数,获得吸收系数绝大多数的方法是采用实验的方法。
对于相同的物料系统和一定的设备(填料的类型和尺寸)。
吸收系数将随着操作条件及气、液接触状况的不同而变化。
CO 2是难溶于水的气体,故液膜阻力控制着整个吸收过程速率的大小。
所以,在其它条件不变的前提下,随着液体喷淋量的增大,吸收系数也相应增大。
本实验所用气体混合物是含有少量CO 2的CO 2与空气混合物,用水做吸收剂。
由于吸收液中CO 2的浓度不高,可认为气—液平衡关系服从亨利定律,可用方程Y=mX 表示;且因是常压操作,故相平衡常数m 值仅是温度的函数。
K X a 可依下列公式进行计算:而:因此: 同时,由此,在一定液体流量下,即可测得液相总吸收系数。
由于CO 2难溶气体,故而K X ≈k x ,从而即可测出液侧吸收系数。
式中:Z —填料层的高度,m ;本实验,Z =0.4m 。
H OL —液相总传质单元高度,m ;mOL X X X N ∆-=21OL OL N ZH =OLOL N H Z =Ω=OL X H L a KN OL —液相总传质单元数,无因次;X 1 、X 2 —进、出口液体中溶质组分的摩尔比,kmol(A)/kmol(S);K X a —气相总体积吸收系数,kmol /(m 3 ·h);L —水的摩尔流率,kmol(S)/h ; Ω—填料塔截面积,m 2;24D π=Ω,本实验吸收塔塔径D =75mm 。
填料吸收塔实验实验现象总结
填料吸收塔实验实验现象总结如下:
1. 随着液体吸收剂流量的增加,气体出口流量减少,吸收液出口流量增加,表明填料塔对气体有吸收作用。
2. 随着液体吸收剂流量的增加,填料塔内的压力降低。
3. 随着液体吸收剂流量的增加,填料塔内气体的浓度均匀分布,填料上的液体也均匀分布。
4. 随着液体吸收剂流量的增加,填料塔内气体的停留时间增加,吸收效果增加。
5. 当液体吸收剂的流量增加到一定程度时,填料塔内气体的出口流量不再随吸收剂流量的增加而减少,表明填料塔达到了饱和状态。
6. 当液体吸收剂的流量增加到一定程度时,填料塔内气体的出口流量不再随吸收剂流量的增加而减少,表明填料塔已经达到了传质平衡状态。
7. 填料塔内气体的浓度分布和填料上的液体分布不均匀时,会导致填料塔的吸收效果下降。
8. 填料塔内气体的流速过快或过慢都会影响填料塔的吸收效果。
因此,需要根据实验要求调节气体流量,以获得较好的实验结果。
9. 在填料塔实验中,需要密切关注填料塔内的压力、温度、流量等参数的变化,以及填料上的液体分布情况,及时调整实验条件,
以获得准确的实验结果。
六、数据处理1 、干填料塔流体力学性能测定(干填料时)由U 形管压差计读得ΔP ,计算单位填料层高度上的压降ΔP/Z ,塔中空气流速(空塔气速)为2)4(3600D V u nπ=因为空气流量计处温度不是20℃,需要对读数进行校正,空气实际体积流量V n 为: 第一套装置空气实际流量20273t 273++=转V V n (m 3/h)第二套装置空气实际流量()()实标实读实P PV V ⨯+⨯+⨯=20273t 273 (m 3/h)在对数坐标纸上以u为横坐标,ΔP/Z 为纵标坐图,标绘ΔP/Z ~ u关系曲线。
2、湿填料塔流体力学性能测定在一定的液体喷林密度下进行试验,测定液体在塔截面上的喷林密度,其他试验测定数据和数据处理的方法及要求与干填料塔流体力学性能测定时相同。
喷淋密度U=][]/[23m h m 塔截面积流体流量 3、传质实验 (1)空气实际流量 第一套装置空气实际流量20273t 273++=转V V n (m 3/h )第二套装置空气实际流量()()实标实读实P PV V ⨯+⨯+⨯=20273t 273 (m 3/h )(2)氨气实际流量为:实氨气空气读t 27320273++⨯=ρρV V n (m 3/h ) a) 塔底气相浓度 Y 1 =氨气流量空气流量(kmol 氨气/ kmol 空气)注意空气流量、氨气流量的单位相同. ;b)塔顶气相浓度Y 2=24242()22.4H SO H SO M V T V T ⨯⨯÷量气管量(kmol 氨气/ kmol 空气)式中:M H2SO4------滴定所用标准硫酸溶液的摩尔浓度, mol/l ; V H2SO4------滴定时所消耗标准硫酸溶液的体积, L ; V 量气管-----滴定时量气管中的体积变化值, L ; T 量------操作条件下量气管中的绝对温度, K ; T 0------标准状态时绝对温度, T 0=273.2K ;22.4-----气体在标准情况下的常数, 22.4L /mol c)塔底液相浓度X 1=242432100018H SO H SO NH M V V ⨯⨯(kmol 氨气/ kmol 水)式中:V NH3-----为滴定所准确吸取的塔底流出液的体积 , ml ; M