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1、化工原理课程设计报告设计任务书（一）设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的 SO2,混合 气体的处理为2500m3/h，其中SO2 （体积分数）8%。要求塔 板排放气体中含SQ低于0.4 %，采用清水进行吸收。（二）操作条件常压，20C（三）填料类型选用塑料鲍尔环、陶瓷拉西环填料规格自选（四）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、吸收塔接管尺寸的计算5、绘制吸收塔的结构图6、对设计过程的评述和有关问题的讨论7、参考文献8 附表目录一、概述4二、计算过程-41. 操作条件的确定-41.1吸收剂的选择 .41.2装置流程的确定 .41.3填料的类型
2、与选择 41.4操作温度与压力的确定 -42. 有关的工艺计算52.1基础物性数据52.2物料衡算 62.3填料塔的工艺尺寸的计算 62.4填料层降压计算 112.5吸收塔接管尺寸的计算 .122.6附属设备.12三、评价 .1314四、参考文献.13五、附表概述填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用 耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量小，有腐蚀性的物 料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料 顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入， 流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气 液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液
3、 传质设备。二、设计方案的确定（一）操作条件的确定1. 1吸收剂的选择因为用水作吸收剂，同时SO2不作为产品，故采用纯溶剂。1. 2装置流程的确定用水吸收SO2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传 质效率，选择用逆流吸收流程。1. 3填料的类型与选择用不吸收SO2的过程，操作温度低，但操作压力高，因 为工业上通常选用塑料散堆填料，在塑料散堆填料中，塑 料鲍尔环填料的综合性能较好。鲍尔环填料是对拉西环的改进，鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内 表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相 比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。1. 4操作温度与压力的确定2
4、0C，常压(二)填料吸收塔的工艺尺寸的计算2.1基础物性数据 液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据 查得，293K时水的有关物性数据如下：密度 p =998.2kg/m 粘度卩 l=0.001 Pa s=3.6kg/(m h)表面张力 6 L=72.6dyn/cm=940896kg/h 3SO2在水中的扩散系数为 DL=1.47 x 10-5m/s=5.29 x 10-6ni/h 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为MJm=E yiMI=0.08 x 44+ 0.92 x 29=31.8PMvm 1013 31.8-3混合气体的平均密度p vm=1.322kg m
5、RT 8.314 293混合气体粘度近似取空气粘度，手册20 C空气粘度为p, v=1.81 x 10-5Pa s=0.065kg/(m ?h)查手册得SO2在空气中的扩散系数为2 2Dv=0.108cm/s=0.039m /h由手册查得20C时SO在水中的亨利系数E=3550kPa相平衡常数为m355035.04P 101.3溶解度系数为 H= -P 0.0156kmlo kPa.m3E.Ms2.2物料衡算进塔气相摩尔比为y1= 0.08出塔气相摩尔比为y2=0.004进塔惰性气相流量为V二空0 273（1 0.08） 95.67kmol/h22.4 293该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为
6、直线，最小液气比按下式计算，即（*）仏y?y1 / m x2对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为 X2=0y1 y20.080.004y-i / m x20.08/35.040取操作液气比为 L/V=1.4L/V=1.4 X 33.29=46.61L=46.61X 95.67=4459.18kmol/hX1 =95.67(0.080.004)4459.181.63102.3填料塔的工艺尺寸计算塔径计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相质量流量为W=2500X 1.322=3305kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算即 WL=4459.18 X 18.02=80354.42kg/hEc
