30℃时水吸收二氧化硫填料塔的设计说明

《化工原理》课程设计报告系别：专业班级：姓名：学号：指导教师：（课程设计时间：2011年6月10日——2011年6月24日）目录1．课程设计目的 (1)2．课程设计题目描述和要求 (1)3．课程设计报告容 (4)3.1基础物性数据 (4)3.1.1液相物性数据 (4)3.1.2气相物性数据 (5)3.1.3气液相平衡数据 (6)3.2物料衡算 (6)3.3塔径计算 (7)3.3.1塔径的计算 (8)3.3.2泛点率校核： (8)3.3.3填料规格校核： (9)3.3.4液体喷淋密度得校核： (9)3.4填料层高度的计算 (9)3.4.1传质单元数的计算 (9)3.4.2传质单元高度的计算 (10)3.4.3填料层高度的计算 (11)3.5填料塔附属高度的计算 (11)3.6液体分布器计算 (12)3.6.1液体分布器的选型 (12)3.6.2布液计算 (13)3.7其他附属塔件的选择 (13)3.7.1填料支承装置的选择 (13)3.7.2填料压紧装置 (16)3.7.3塔顶除雾器 (17)3.8吸收塔的流体力学参数计算 (17)3.8．1吸收塔的压力降 (17)3.8.2吸收塔的泛点率 (18)3.8.3气体动能因子 (18)3.9附属设备的计算与选择 (18)3.9.1离心泵的选择与计算 (18)3.9.2吸收塔主要接管尺寸选择与计算 (21)工艺设计计算结果汇总与主要符号说明 (24)4．总结 (26)参考文献 (27)1. 课程设计目的化工原理课程设计是学生学过相关基础课程及化工原理理论与实验后，进一步学习化工设计的基础知识，培养工程设计能力的重要教学环节。

通过该环节的实践，可使学生初步掌握单元操作设计的基本程序与方法，得到工程设计能力的基本锻炼。

化工原理课程设计是以实际训练为主的课程，学生应在过程中收集设计数据，在教师指导下完成一定的设备设计任务，以达到培养设计能力的目的。

单元过程及单元设备设计是整个过程和装备设计的核心和基础，并贯穿于设计过程的始终，从这个意义上说，作为相关专业的本科生能够熟练地掌握典型的单元过程及装备的设计过程和方法，无疑是十分重要的。

2．课程设计题目描述和要求2.1 设计题目描述(1) 设计题目二氧化硫填料吸收塔及周边动力设备与管线设计(2) 设计容根据所给的设计题目完成以下容：(1)设计方案确定；(2)相关衡算；(3)主要设备工艺计算；(4)主要设备结构设计与算核；(5)辅助（或周边）设备的计算或选择；(6)制图、编写设计说明书及其它。

(3) 原始资料，废气的处理量为1000m3/h，设计一座填料吸收塔，用于脱除废气中的SO2为9%（摩尔分率），采用清水进行逆流吸收。

要求塔吸收效率达其中进口含SO294.9%。

吸收塔操作条件：常压 101.3Kpa；恒温，气体与吸收剂温度：303K 清水取自1800米外的湖水。

示意图参见设计任务书。

⒈设计满足吸收要求的填料塔及附属设备；⒉选择合适的流体输送管路与动力设备（求出扬程、选定型号等），并核算离心泵安装高度。

2.2 设计要求设计时间为两周。

设计成果要求如下：1.完成设计所需数据的收集与整理2. 完成填料塔的各种计算3. 完成动力设备及管线的设计计算4. 完成填料塔的设备组装图5. 完成设计说明书或计算书（手书或电子版打印均可）目录、设计题目任务、气液平衡数据、L/G 、液泛速度、塔径、K Y a （或K X a 的计算、H OL 、N OL 的计算、动力设备计算过程（包括管径确定）等。

3．课程设计报告容吸收塔的工艺计算3.1 基础物性数据 3.1.1 液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据。

由手册查得，30℃时水的有关物性数据如下： 密度3/7.995m Kg =水ρ【1】 黏度s Pa ⋅⨯=-6105.801水μ【1】 表面力为0.07122N/m L σ=【1】SO2在水中的扩散系数为922.210/L D m s -=⨯【1】 3.1.2 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为29=空气M Kg/mol 【1】 64=二氧化硫M Kg/mol 【1】15.3209.06491.029111__=⨯+⨯=⨯+-⨯=y M y M M 二氧化硫空气）（kg/kmol混合气体的密度为 3__/293.1m Kg RTPM V =⋅=ρ 混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查资料【1】得30℃空气的黏度为=0.0000186pa s G μ⋅【1】查得SO2在空气中的扩散系数为 521.46910/G D m s -=⨯【1】3.1.3气液相平衡数据 查资料【5】：01698.0=H 平均溶解度系数C A -------------30度时二氧化硫在水中的平衡浓度，单位为kmol/m 3x ----------------------30度时二氧化硫在水中溶解平衡时的摩尔分数H---------------30度时二氧化硫在水中达到平衡时的溶解度系数，单位为kmol/kp a *m 3y----------------30度时气相中二氧化硫的摩尔分数*AP --------------30度时气相中二氧化硫的平衡分压，单位为 kpa由以上的y 和x ，以x 的值为横坐标，y 的值为纵坐标作平衡曲线，如图1.1：3.2物料衡算进口气体的体积流量G'=1000m 3/h 二氧化硫的摩尔分数为y 1=0.09进塔气相摩尔比为 Y 1=y 1/1-y 1=0.09/(1-0.09)=0.0989 效率 211/94.9%Y Y η=-=出塔气相摩尔比 Y 2= ()11Y η-=0.00504 进塔惰性气相流量 G=(G'/22.4)⨯(1-y 1)⨯273/303=(1000/22.4)⨯(1-0.09)⨯273/303=36.603kmol/h空气的体积流量 V G =G'⨯(1-y 1)=1000⨯0.91=910m 3/h 出口液体中溶质与溶剂的摩尔比 X 2=0由图 1.1平衡曲线可以读出y 1=0.09所对应的溶质在液相中的摩尔分数*1x=0.00252对应的液相中溶质与溶剂的摩尔比为00253.000252.0100252.01*1*1*1=-=-=x x X最小液气比 099.37)(2*121min =--=X X Y Y G L 【1】 取液气比649.55)(5.1min ==GLG L 【1】 故 L=G ⨯55.649=2036.920kmol/h 操作线方程：2Y X GLY += 【1】 代入数据得：00504.0649.55+=X Y3.3塔径计算该流程的操作压力及温度适中，避免二氧化硫腐蚀，故此选用mm 25=φ型的塑料鲍尔环填料。

