化工原理课程设计

填料吸收塔课程设计说明书专 业 化 学 制 药班 级 制药111姓 名 石亮亮班 级 学 号 1132104123指 导 老 师 刘 郁日 期 2013-04-10成 绩化工单元操作课程设计任务书Xuzhou College of Industrial Technology班级：制药111 姓名：石亮亮学号：:1132104123 常压下，在填料吸收塔中用清水吸收炉气中的二氧化硫一、设计条件1.操作方式：连续操作；2.生产能力：处理炉气量：2500+学号3/m h；3.操作温度：25℃；4.操作压力：常压101.3kPa；5.进塔混合气含量；二氧化硫的体积分数为（5.0+学号×0.01）％；其余为空气；6.进塔吸收剂：清水；7.二氧化硫回收率：95％；二、设计要求1.流程布置与说明；2.工艺过程计算；3.填料的选择；4.填料塔工艺尺寸的确定；5.输送机械功率的选型；三、设计成果1.设计任务书一份（A4打印）；2.设计图纸：填料工艺条件图（CAD：A3幅面）四、设计时间(化学制药111班)2013年3月25日-------2013年4月5日化学制药教研室2013年3月目录摘要： (4)第一章前言 (4)1.1填料塔简介： (4)1.2吸收技术概况： (5)1.3吸收设备的发展 (5)1.4吸收在工业生产中的应用 (5)第二章设计方案的确定 (6)2.1流程方案 (6)2.4吸收剂的选择 (6)2.5填料的类型与选择 (6)第三章吸收工艺流程的确定 (7)3.1任务及操作条件 (7)3.2工艺流程的确定 (7)第四章吸收塔的工艺计算 (8)4.1基础物性数据 (8)4.1.1液相物性数据 (8)4.1.2气象物性数据 (9)4.1.3气液两相平衡时的数据 (9)4.2物料衡算 (9)4.2.1 进塔混合气中各组分的量 (10)4.2.2.混合气进出塔的摩尔组成 (10)4.2.3混合气进出塔摩尔比组成 (10)4.2.4出塔混合气量 (11)4.2.5.吸收剂的用量 (11)4.2.6 塔底吸收液组成X1 (11)4.2.7 操作线方程 (12)4.3 填料塔的工艺尺寸的计算 (12)4.3.1 塔径的计算 (12)4.3.2 操作气速 (14)4.3.3 塔径 (15)4.3.4 泛点率校核： (15)4.3.5 液体喷淋密度校核： (15)4.4填料高度的计算 (15)4.4.1 传质单元数N OG (15)4.4.2传质单元高度的计算 (16)4.4.3填料层高度的计算 (18)4.4.4 填料层压降计算 (19)4.5辅助设备的计算及选型 (20)4.5.1.除雾沫器 (20)4.5.2.液体分布器简要设计 (20)4.5.3布液计算 (21)4.6.填料支承装置 (22)4.7.填料限定装置 (24)4.7.1塔附属高的确定 (24)4.7.2 人孔 (24)设计结果汇总 (25)主要符号说明 (27)设计过程的评述及有关问题的讨论 (29)参考文献 (30)课程设计总结： (31)附主题设备条件图 (31)摘要：气体吸收过程是利用混合气体中，根据各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，使其在各个组分加以分离，其目的是：1.回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取有利有价值的产品；2.除去混合气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理；或除去工业放空尾气中的有害物质，以免污染大气。

运用填料塔吸收有害气体是减少大气污染的有效方法之一实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。

气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异而进行的。

根据不同性质上的差异，可以开发出不同的分离方法。

吸收操作仅为其中之一，它利用混合物中各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。

一般来说，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，越来越受到青睐而且与板式塔相比，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，有很大的利用。

关键字：课程设计SO2吸收填料塔第一章前言1.1填料塔简介：填料塔是塔设备的一种。

塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。

例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。

气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。

结构较简单，检修较方便。

广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。

为了强化生产，提高气流速度，使在乳化状态下操作时，称乳化填料塔或乳化塔1.2吸收技术概况：在化学工业中，经常需将气体混合物中的个各组分加以分离。

气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。

混合气体中某一组分能否进入液相，既取决于气相中该组分的分压也取决于溶液里该组分的平衡蒸气压。

如果混合气体中该气体的分压大于溶液中该组分的平衡蒸气压，这个组分便可自气相转移到液相，即被吸收。

转移的结果，溶液里这个组分的浓度便升高，它的平衡蒸汽压也随着升高，到最后，可以升高到等于它的气相中的分压，传质过程于是停止，这时称为气液两相达到平衡。

根据两相的平衡关系可以判断传质过程的方向与极限。

另外，传质速率与推动力成正比，与阻力成反比，两相的浓度距离平衡浓度越大，则传质的推动力越大，传质速率与越大。

吸收技术是从气液两相的平衡关系与传质速率关系着手，利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同的基本原理，最终实现各组分分离的目的。