H2SO4------滴定所用标准硫酸溶液的摩尔浓度, mol/l ; V H2SO4------滴定所用标准硫酸溶液的体积, ml ; d)求△Y m平衡浓度:Y 1*=mX 1 平衡浓度:Y 2*=mX 2 ΔY 1=Y 1-Y 1* ΔY 2=Y 2-Y 2*平均浓度差 ΔY m = (△Y 1-△Y 2)/㏑(△Y 1/△Y 2) (kmol 氨气/ kmol 空气) 气相总传质单元数 N oG =(Y 1-Y 2)/△Y m 气相总传质单元高度 OG OGZH N = (m ) 空气的摩尔流量 0360022.4h V TV T=⨯⨯ ( kmol/s)塔的横截面积 24D πΩ=(m 2)气相总体积吸收系数 Ya OG V K H =⨯Ω〔kmol/(m 3.S)〕回收率 121Y Y Y -η=附:相平衡常数m 与温度T 关系曲线本实验为低浓度吸收,当操作温度压力一定时,m 为常数。
一设计任务书(一)设计题目过程填料吸收塔的设计:试设计一座填料吸收塔,用于脱除焙烧水吸收SO2炉送出的混合气体(先冷却)中的SO2,其余为惰性组分,采用清水进行吸收。
(二)操作条件(1)操作压力常压(2)操作温度25℃(三)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)液体分布器简要设计;(5)吸收塔接管尺寸计算;(6)绘制吸收塔设计条件图;(7)对设计过程的评述和有关问题的讨论。
二设计方案简介2.1方案的确定用水吸收SO属中等溶解度的吸收过程,为提高传质效率,选用逆流吸收流2不作为产品,故采用纯溶剂。
程。
因用水作为吸收剂,且SO22.2填料的类型与选择的过程,操作温度及操作压力较低,工业上通常选用塑料散对于水吸收SO2装填料。
在塑料散装填料中,塑料阶梯环填料的综合性能较好,故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。
阶梯环是对鲍尔环的改进。
与鲍尔环相比,阶梯环高度减少了一半,并在一端增加了一个锥形翻边。
由于高径比减少,使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了气体通过填料层的阻力。
锥形翻边不仅增加了填料的机械强度,而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主,这样不但增加了填料间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点,可以促进液膜的表面更新,有利于传质效率的提高。
阶梯环的综合性能优于鲍尔环,成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。
2.3设计步骤本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计(一)吸收塔的物料衡算;(二)填料塔的工艺尺寸计算;主要包括:塔径,填料层高度,填料层压降;(三)设计液体分布器及辅助设备的选型;(四)绘制有关吸收操作图纸。
三、工艺计算3.1基础物性数据3.1.1 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,25℃时水的有关物性数据如下:密度为ρL=997.1 kg/m3粘度为μL=0. Pa·s=3.2173kg/(m·h)表面张力为σL=71.97 dyn/cm=932731 kg/h2SO2在水中的扩散系数为 DL=1.724×10-9m2/s=6.206×10-6m2/h(依Wilke-Chang0.518r0.6()1.85910M TDVφμ-=⨯计算,查《化学工程基础》)3.1.2 气相物性数据设进塔混合气体温度为25℃,混合气体的平均摩尔质量为M Vm=Σy i M i=0.1×64.06+0.9×29=32.506g/mol 混合气体的平均密度为ρVm =PM/RT=101.325×32.506/(8.314×298.15)=1.3287kg/ m 3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得25℃空气的粘度为 μV =1.83 ×10-5Pa•s=0.066kg/(m•h) 查手册得SO 2在空气中的扩散系数为 D V =1.422×10-5m 2/s=0.051 m 2/h (依 1.7500()P T D D P T =计算,其中273K 时,1.013×10-5Pa 时SO2在空气中的扩散系数为1.22×10-5m 2/s ,查《化学工程基础》)3.1.3 气液相平衡数据由手册查得,常压下25℃时SO 2在水中的亨利系数为 E=4.13 ×103kPa 相平衡常数为m=E/P=4.13×103/101.3=40.76溶解度系数为H=ρ/EM=997.2/4.13×103×18.02=0.0134kmol/kPa m33.1.4 物料衡算(l). 