环境工程的课程设计

1课程设计说明书《环境工程原理》课程设计任务书课程设计题目：填料吸收塔2山东农业大学资源与环境学院2011年11月3一、课程设计的意义与目的课程设计是《环境工程原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：1.查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；2.树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；3.迅速准确的进行工程计算的能力；4.用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。二、设计资料（一）题目：清水吸收混合气中的二氧化硫填料吸收塔设计（二）设计条件：1、混合气（空气+二氧化硫）2、处理量：3000m3/h3、进塔混合气中含二氧化硫：13%4、进塔吸收剂（清水），温度293K5、二氧化硫的吸收率：99%6、操作压力：101.3KPa；7、所选填料：乱堆塑料阶梯环，规格自定。（三）、设计内容：1、确定吸收流程；2、物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成；3、选择填料、计算塔径、填料层高度、填料的分层、塔高的确定。44、流体力学特性的校核：液气速度的求取，喷淋密度的校核，填料层压降△P的计算。5、附属装置的选择与确定：液体喷淋装置、液体再分布器、气体进出口及液体进出口装置、栅板。（四）、设计要求（交纸质的设计说明书和设计图）：1、设计说明书内容包括：⑴、目录和设计任务书；⑵、流程图及流程说明；⑶、计算（根据计算需要，作出必要的草图，计算中所采用的数据和经验公式应注明其来源）；⑷、设计计算结果表；⑸、对设计成果的评价及讨论；⑹、参考文献。2、设计图纸：绘制一张填料塔装置图（CAD图）。5水吸收氨课程设计目录1.设计内容第一节前言............................................................71.1填料塔的主体结构与特点..........................................71.2填料塔的设计任务及步骤..........................................71.3填料塔设计条件及操作条件........................................8第二节填料塔主体设计方案的确定.........................................82.1装置流程的确定..................................................82.2吸收剂的选择...................................................82.3填料的类型与选择..................................................92.3.1填料种类的选择............................................92.3.2填料规格的选择............................................92.3.3填料材质的选择............................................92.4基础物性数据...................................................102.4.1液相物性数据............................................102.4.2气相物性数据............................................102.4.4物料横算................................................11第三节填料塔工艺尺寸的计算............................................113.1塔径的计算......................................................113.2填料层高度的计算及分段..........................错误!未定义书签。33.2.1传质单元数的计算........................................1333.2.3填料层的分段............................................1653.3填料层压降的计算...............................................165第四节填料塔内件的类型及设计........................................1664.1塔内件类型.....................................................1664.2塔内件的设计...................................................17664.2.1液体分布器设计的基本要求：.............................1764.2.2液体分布器布液能力的计算...............................176注：2.填料塔设计结果一览表.................................................1772.1填料塔设计数据一览.................................................1773对设计结果评价........................................错误!未定义书签。84.参考文献..............................................错误!未定义书签。85.后记及其他...........................................................1996.附件附件一：塔设备流程图....................................................20附件二：塔设备设计图....................................................2171.设计内容第一节前言1.1填料塔的主体结构与特点结构：图1-1填料塔结构图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，所以她特别适用于处理量肖，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。1.2填料塔的设计任务及步骤设计任务：清水吸收混合气中的二氧化硫设计步骤：（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案;（2）针对物系及分离要求，选择适宜填料；（3）确定塔径、填料层高度等工艺尺寸（考虑喷淋密度）；液体捕沫器填料压板塔壳填料填料支承板液体再分布器填料压板填料支承板气体气体液体8（4）计算塔高、及填料层的压降；（5）塔内件设计。1.3填料塔设计条件及操作条件1.气体混合物成分：空气和二氧化硫2.进塔混合气中含二氧化硫（体积分数）：13%3.处理量：3000m3/h4.操作温度：293K5.混合气体压力：101.3KPa6.二氧化硫的吸收率：99%7.采用清水为吸收剂8.填料类型：乱堆塑料阶梯环，规格自定第二节精馏塔主体设计方案的确定2.1装置流程的确定本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。2.2吸收剂的选择因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。2-1工业常用吸收剂溶质溶剂溶质溶剂氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氢水二氧化碳水、碱液二氧化硫水硫化氢碱液、有机溶剂苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳铜氨液92.3填料的类型与选择填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。2.3.1填料种类的选择本次采用散装填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。鲍尔环是目前应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。2.3.2填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\Dn76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于。表3-1填料种类D/d的推荐值拉西环D/d20~30鞍环D/d15鲍尔环D/d10~15阶梯环D/d8环矩鞍D/d82.3.3填料材质的选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类聚丙烯填料在低温（低于0度）时具有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重，可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。综合以上：选择乱堆填料阶梯环Dn25102.4基础物性数据2.4.1液相物性数据1.3998.2/lkgm2.0.001.3.6/.lpaskgmh黏度：3.表面张力为:272.6/940896/zdyncmkgh4.20℃SO2:H=0.0156kmol/（kpa.m3)520℃SO2:DV=1.22105m2/s620℃SO2:DL=1.47109m2/s2.4.2气相物性数据1.混合气体的平均摩尔质量为Mvm=yimi=640.13+290.87=33.552.混合气体的平均密度ρ=PM/RT=101.3×33.55/8.314×293=1.3952kg/m3(2-2)R=8.3143/mKPakmolK3.混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20C时，空气的黏度551.7310622810/vpaskgmh注：211/Nkgms12211/1/PaNmkgsm1Pa..s=1kg/m.s2.4.3气液相平衡数据由手册查得，常压下，200C时，SO2在水中的亨利系数为E=3550kpa20℃SO2在水中的溶解度:H=0.0156kmol/m相平衡常数：相平衡常数：m=E/P=35.04(2-3)112.4.4物料衡算1.进塔气相摩尔比为Y1=y1/1-y1=0.13/1-0.13=0.15(2-5)2.出口气相摩尔比为0015.0)99.01(15.0)1(12YY3.进塔惰性气体流量:hkmoLV/56.108)13.01(2932734.223000(2-7)因为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：12min12/YYLVYmX(2-8)因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成20X所以69.3404.3515.00015.0-15.0*21212121minXmYYYXXYYVL选择操作液气比为04.5269.345.15.1minVLVL（2-9）