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1、新乡学院课程设计说明书专业名称化学工程与工艺年 级 班 级2012级1班学生姓名徐俊学 号12021020136同 组 人 学 号指导教师姓名徐绍红、李红玲、闫超然1.课程设计目的化工原理课程设计是同学们根据学习的化工原理的相关知识并结合老师在课堂上所教授的内容进行进一步的学习和实践。培养自己工程设计能力和自主学习的能力。通过化工原理课程设计的实践，可以逐渐培养学生的编程能力，计算机制图的能力以及加深学生对这门课程的理解与认识。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。从这个意义上来说，掌握化工单元操作设计
2、的基本程序和方法，培养工程设计能力十分重要。进项课程设计实践也是大学必不可少的环节。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设计一座填料吸收塔，用于脱除废气中的SO2，废气的处理量为1000m3/h，其中进口含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94.9%。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。设计满足吸收要求的填料塔及附属设备；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） 设计要求设计时间为两周。设计
3、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目录、设计题目任务、气液平衡数据、qn,l/qn,v、液泛速度、塔径、KYa或KXa的算、HOL、NOL的计算、动力设备计算过程（包括管径确定）等（3） 设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）吸收塔的物料衡算； （3）吸收塔的工艺尺寸计算； （4）填料层压降的计算； （5）液体分布器简要设计； （6）绘制液体分布器施工图（7）吸收塔接管尺寸计算； （8）设计参数一览表；（9）绘制生产工艺流程图 （10）绘制吸收塔设计条件图（11）
4、对设计过程的评述和有关问题的讨论3. 课程设计方案3.1吸收剂的选择本题吸收剂要求用清水3.2吸收装置的流程本题要求逆流操作3.3吸收塔设备及填料的选择3.3.1吸收塔设备本题要求是填料塔3.3.2填料的选择塔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因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。在选择塔填料时应考虑如下几个问题：（1）比表面积要大 比表面积a是指单位体积的填料层所具有的表面积，大的比表面积和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。（2）空隙率大 空隙率是指单位体积的填料所具有的空隙体积，填料的空隙率大，气液通过的能力大，气体流动的阻力小，填料的空隙
5、率一般在0.45-0.95范围。（3）堆积密度小 堆积密度是指单位体积填料的质量，在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量减薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。（4）填料的几何形状 填料的几何形状对填料的流体力学和传质性能有着重要的影响。（5）填料的材质 工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类，不同的材质适应于不同的操作条件9。 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，故此选用聚丙烯阶梯环填料。2.4吸收剂再生方法的选择依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方案，工业上常用的吸收剂再生方
6、法主要有减压再生、加热再生及气提再生等。A. 减压再生（闪蒸） 吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得融入吸收剂中的溶质得以再生。该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需要在真空条件下进行，则过程可能不够经济B. 加热再生 加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于吸收温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高
7、，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸气作为加热介质，加热方法可依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热。3课程设计报告内容吸收塔的工艺计算3.1 基础物性数据 操作条件（1）操作压力 101.3Kpa（2）操作温度 30（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定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，30时水的有关物性数据如下：密度黏度表面张力为在水中的扩散系数为3.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为由kg/kmol kg/kmol得kg/kmol混合气体的密度为 混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，
8、查资料得30空气的黏度为查手册得SO2在空气中的扩散系数为3.1.3气液相平衡数据查表得常压下30在水中的亨利系数为相平衡常数为溶解度系数为3.2物料衡算全塔物料衡算图212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：惰性气体的流量，；L纯吸收剂的流量，；Y1，Y2进出吸收塔气体的摩尔比；X1，X2出塔及进塔液体中溶质物质量的比。注意：本课程设计中塔底截面一律以下标“l”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。进口气体的体积流量： 二氧化硫的摩尔分数为： 进塔气相摩尔比为：Y1=y1/1-y1=0.09/(1-0.09)=0.0989回收率： 出塔气相摩尔比 Y2= =0.00504
9、进塔惰性气体流量：=*p*(1-y1)/R/T=1000(1-0.09)101.3/8.314/303=36.593kmol/h 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, 取操作液气比进塔吸收剂的流量为L=V*63.61=36.593*63.61=2327.798kmol/h)清水质量流量：清水体积流量：因为公式无论是低浓度吸收还是高浓度吸收均适用，故在定态条件下利用此式进行全塔物料衡算该操作线方程： 代入数据得：Y=2327.798/36.593*X+0.00504 =63.613X+0.005043.3塔径计算聚乙烯塑性
10、阶梯环填料主要性能参数为：公称直径 38mm外径 高 厚 38 *19* 1.0 mm堆积密度 57.5kg/m3比表面积 空隙率 填料因子平均值 =175 mA=0.0942 K=1.753.3.1 塔径的计算空塔气速的确定通常由泛点气速来确定空塔操作气速。泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。采用Eckert关联式计算泛点气速：气相质量流量为：=*V=10001.293=1293kg/h液相质量流量为：吸收剂的密度近似看成30度水的密度：M水=18.0230度时空气的密度 【1】 【1】kg/kmol =32.15*101.
11、3/8.314/303=1.293选用型的塑料阶梯环填料 A=0.204 K=1.75 =0.204-1.75*（）=0.024代入数值得：本次设计选用塑料阶梯环填料。对于散装填料，泛点率的经验值为，泛点率的选择，对于加压操作，选择较高的泛点率，减压操作选择较低的泛点率，根据设计要求，此处选择0.7。因此塔径圆整塔径，取 D=0.7m 2. 泛点率校核：由于泛点附近流体力学性能的不稳定性，一般较难稳定操作，故一般要求散装填料的泛点率在50%-85%之间，而对于易起泡的物系可低于40%；（在允许范围内）填料规格校核 （在允许范围内）故所选所选填料规格适宜。以上式中：泛点气速，； -空塔气速 ；
12、液体密度，； 气体密度，； ，气液相质量流量，； g重力加速度，9.81； 液体黏度，； -填料因子，1/ m；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，对于直径大于75mm的散装填料，可取最小润湿速率（Lw）min=0.12m3/(mh)对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率（Lw）min=0.08m3/(mh) 最小喷淋密度 喷淋密度经以上校核可知，填料塔直径选用D=700mm合理。3. 纵坐标4 填料层高度的计算因为在吸收过程所涉及的组成范围内平衡关系为曲线，所以可以用解析法中的脱吸因数法计算传质单元数。3.4.1传质单元数的计算解吸因数为气相总传质单元数为3.4.2传质单元高度的计算SO2用水做吸收剂时，是中等溶解度气体，气膜阻力和液膜阻力在总阻力中有相当的比例。干填料比表面积为 ，实际操作中润湿的填料比表面积为，由于只有在润湿的填料表面才可能发生气、液传质，故 值具有实际意义。下面介绍计算的恩田（ONDA）公式，该公式为： 式中：单位体积填料层的润湿面积，； 填料的总比表面积，； 液体表面