7、kert通用关联图横坐标为 黑（巴）0.5W Pl80354.423305(1.322 )0.5(998.2)0.885查埃克特通用关联图得 土旦？亠？ 0.20.025g l查表（散装填料泛点填料因子平均值）得 f 140 mUf0.025g l.f v 0.20.226 9.81 998.2140 1 1.322 10.21.149m/s由D4 2500/36003.14 0.8046取 u=0.7uf=0.7 X 1.149=0.8046m/s1.048m圆整塔径，取D=1.1m泛点率校核u= 0.7311m/suUf0.7311 100 % =63.63 % (在允许范围内)1.149
8、填料规格校核：D 110044 10d25液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为3(Lv) min =0.08m/m h查塑料（聚乙烯）鲍尔环（* ）特性数据表得：23型号为DN50的鲍尔环的比表面积at=92.7 m /mU32min=(Lv)minat=0.08 X 92.7=7.416m /m hu=80354.42/9982 一“ ,284.77 U min0.785 11经校核可知，塔径 D=1100m合理填料层高度计算y1 =mx=35.04 x 0.00163=0.0571Y 2=mX=0脱因系数为 S=mV 35.04 95.67 0.752L 4459.18气相总传质单元数1No
9、g-ln 11 SS Y1 y2 S y2 y210.08 0一In(10.752)30.7521 0.7521.63 10 3 0= 10.319气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算0.11 exp 1.450.75cUlU2atL Lat0.050.2U2L查常见材质的临界表面张力值表得2c=33dy n/cm=427680kg/h液体质量通量为UL80354.420785 11284600.461kg/(m2 ?h)84600462 92.72 899821.27 100.0520.2846004619982 940896 9270.750.1d d “ 4276808460046
10、11 exp 1.45 940896927 3.6=0.6467吸收系数由下式计算0.71/3Kg 0.237Uvat vvvDvat DvRT2500 132220.785 112Kg 0.2370.73479.31/30.06592.7 0.03992.70.0651.322 0.0398.314 293=0.237X 85.71 x 1.08 x 0.0015=0.0325kmol/(m 3 h kPa)吸收系数由下式计算2/31/21/3Kl 0.0095UlLLgaW LLDLL质量通量为Uv3479.5kg/ m2 ?h1/32/31/288460Q463.63.6 1.27 10
11、Kl 0.009560.6467 92.7 3.6998.2 5.29 10998.2=3.236m/hkg a KGaw 11查常见填料的形状系数表得1.45Kg a KG aW0.0325 0.6467 92.7 1.451.12.932kmol /(m3?h?kPa)KLaKLaW 0.4 3.236 0.6467 92.7 1.450.4 225.08/hu/u f=63.63 % 50%1.4Kg a 1 9.5 0.5 Qa Uf2.2Kl a 1 2.6 0.5KLaUf14Q得 Kg a 1 9.5 0.6363 0.5 . 2932 4.642mo/m ?亠？0.2值。通过作
12、图得出交点，读出过交点的等压 gL 线数值，即得出每米填料层压降值。用埃克特通用关联图计 算压降时，所需填料因子与液体喷淋点密度有关，为了工程 ?h?kPa得Ca2 2KGaKg HKLa14.6420.0156 232.382.036kmol/ m3?h?kPaHOg=KYa KGaP95.6722.036 101.3 0.785 1.10.488 m1 2.6 0.6363 0.5 .22508 23238/ hZ=HOJNdG=0.488 X 10.319=5.03m得 Z =1.3 X 5.03=6.539取填料层高度为Z =6.6m查塑料鲍尔环高度推荐值表对于阶梯环填料D 510,
13、hmax6m取 h/D=8 则 h=8X 1100=8800mm计算得填料层高度为66000mm故不需分段2.4填料层压降计算散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算计算时，先根据气液负荷及有关物性数据，求出横坐标0。5 W值。 Wv l再根据操作空塔气速U用有关物性数据,求出纵坐标计算的方便，常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平 均值 埃克特通用关联图横坐标为WlWv0。5V =0.885L查散装填料压降填料因子平均值表得P 125 m查通用关联图得： P/Z=190.45Pa/m填料层压降为 P=190.45X 6.6=1256.97Pa查此图时，一定要看好，最好用两个直角板找到横坐标和纵 坐标的交点，在估计出合理的等压线数值。2.5吸收塔接管尺寸计算一般管道为圆形，d为内径，水流速为0.5 3m/s常压下气体流速1030m/s贝S气体进口直径 diJ4 2500 172mm u 3.14 3600 30气体出口直径d2=d1=172mm4 80354.42/998.2 239mm 3.14 3600 0.5喷液出口直径d 4=d3=240mm排液口直径 d5=d/2=120mm2.6附属设备(1)本设计任务液相负荷不大，可选