其主要性能参数为：比表面积 32/209m m a t =【4】 空隙率 33/90.0m m =ε【4】 形状修正系数 ψ=1.45【4】填料因子平均值 p φ=232 m 1-【4】A=0.0942 【4】 K=1.75【4】3.3.1 塔径的计算吸收液的密度近似看成30度水的密度：3/7.995m Kg L ==水ρρ30度时空气的密度3/165.1m Kg =空气ρ 【1】 3/927.2m Kg =二氧化硫ρ【1】3__/293.1m Kg RTPM V =⋅=ρ kmol Kg M /18=水 采用Eckert 关联式计算泛点气速： 气相质量流量为：,273/303V W G G G ρρ=⨯+-⨯⨯空气二氧化硫（）910 1.16590 2.927273/3031297.5/Kg h =⨯+⨯⨯= 液相质量流量为：h Kg M L W L /56.366641892.2036=⨯=⋅=水选用mm 25=φ型的塑料鲍尔环 A=0.0942 【4】 K=1.75【4】32/209m m a t = 33/90.0m m =ε8/14/12.032)()(]))(([LV V L L L V t F g W W K A a g u l ρρμρρε-=【4】 代入数值得：s m u F /77.0= 取空塔气速：s m u u F /462.06.0,== 塔径m u G D 875.04,,==π【1】圆整塔径，取 D=0.9m则算得'221000/36000.437/0.7850.7850.9G u m s D ===⨯ 3.3.2泛点率校核：'221000/36000.437/0.7850.7850.9G u m s D ===⨯ 0.437100%56.75%(50%~85%)0.77F u u =⨯=为经验值，所以在允许范围之内 3.3.3填料规格校核：0.93615()d 0.025D ==>合格 【4】 3.3.4液体喷淋密度校核：填料表面的润湿状况是传质的基础，为保持良好的传质性能，每种填料应维持一定的液体润湿速率（或喷淋密度）。

依Morris 等推荐，d<75mm 的环形及其它填料的最小润湿速率（WL ）min 为()320.08m /m h ⋅最小喷淋密度()()32min min 0.0820916.72/W t U L a m m h =⨯=⨯=⋅喷淋密度32min 236.82357.91/()0.94V L U m m h U π===⋅>Ω⨯ 经以上校核可知，填料塔直径选用D=900mm 合理。

3.4 填料层高度的计算 3.4.1 传质单元数的计算由图1.1曲线可以读出以下9个点所对应的y 和x ：由辛普森积分法有：000277.08000241.0002456.08*0*8=-=-=X X ξ 96.3254.428680000923.0)..........424(332180=⨯=+++++=f f f f f N OL ξm*x -----------------与y 对应的平衡液相中的溶质的摩尔分数*X -----------------与Y 对应的平衡液相中的溶质与溶剂的摩尔比OL N -----------------传质单元数，单位 m3.4.2传质单元高度的计算查资料【5】有：sPa s m D s m D mN m N G L G L C ⋅⨯=⨯=⨯=⨯=⨯=-----52925231086.1/102.2,,/10469.1/10122.7,,/1033μσσ气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：,2,,20.750.10.050.221exp[ 1.45()()()()]W C L t L L t L t L L L L t a W a W W a a g a σσμρρσ-=--液体质量通量,2236664.5657662.28/()0.94L L W W Kg m h π===•Ω气体质量通量,221297.52040.58/()0.94V G W W Kg m h π===•Ω23208.96/W a m m =代入数值得：气膜吸收系数：,,0.71/320.237()()()0.23732.715.220.000001220.0001439/()G G t G Gt G G G W a Dk a D RT kmol m s pa μμρ==⨯⨯⨯=⋅⋅液膜吸收系数：,,2/30.51/30.0095()()()0.009520.910.000870.3050.0000527/L L L LW L L L LW g k a D m sμμμρρ-==⨯⨯⨯=,, 1.11,,0.411.4,12.2,10.04530.01280.5[19.5(0.5)]0.0552[1 2.6(0.5)]0.0129G G W L L W FG G F L L Fk a k a s k a k a s u u u k a k a s u u k a k a s u ψψ----====>=+-==+-=故继续修正：110.0128411.25L G l LOL L K a s H k a k aV H m K a -==+==Ω3.4.3填料层高度的计算由 1.25 3.96 4.95OL OL Z H N m =⨯=⨯=填料有效高度取： Z ’=1.3Z=6.435m设计取填料层高度为 ' 6.435m Z =3.5 填料塔附属高度的计算塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高度，塔的底部空间高度等。