进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为101.3kPa ,故: 混合气量= 273.1512000()81.80273.152522.4=+kmol /h混合气SO 2中量=81.80×0.1=8.18 kmol /h=8.18×64.06=542.01k g /h设混合气中惰性气体为空气,则混合气中空气量=81.8-8.18=73.62kmol /h=73.62×29=2135kg /h(2).混合气进出塔的摩尔组成120.18.18(10.97)0.0033273.628.18(10.97)y y =-==+- (3)混合气进出塔摩尔比组成 进塔气相摩尔比为111y 0.10.111y 10.1Y ===-- 出塔气相摩尔比为21(1)0.11(10.97)0.0033A Y Y ϕ=-=-=(4)出塔混合气量出塔混合气量=73.62+8.18×0.03=73.7836kmol/h=2135+542.01×0.03=2151.26kg/h(5)吸收剂(水)的用量L该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算12min 12()Y Y LY V X m-=-对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为X 2=0min 0.110.0033()39.540.11/40.760L V -==- 取操作液气比为min 1.3()L LV V = 1.339.5451.40LV=⨯= 51.473.623784.07L =⨯= kmol/h (6)塔底吸收液组成X 11212()()V Y Y L X X -=-173.62(0.110.0033)0.002083784.07X ⨯-==(7)操作线方程依操作线方程223784.07()0.003373.62L L Y X Y X X V V =+-=+ 51.40.0033Y X =+3.2填料塔的工艺尺寸的计算 3.2.1塔径的计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。
[精品]四、填料吸收传质系数测定填料吸收传质系数测定是一种测定填料吸收能力的方法,即测定填料不同浓度的溶液的吸收系数。
它是反映填料的密度、类型、孔径大小等特性的一个基本指标,是评估填料质量的重要指标之一。
填料吸收传质系数即实验中所谓的ε,ε=C/V,处理V升溶液用相同量的填料得到C升含量较高的溶液,ε表示这一填料滤过后,所有物质的浓度比值。
填料在过滤环境中有着相当大的影响,对于密度大、筛网晶体及粒径有别于悬浮体的小团聚物来说,这一影响更不可忽视。
填料的性质将改变悬浮体的主要过滤形式,在比较不贴近团聚物的情况下,滤过介质的表面粘附作用发生了较大的变化,因此,填料吸收传质系数的测定具有十分重要的意义。
填料吸收传质系数测定属于重现性实验,在测定填料吸收传质系数时需要满足一定的实验前提条件,如果不能有效把握,则无法获得准确的测定结果。
实验要求:(1)填料的表面活性因素应接近于零,以保证实验溶液的稳定性;(2)应使用适量的溶液样品,以保证完整的吸收;(3)滤过介质的表面状态、滤料的等离子体特性,温度等条件应保持稳定;(4)应确定滤过介质与填料吸收物质之间的可溶度;(5)实验结果应综合考虑填料本身的吸附特性、吸附条件和颗粒结构等因素。
填料吸收传质系数测定一般以普朗克定律为基础,常用的实验装置为普朗克滤管,即由表面均匀的填料和筛井组成的管状介质。
在普朗克滤管装置中,应用现象分析法,使用滤过介质中物质分子和填料表面的类Pi联系,完成横向传质过程。
在普朗克实验室中应做到自我校正,并尽量追求最佳结果,使萃取溶液达到要求。
经过一定时间的实验结束后,将填料上滤过的悬浮体收集起来,然后就可以得出填料的传质系数ε。
填料吸收传质系数的测定具有重要的现实意义,它不仅反映了填料的质量,而且还有助于改善过滤反应操作的安全性,提高悬浮体的分离效率以及滤料的使用寿命。
因此,填料吸收传质系数的准确测定对保证过滤操作的合理性和避免设备破损有十分重要的意义。
填料塔吸收实验报告填料塔吸收实验报告一、实验目的本实验旨在探究填料塔吸收过程中的吸收效果,并通过实验数据分析填料塔的吸收性能。
二、实验原理填料塔是一种常用的分离设备,广泛应用于化工、环保等领域。
其基本原理是通过将气体与液体接触,利用两相之间的质量传递来实现气体分离或纯化的目的。
填料塔内填充有各种不同形状的填料,增加接触面积,促进气体与液体的充分混合。
