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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SO2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填料的类型与选择41.4
2、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13四、参考文献13五、 附表14一、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 传质设备。二、设计方案的确
3、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20C，常压(二)填料吸收
4、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 u L=0.001Pa s=3.6kg/(m h)表面张力 6 L=72.6dyn/cm=940896kg/h3SO2在水中的扩散系数为 Dl =1.47X10-5m2/s=5.29X10-6m2/h 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mvm=Sy,M,=0.08X44+0.92X29=31.8、口 人PMvm 10L3x31.8 ,混合气体的平均密度Pvm= 节 =8.314x293=L322kg卧3混合气体粘度
5、近似取空气粘度，手册20C空气粘度为U v=1.81 X 10-5Pa s=0.065kg/(mh)查手册得SO2在空气中的扩散系数为Dv=0.108cm2/s=0.039m2/h由手册查得20C时SO2在水中的亨利系数E=3550kPa相平衡常数为m= E = 3550 = 35.04 P 101.3溶解度系数为 H= 0.0156kmlo kPa.m3E.Ms2.2物料衡算进塔气相摩尔比为0.08出塔气相摩尔比为y0.004进塔惰性气相流量为V=芝00 x竺(1 0.08) = 95.67kmol / h 22.4 293该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即(L
6、)=七一*V min y / m x对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X=02(L) y y 0.08 0.004 ( )=12 = 33.29V min y /m 一 x 0.08/35.04 一 0取操作液气比为 L/V=1.4L/V=1.4X33.29=46.61L=46.61X95.67=4459.18kmol/hW(y1-y2)=L(X1-X2).x =97x(.8-.4) =163、炒 14459.182.3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=2500X1.322=3305kg/hV液相质量流量可近似按纯水的流量计算即 W =4459.
7、18 X 18.02=80354.42kg/h LEckert 通用关联图横坐标为K&).5 = 80354.42土竺)。.5 = 0.885W PL3305998.2查埃克特通用关联图得 E . 土 日0.2 = 0.025 g l查表（散装填料泛点填料因子平均值）得4 = 140m-110.025 gPL = ，巾甲P旦0.2F=1.149 m / s,0.226 x 9.81 x 998.2Y 140 x 1x 1.322 x 10.2取 u=0.7u =0.7X1.149=0.8046m/sF由 D = ;4V； = :4 x 2500/3600 = 1.048m兀u 弋 3.14x
8、0.8046圆整塔径，取D=1.1m泛点率校核 u= 2500/3600 =0.7311m/s0.785 x 112=0.7311 x 100 %=63.63% （在允许范围内）UF L149填料规格校核：D =些=44 10 d 25液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为(L.=0.08m3/mh查塑料（聚乙烯）鲍尔环（*）特性数据表得:型号为DN50的鲍尔环的比表面积气=92.7 m2/m3Um.(Lm侦at=0.08X92.7=7.416m3/m2 hU= 803弭42性=8477 u 0.785 x 1.12 min经校核可知，塔径D=1100mm合理填料层高度计算y * =mxi=35.
9、04X0.00163=0.0571Y * =mX2=0脱因系数为S=吐=35.4 x 95.67 = 0*2L 4459.18气相总传质单元数1 |N ；lnOG 1 - SG - s)yi+s七-匕=ln (1 - 0.752)1 - 0.7520.08 - 0x+ 0.7521.63 x 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a-w =1-exp-1.45at、0.75，rrU 2 aL-t-vP b a ,ll/A-0.05 U 2 Y2 p b a L L t /查常见材质的临界表面张力值表得b =33dyn/cm=427680kg/h2c液体质量通量
10、为80354.42U =l 0.785 x 1.12=84600.46Mg/(m2 h)awat/=1-expj1.45v42768Q。75940896,(84600461)0.* 84600462 x92.7 V 92.7x3.6 ) V99&22 x1.27x10s84600.46120.2)V 9982x940896k 92.7 )=0.6467吸收系数由下式计算K = 0.237 x- 丫T dv、gI a ) p D ) RT )V t VV V y质量通量为 u = 2500 x L322 = 3479.5kg/(n2 Dv0.785 x 1.12=0.237 x3479.3、92
11、.7 x 0.065、0.7,)0.065V/3 ( 92.7 x 0.039 )1.322 x 0.039) 8.314 x 293)=0.237X85.71X1.08X0.0015 =0.0325kmol/(m3h kPa)吸收系数由下式计算K = 0.0095 12/3 - T1/2 LLl a ) p D ) p )Y W LL LL 7K = 0.009584600.462/3 3.6)T/2 3.6 x1.27 x108l(0.6467x 92.7 x 3.6)(998.2 x 5.29x10-6)998.2、1/3)=3.236m/hKGa = KGaw中1.1查常见填料的形状系
12、数表得(P = 1.45=0.0325 x 0.6467 x 92.7 x 1.451.1 = 2.932kmol /(m3 h kPa)K a = Kaw9 0.4 = 3.236 x0.6467 x92.7x 1.450.4 = 225.08/hu/u =63.63%50% F，Kg a =KLa =1 + 9.51 + 2.611.4-0.5)12.2-0.5)KaKa得 K；a = 1+9.5x(0.636A 0.5)4 4 2.932= 4.642kmol m3 h 得 K a = 1+2.6(0.63630.5* 122508= 23238/hLKa =111+4.642 0.01
13、56 x 232.38=2.036kmol / m3 h kPaHqgK aQY=0.488m_95.67K aPQ 2.036 x 101.3 x 0.785 x 1.12Z=HoGNoG=0.488X10.319=5.03m得 Z =1.3X5.03=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.=510 ，、xW6m 取 h/D=8 则 h=8X1100=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k 土05值。w P )V Y L
14、 7再根据操作空塔气速 U用有关物性数据，求出纵坐标竺*土 W0.2值。通过作图得出交点，读出过交点的等压 g P L L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K J 005 =0.885w P )V Y L 7查散装填料压降填料因子平均值表得4 = 125 m-1 P查通用关联图得：P/Z=190.45Pa/m填料层压降为P=190.45X6.6=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0.53m/s常
