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1、化工原理化工原理 课程设计报告课程设计报告 题目：题目：处理量为处理量为 1000m1000m3 3/h/h 清水吸收二氧化硫填料吸收塔设计清水吸收二氧化硫填料吸收塔设计 系系 别：别： 环境科学与工程学院环境科学与工程学院 专业班级：专业班级： 环境工程环境工程 11（2）班）班 姓姓 名：名： 陈陈 新新 林林 学学 号：号： 3111007481 指导教师：指导教师： 郑郑 育育 英英 （课程设计时间：2013 年 12 月 30 日2014 年 1 月 5 日） 广东工业大学广东工业大学 化工原理课程设计化工原理课程设计 2 目目 录录 1课程设计目的 1 2课程设计题目描述和要求 1
2、 3课程设计报告内容 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 其他附属塔内件的选择13 3.7.1 填料
3、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 3.81 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22 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 化工原理课程设计化工原理课程设计 3 1.1. 课程设计目的课程设计目的 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
4、 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 2课程设计题目描述和要求课程设计题目描述和要求 2.1 设计题目描述设计题目描述 (1) 设计题目设计题目 二氧化硫填料吸收塔及周边动力设备与管线设计 (2) 设计内容设计内容 根据
5、所给的设计题目完成以下内容： (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) 原始资料原始资料 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 2%（摩尔分率） ，采用清水进行逆流吸收。要求 化工原理课程设计化工原理课程设计 4 塔吸收效率达 98%。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。 设计满足吸收要求的填料塔及附
6、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。 2.2 设计要求设计要求 设计时间为一周。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、KYa（或 KXa 的计算、HOL、NOL的计算、动力设备计算过程（包括管径确定）等。 3 3课程设计报告内容课程设计报告内容 吸收塔的工艺计算吸收塔的工艺计算 3.13.1 基础物性数据基础物性数据 3.1
7、.1 液相物性数据液相物性数据 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，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：时水的有关物性数据如下： 密度密度【1】 3 /7 .995mKg 水 化工原理课程设计化工原理课程设计 5 黏度黏度【1】sPa 6 10 5 . 801 水 表面张力为【1】0.07122N/m L SO2 在水中的扩散系数为【1】 92 2.2 10/ L Dms 3.1.2 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 Kg/mol【1】 Kg/mol【1】29 空气 M64 二氧化硫 M kg/km
8、ol15.3209. 06491 . 0 291 11 _ yMyMM 二氧化硫空气 ）（ 混合气体的密度为 3 _ /293. 1mKg RT PM V 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 【1】=0.0000186pa s G 查得 SO2 在空气中的扩散系数为 【1】 52 1.469 10/ G Dms 3.1.3 气液相平衡数据 查资料【5】： OKgH KgSO 2 2 100 CA (kmol/m3) 3 10 x H (kmol/kpa* m3) y (kpa) * A P 5.010.74213.900.01230.42242.75 2.50
9、0.3796.980.01320.21221.48 1.500.2304.200.01380.12112.26 1.000.1542.800.01460.07767.86 0.700.1081.960.01560.05135.20 0.500.0771.400.01600.03423.46 0.300.0470.840.01790.01861.88 化工原理课程设计化工原理课程设计 6 0.200.0310.560.01970.01121.13 0.150.0230.420.02130.0111.08 0.100.0160.280.02540.0060.63 01698 . 0 H平均溶解度系