三、实验步骤1. 准备实验所需材料和设备:填料塔、进气管、出气管、液体供应系统、温度计等。
2. 将填料塔放置在实验台上,连接好进气管和出气管。
3. 打开液体供应系统,调节液体流量,使之能够均匀覆盖填料塔内的填料。
4. 打开进气管,将待吸收气体引入填料塔内。
5. 通过温度计等仪器监测填料塔内的温度和压力变化,并记录实验数据。
6. 根据实验数据进行数据处理和分析,评估填料塔的吸收效果。
四、实验结果与分析通过实验观察和数据处理,我们得到了填料塔吸收实验的结果。
在填料塔内,气体与液体进行充分接触后,发生了物质的传递和吸收。
根据实验数据,我们可以计算出填料塔的吸收效率和质量传递速率等参数,从而评估填料塔的性能。
填料塔的吸收效率是评价其性能的重要指标之一。
吸收效率可以通过吸收物质的浓度变化来计算。
实验数据显示,在填料塔内,随着时间的增加,吸收物质的浓度逐渐降低,表明填料塔具有较好的吸收效果。
同时,我们还可以通过比较不同填料塔的吸收效率来评估其性能优劣。
质量传递速率是另一个重要的指标,它反映了填料塔中气体和液体之间的传质速度。
根据实验数据,我们可以计算出填料塔的质量传递速率,并与其他填料塔进行比较。
实验结果显示,填料塔的质量传递速率与填料形状、液体流量等因素密切相关。
通过调节这些因素,可以优化填料塔的性能,提高吸收效果。
五、实验总结通过本次填料塔吸收实验,我们深入了解了填料塔的工作原理和性能评估方法。
填料塔作为一种常用的分离设备,在化工、环保等领域具有广泛的应用前景。
填料吸收塔1. 引言填料吸收塔是一种常见的气液分离设备,广泛应用于化工、石油、环保等领域。
它利用填料床层对气体中的有害物质进行吸收和分离,从而达到净化气体的目的。
填料吸收塔具有结构简单、操作方便、处理效果好等优点,因此在工业生产中得到了广泛应用。
本文将介绍填料吸收塔的工作原理、结构和应用,并对其优缺点进行评述。
2. 工作原理填料吸收塔的工作原理基于物质传质过程。
当污染气体通过填料床层时,填料床层中的填料颗粒会提供大量的表面积,从而增加污染气体与吸收介质(通常是液体)之间的接触面积。
在填料床层的作用下,污染气体中的有害物质会被吸收到液体中,从而实现气体的净化。
在填料吸收塔中,填料床层的选择非常重要。
常见的填料材料包括陶瓷、塑料、金属等。
不同的填料材料具有不同的性质,可以根据实际需求选择合适的填料。
填料床层的高度和密度也会影响传质效果,通常需要通过实验和模拟计算来确定最佳的填料床层设计参数。
3. 结构和组成填料吸收塔通常由以下几个主要组成部分构成:3.1 塔底塔底是填料吸收塔的基础部分,通常有一个底板和一个进气口。
底板用于支撑整个填料床层,并且可通过进气口将污染气体引入填料床层。
3.2 塔体塔体是填料吸收塔的主要部分,用于容纳填料床层和吸收介质。
塔体通常呈圆柱形,选用合适的材料制成,以承受内部的压力和温度。
塔体内部通常还设有分层板或喷淋装置,以增加传质效果和混合液体。
3.3 塔顶塔顶是填料吸收塔的出口部分,通常有一个出口口和一个放空口。
出口口用于排放净化后的气体,放空口用于排放剩余的吸收介质和其他气体。
3.4 填料床层填料床层是填料吸收塔的核心部分,由多个填料颗粒组成。
填料床层的密度、高度和填料材料的选择会直接影响到填料吸收塔的工作效果。
常见的填料材料有陶瓷球、塑料球和金属网等。
3.5 吸收介质吸收介质是填料吸收塔中用于吸收有害物质的液体。
常见的吸收介质有水、酸碱溶液等。
吸收介质的选择需要根据有害物质的性质和工艺要求进行合理选择。
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的(1)了解填料吸收塔的结构和流程;(2)了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响;(3)掌握吸收总传质系数的测定方法.二、基本原理1.吸收速率方程式吸收传质速率由吸收速率方程式决定: Na = Ky A Δym式中 Ky 为气相总传质系数,mol/m2*h;A 为填料的有效接触面积,m2;Δym 为塔顶、塔底气相平均推动力。
a 为填料的有效比表面积,m2/m3;V 为填料层堆积体积, m3 ;Kya 为气相总容积吸收传质.系数,mol/m3*h。
从上式可看出,吸收过程传质速率主要由两个参数决定:Δym为过程的传质推动力,Kya的倒数1/Kya表征过程的传质阻力。
2.填料吸收塔的操作吸收操作的结果最终表现在出口气体的组成y2上,或组分的回收率η上。
在低浓度气体吸收时,回收率可近似用下式计算:η = (y1 - y2)/y1吸收塔的气体进口条件是由前一工序决定的,一般认为稳定不变。
控制和调节吸收操作结果的操作变量是吸收剂的进口条件:流率 L 、温度 t 和浓度 x2 这三个要素。