1.3 吸收设备的发展吸收设备有多种类型，如填料塔、板式塔、喷洒塔和鼓泡塔等。

最常用的有填料塔与板式塔。

填料塔中装有诸如瓷环之类的填料；气液接触在填料中进行。

板式塔中装有筛孔塔板，气液亮相在塔板上鼓泡进行接触。

工业模型的填料塔始于1881 年的蒸馏操作中，1904 年采用于炼油工业，当时的填料是碎砖瓦、小石块和管子缩节等。

20世纪初填料塔进入了一个新的发展阶段。

1.4 吸收在工业生产中的应用（1）原料气的净化为除去原料气中所有的杂质，吸收可说是最常用的方法。

（2）有用组分的回收如从焦炉煤气中用水回收氨，再用洗油回收粗苯蒸气（包括苯、甲苯、二甲苯等），以及从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。

（3）默写产品的制取将气体中需要的成分以指定的溶剂吸收出来，成为溶液态的成品或半成品。

如制酸工业中含HCL、NO X(氮氧化物)或SO3的气体制取盐酸、硝酸或硫酸；甲醇（乙醇）蒸气经氧化后，用水吸收以制成甲醛（乙醛）半成品等。

（4）废弃的治理很多工业废气中含有SO2、NO X（主要是NO 及NO2）、汞蒸气等有害成分，虽然浓度一般甚低，但对人体和环境仍危害甚大而必须进行治理。

选择适当的工艺和溶剂进行吸收，使废气治理中应用较广的方法。

当然，以上目的有时也难以截然分开，如干燥废气中的有机溶剂，能回收下来就很有价值，任其排放则会污染大气。

第二章设计方案的确定2.1 流程方案指完成设计任务书所达的任务采用怎样的工艺路线，包括需要哪些装置设备，物料在个设备间的走向，哪些地方需要有观测仪表、调节装置，有哪些取样点以及是否需要有备用支线等。

2.2 设备方案根据设备要求，确定选用什么形式的设备。

若选用填料塔，塔内填料的型式、尺寸和材质如何选定。

方案的确定需要加以论证，在技术上可行的基础上考虑经济性。

2.3 流程布置吸收装置的流程布置是指气体和液体进出吸收塔的流向安排。

主要有逆流操作、并流操作、吸收剂部分再循环操作、单塔或多塔串联操作，根据生产任务、工艺特点，结合各种流程的优缺点，逆流操作时传质平均推动力大，分离程度高，吸收剂利用率高，所以此次设计采用常规逆流操作的流程。

2.4 吸收剂的选择吸收剂性能的优劣是决定吸收操作效果的关键之一，选择应考虑以下几方面：(1)溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量；(2)选择性要好，对溶质组分有良好的溶解能力，对其他组分不吸收或甚微。

(3)挥发度要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失；(4)吸收剂在操作温度下粘度要低，且不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气液接触状况；(5)对设备腐蚀性小或基本无腐蚀性，尽可能无毒。

(6)价廉、易得、化学稳定性好，便于再生，不易燃烧等。

一般来说，任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用是要针对具体情况和主要因素既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性。

2.5填料的类型与选择填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要元素，因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。

散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。

散装填料根据结构特点的不同，又可分为环形填料，鞍形填料，环鞍形填料及球形填料等。

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。

第三章吸收工艺流程的确定3.1任务及操作条件1.操作方式：连续操作；2.生产能力：处理炉气量：2500+学号3/m h；3.操作温度：25℃；4.操作压力：常压101.3kPa；5.进塔混合气含量；二氧化硫的体积分数为（5.0+学号×0.01）％；其余为空气；6.进塔吸收剂：清水；7.二氧化硫回收率：95％；3. 2工艺流程的确定采用常规逆流操作流程，流程图如图二所示：第四章吸收塔的工艺计算4.1基础物性数据4.1.1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: 31.997m kg L =ρ粘度: ()h m kg a P L ∙=⋅=2173.30008973.0μ： 表面张力：293273197.71h kg cm dyn L ==σ SO 2在水中的扩散系数为：h m s m D L 262910206.610724.1--⨯=⨯=4.1.2气象物性数据 混合气体的平均摩尔质量为mol g M y M i i vm 884.30299477.006.640523.0=⨯+⨯==∑ 混合气体的平均密度为 ()32624.115.298314.8/884.30325.101m kg RT PM Vm =⨯⨯==ρ 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的25℃空气的粘度为 ()h m kg s Pa V ∙=∙⨯=-066.01083.15μ25℃时SO 2在水中的扩散系数：h m s m D V 225051.010422.1=⨯=-4.1.3气液两相平衡时的数据常压下25℃SO 2在水中的亨利系数为kPa E 31013.4⨯= 相平衡常数为76.403.10131013.4=⨯==P E m 溶解度系数为330134.002.181013.42.997kPam kmol EM H =⨯⨯==ρ4.2物料衡算全塔全塔物料衡算图所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下: V R --------惰性气体的流量，kmol/h ；L S ---------纯吸收剂的流量，Kmol/h ；Y 1,Y 2-----进出吸收塔气体的摩尔比X 1,X 2-----出塔及进塔液体中溶质物质的量的比。