10、数 CA-30 度时二氧化硫在水中的平衡浓度，单位为 kmol/m3 -30 度时二氧化硫在水中溶解平衡时的摩尔分数x 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/kpa*m3 y-30 度时气相中二氧化硫的摩尔分数 -30 度时气相中二氧化硫的平衡分压，单位为 kpa * A P 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： 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 051015 x/1000 y 系列1 化工原理课程设计化工原理课程设计 7 3.23.2 物料衡算物料衡算 进口气体的体积流量 G=1000
11、m3/h 二氧化硫的摩尔分数为 y1=0.09 进塔气相摩尔比为 Y1=y1/1-y1=0.09/(1-0.09)=0.0989 效率 21 1/94.9%YY 出塔气相摩尔比 Y2= =0.00504 1 1Y 进塔惰性气相流量 G=(G/22.4) (1-y1) 273/303=(1000/22.4) (1-0.09) 273/303=36.603kmol/h 空气的体积流量 VG=G (1-y1)=1000 0.91=910m3/h 出口液体中溶质与溶剂的摩尔比 X2=0 由图 1.1 平衡曲线可以读出 y1=0.09 所对应的溶质在液相中的摩尔分数 * 1 x =0.00252 对应的
12、液相中溶质与溶剂的摩尔比为 00253 . 0 00252 . 0 1 00252 . 0 1 * 1 * 1 * 1 x x X 最小液气比 【1】099.37)( 2 * 1 21 min XX YY G L 取液气比 【1】649.55)(5 . 1 min G L G L 故 L=G 55.649=2036.920kmol/h 操作线方程： 【1】 代入数据得： 2 YX G L Y00504 . 0 649.55XY 3.33.3 塔径计算塔径计算 该流程的操作压力及温度适中，避免二氧化硫腐蚀，故此选用型的塑mm25 料鲍尔环填料。 其主要性能参数为： 比表面积 【4】 32 /20
13、9mmat 空隙率 【4】 33 /90. 0mm 形状修正系数 =1.45【4】 填料因子平均值 =232 m【4】 p 1 A=0.0942 【4】 K=1.75【4】 化工原理课程设计化工原理课程设计 8 3.3.1 塔径的计算塔径的计算 吸收液的密度近似看成 30 度水的密度： 3 / 7 . 995mKg L 水 30 度时空气的密度 【1】 【1】 3 /165 . 1 mKg 空气 3 /927 . 2 mKg 二氧化硫 3 _ /293 . 1 mKg RT PM V kmolKgM/18 水 采用 Eckert 关联式计算泛点气速： 气相质量流量为： , 273/303 V
14、WGGG 空气二氧化硫 （） 910 1.16590 2.927 273/3031297.5/Kg h 液相质量流量为： hKgMLWL/56.366641892.2036 水 选用型的塑料鲍尔环 A=0.0942 【4】 K=1.75【4】mm25 32 /209mmat 33 /90 . 0 mm 【4】 8/14/12 . 0 3 2 )()()( L V V L L L VtF g W W KA a g u l 代入数值得：smuF/77. 0 取空塔气速：smuu F /462 . 0 6 . 0 , 塔径【1】m u G D875 . 0 4 , , 圆整塔径，取 D=0.9m 则
15、算得 22 1000/3600 0.437/ 0.7850.785 0.9 G um s D 3.3.2 泛点率校核： 22 1000/3600 0.437/ 0.7850.785 0.9 G um s D 化工原理课程设计化工原理课程设计 9 0.437 100%56.75%(50% 85%) 0.77 F u u 为经验值，所以在允许范围之内 3.3.3 填料规格校核： 【4】 0.9 3615() d0.025 D 合格 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
16、75mm 的环形及其它填料的最小润湿速率（）min 为 W L 32 0.08m / mh 最小喷淋密度 32 min min 0.08 20916.72/ Wt ULammh 喷淋密度 32 min 2 36.823 57.91/() 0.9 4 V L UmmhU 经以上校核可知，填料塔直径选用 D=900mm 合理。 3.43.4 填料层高度的计算填料层高度的计算 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： 点数序号yY * xX*X XX f * 1 89%0.098900.002450.0024560.0016871300.393 78%0.086960.002220.0022200.0014721336.898 67%0.075270.001970.0019700.0012621412.429 56%0.063830.001720.0017230.0010561499.250 45%0.052630.001460.0014620.0008891745.201 34%0.041670.001230.0012320.000