由吸收分析可知,改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最常用方法,当气体流率 G 不变时,增加吸收剂流率,吸收速率η增加,溶质吸收量增加,出口气体的组成y2随着减小,回收率η增大。
当液相阻力较小时,增加液体的流量,总传质系数变化较小或基本不变,溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力Δym的增大而引起,即此时吸收过程的调节主要靠传质推动力的变化。
但当液相阻力较大时,增加液体的流量,可明显降低传质阻力,总传质系数大幅度增加,而平均推动力却有可能减小(视调节前操作工况的不同而不同),但总的结果使传质速率增大,溶质吸收量增大。
吸收剂入口温度对吸收过程的影响也甚大,也是控制和调节吸收操作的一个重要因素。
降低吸收剂的温度,使气体的溶解度增大,相平衡常数减小。
对于液膜控制的吸收过程,降低操作温度,吸收过程的阻力随之减小,使吸收效果变好,y2降低,但平均推动力Δym或许会有所减小。
一设计任务书(一)设计题目水吸收SO2过程填料吸收塔的设计:试设计一座填料吸收塔,用于脱除焙烧炉送出的混合气体 ( 先冷却 ) 中的 SO2,其余为惰性组分,采用清水进行吸收。
混合气体的处理量 m3/h 2000混合气体 SO2含量(体积分数)10%SO的回收率不低于97%2吸收剂的用量与最小用量之比 1.3(二)操作条件(1)操作压力常压(2)操作温度25℃(三)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)液体分布器简要设计;(5)吸收塔接管尺寸计算;(6)绘制吸收塔设计条件图;(7)对设计过程的评述和有关问题的讨论。
二设计方案简介2.1 方案的确定用水吸收 SO2属中等溶解度的吸收过程,为提高传质效率,选用逆流吸收流程。
因用水作为吸收剂,且SO2不作为产品,故采用纯溶剂。
2.2 填料的类型与选择对于水吸收 SO2的过程,操作温度及操作压力较低,工业上通常选用塑料散装填料。
在塑料散装填料中,塑料阶梯环填料的综合性能较好,故此选用DN38 聚丙烯阶梯环填料。
阶梯环是对鲍尔环的改进。
与鲍尔环相比, 阶梯环高度减少了一半, 并在一端增加了一个锥形翻边。
由于高径比减少, 使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了气体通过填料层的阻力。
锥形翻边不仅增加了填料的机械强度, 而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主,这样不但增加了填料间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点, 可以促进液膜的表面更新, 有利于传质效率的提高。
阶梯环的综合性能优于鲍尔环, 成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。
2.3 设计步骤本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计(一) 吸收塔的物料衡算;(二) 填料塔的工艺尺寸计算;主要包括:塔径,填料层高度,填料层压降; (三) 设计液体分布器及辅助设备的选型;(四) 绘制有关吸收操作图纸。
三 、工艺计算3.1 基础物性数据3.1.1 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,25℃时水的有关物性数据如下:密度为 ρL =997.1 kg/m 3粘度为 μL =0. Pa ·s=3.2173 kg/(m ·h)表面张力为σ L =71.97 dyn/cm=932731 kg/h2SO 2在水中的扩散系数为 D L =1.724 ×10-9 m 2/s=6.206 10×-6m 2/h0.5(依 Wilke-Chang D1.859 10 18( M r)0.6T计算,查《化学工程基础》 )V3.1.2 气相物性数据设进塔混合气体温度为 25℃,混合气体的平均摩尔质量为M Vm =Σy i M i =0.1 ×64.06+0.9 29=32×.506g/mol混合气体的平均密度为ρVm=PM/RT=101.325×32.506/(8.314×298.15)=1.3287kg/ m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得25℃空气的粘度为μV=1.83 10×-5Pa?s=0.066kg/(m?h)查手册得 SO2在空气中的扩散系数为-5 2 2D V =1.422 ×10 m/s=0.051 m / h(依 D D0P0 (T)1.75计算,其中273K时,1.013×10-5Pa时SO2在空气中的扩 P T0-5 2散系数为 1.22 ×10 m/s ,查《化学工程基础》)3.1.3气液相平衡数据由手册查得,常压下25℃时 SO2在水中的亨利系数为3E=4.13 ×10 kPa相平衡常数为m=E/P=4.13 ×103/101.3=40.76溶解度系数为3H=ρ/EM=997.2/4.13×103×18.02=0.0134kmol/kPa m 3.1.4物料衡算(l). 进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为101.3kPa,故:混合气量=273.15)12000( 81.80 kmol/h 273.15 25 22.4混合气 SO2中量= 81.80×0.1 =8.18 kmol/h=8.18×64.06=542.01k g/h设混合气中惰性气体为空气,则混合气中空气量=81.8-8.18 =73.62kmol/h=73.62×29=2135kg/h (2).混合气进出塔的摩尔组成y 1 0.1y 28.18(1 0.97) 73.62 8.18(1 0.003320.97)( 3)混合气进出塔摩尔比组成进塔气相摩尔比为y 1 0.1 Y 10.111 y 11 0.1出塔气相摩尔比为Y Y(1) 0.11(10.97) 0.00332 1A( 4)出塔混合气量出塔混合气量 =73.62+8.18 × 0.03=73.7836kmol/h=2135+542.01×0.03=2151.26kg/h( 5)吸收剂(水)的用量 L该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算L ) min Y 1 Y 2 ( Y 1VX 2m对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为 X 2=0( L) min0.11 0.0033 39.54V 0.11/ 40.76 0 取操作液气比为 L 1.3( L)min V V L 1.3 39.54 51.40L 51.4 73.62 3784.07 kmol/h(6) 塔底吸收液组成 X 1V(Y 1 Y 2) L(X 1X 2)X73.62 (0.11 0.0033) 0.0020813784.07(7) 操作线方程依操作线方程 Y L(Y2L 3784.07X X 2 ) X 0.0033 V V 73.62Y 51.4X 0.00333.2 填料塔的工艺尺寸的计算3.2.1 塔径的计算采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速。
气相质量流量为w v=2000×1.3287=2657.4 kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即W L=3784.07 ×18.02=68188.94 kg/h其中:ρL =997.1 kg/m3ρV =1.3287kg/m3g = 9.81 m/s 2 = 1.27 ×108 m/h 2W V = 2657.4 kg/hW L = 68188.94 kg/hμL =0. Pa·s( 1)采用 Ecekert 通用关联图法计算泛点气速u F。
通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下:图一填料塔泛点和压降的通用关联图(引自《化工原理》)图中 u0——空塔气速, m /s;φ——湿填料因子,简称填料因子,1 /m;ψ——水的密度和液体的密度之比;2ρV 、ρL ——分别为气体和液体的密度, kg /m3;wV 、wL——分别为气体和液体的质量流量, kg /s。
此图适用于乱堆的颗粒形填料,如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等,其上还绘制了整砌拉西环和弦栅填料两种规整填料的泛点曲线。
对于其他填料,尚无可靠的填料因子数据。
Eckert 通用关联图的横坐标为wL ( V )0.5 68188.94 (1.3287 )0.5 0.937w V L 2657.4 997.1查图一查得纵坐标值为u F 2 ( V ) L 0.2 0.022g L表一散装填料泛点填料因子平均值填料类型填料因子, 1/mD D D D DN16 N25 N38 N50 N76金属鲍尔410 —117 160 —环金属环矩—170 150 135 120 鞍金属阶梯——160 140 —环塑料鲍尔550 280 184 140 92 环塑料阶梯—260 170 127 —环瓷矩鞍1100 550 200 226 —瓷拉西环1300 832 600 410 —(《化工原理课程设计》附录十一)查得:F170m 1u F 0.022g L 0.022 9.81 997.10.987m / s0.2170 1 1.3287 0.89370.2FV L(2)操作气速由以下公式计算塔径:(《化工原理课程设计》)D 4V S对于散装填料,其泛点率的经验值为 u/u F=0.5~0.85 u取 u=0. 7u F=0.7 ×0.987=0.691m/s (3)塔径4V S 4 2000 / 3600由 D 1.012mu 3.14 0.691圆整塔径,取 D=l.1m 。
( 4)泛点率校核:2000/ 36000.585m / su1.120.785u0.585100% 59.27%(在允许范围内)u F 0.987(5)填料规格校核:D 110028.948d38(6)液体喷淋密度校核:取最小润湿速率为(Lw) min=0.08 m3/m·h查填料手册得塑料阶梯环比表面积 a t=132.5m2/m3Umin= (Lw)min a t=0.08 ×132.5=10.6m3/ m2·h U 68188.94/ 997.2 71.99m3 / m2 h U min0.785 1.12经以上校核可知,填料塔直径选用D=1100mm 合理。
3.2.2填料层高度计算(1)传质单元数 N OGY1 mX1 40.76 0.00208 0.08478Y2 mX 2 0解吸因数为 :mV 40.76 73.62S0.793L3784.07气相总传质单元数为 :NOG1 ln[(1 S) Y1 Y2 S]1 SY 2 Y 21 ln[(1 0.793) 0.11 00.793] 9.85710.0033 0.793( 2)传质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算a0.75U0.1 U0.05U0.2CLL2a2w1 exp1.45tLa tat LL2gLatLL查表二 :常见材质的临界表面张力值材质 碳 瓷 玻璃 聚丙烯聚氯乙烯钢 石蜡 表面张 56617333407520力 , mN /m得C = 33 dyn/cm = 427680 kg/h 2液体质量通量为 :U L68188.94 71789.17 kg / (m 2 h)0.785 1.12气膜吸收系数由下式计算:a w0.750.171789.172 0.0571789.172 0.21 exp 1.45 42768071789.17 132.5a t 932731 132.5 3.2173997.12 1.27 108997.1 932731 132.50.6047气体质量通量为 :0.71U3a DVVk G0.237t VVDVRTa tV气体质量通量 :U V2000 1.3287 2797.70kg / (m 2h)0.785 1.120.70.0661 132.5 0.051k G0.237 2797.7030.0661.3287 0.0518.314 298132.50.0363kmol / (m 2hkPa)液膜吸收系数由下式计算 :2 11U L3L2Lg3k L 0.0095LDLa wLL21108 171789.173.21733.2173 1.27 30.009532132.5 3.2173997.1 6.206 10 6997.10.60471.320m / h 查表三 :常见填料塔的形状系数填料类型球形 棒形 拉西环弧鞍 开孔环Ψ值0.720.7511.191.45本设计填料类型为开孔环所以 Ψ=1.45 , 则1.1k G a k G a w0.0363 132.5 0.6047 1.451.14.3769kmol/ m 3hkPa0.4k L a k L a w 1.320 132.5 0.6047 1.450.4 122.71l / h又因u/u F =59.27 ﹪> 50﹪需要按下式进行校正,即u 1.4k G 'a1 9.5 0.5k G au Fu2.2k L 'a1 2.6 0.5k L au F 可得:k G 'a1 9.5 0.5927 0.51.45.85kmol / m 3 hkPa 4.3769 k L 'a 1 2.6 0.5927 0.52.2124.41l / h122.71则K G a 11 1 1.297kmol / m 3hkPa1 1 1k G' a Hk L' a 5.85 0.0134 124.41由V VHOGK Y a K G aP73.621.297 101.3 0.785 1.120.590m( 3)填料层高度的计算由 Z H OG N OG 0.59 9.857 5.82 m根据设计经验,填料层的设计高度一般为Z′= (1.2~1.5)Z (4-19)式中 Z′——设计时的填料高度,m;Z ——工艺计算得到的填料层高度,m。