填料塔设计

鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书1鲁东大学化工原理课程设计题目：水吸收二氧化硫过程填料塔的设计学院：生命科学学院专业班级：生物工程*****班学生姓名：************学生学号：200********指导教师：陈国忠教授2011年12月11日鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书2目录1、目的要求.............................................32、塔设计任务及内容......................................33、设计方案简介.........................................43.1工艺流程...........................................43.2主要设备...........................................43.3填料及吸收剂的选择.................................53.4操作温度与压力选定.................................64、工艺计算.............................................64.1吸收塔物料恒算....................................64.1.1液相物性数据...................................64.1.2气相物性数据...................................64.1.3气液相平衡数据.................................74.1.4吸收塔物料恒算.................................84.2填料塔的工艺尺寸计算...............................94.2.1塔径的计算...................................94.2.2填料层的计算................................114.2.3填料塔压降的计算.............................14鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书35、液体分布器设计.......................................155.1液体分布器的选型..................................155.2分布点密度计算....................................155.3布液计算..........................................166、填料支撑装置..........................................177、流体进出口装置........................................177.1离心泵............................................177.2风机..............................................198、气体的入塔分布........................................199、设计一览表............................................1910、设计小结.............................................2011、参考文献.............................................2112、工艺流程图.......................................附页113、设备工艺条件......................................附页2鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书41.目的要求1、化工原理课程设计涉及本门课程的主要内容，通过课程设计学生不仅巩固和深化了有关化工过程及设备方面的知识，而且可用它们去分析和解决化工设备在操作、安装、检修等方面的实际问题，以增强学生理论联系实际的观点。2、通过化工原理课程设计使学生建立工程观点和经济观点，使学生具有辨证的科学思维方法。3、通过查阅技术资料、选用公式、搜集数据、讨论工艺参数与结构尺寸间的相互影响等，培养学生分析问题和解决问题的能力。4、提高学生文字表达能力及掌握撰写技术文件的能力。2、填料塔设计任务及内容用清水吸收空气中的二氧化硫气体，混合气体处理量5000kg/h，其中二氧化硫含量为8%（质量分数，下同），要求二氧化硫的气体吸收率达到97%，气体入口温度30℃，入塔吸收剂中不含二氧化硫，出塔吸收液饱和度取80%，水入口温度25℃，操作压力为常压。设计内容:1、吸收塔的物料衡算；2、吸收塔填料层压降的计算；3、吸收塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4、吸收塔的相关工艺尺寸计算；5、绘制吸收塔设计条件图。鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书53、设计方案简介3.1工艺流程本次设计采用逆流操作：气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出的操作。特点：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。操作原理：液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流动，并与在压强差推动下穿过填料空隙的气体相互接触，发生传热和传质。3.2主要设备塔体：一般取为圆筒形，可由金属、塑料或陶瓷制成，金属筒体内壁常衬以防腐材料。填料：大致可分为散装填料和规整填料两大类，是传热和传质的场所。塔内件：包括填料支承与压紧装置、液体与气体分布器、液体再分布器鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书6以及气体除沫器等。3.3填料及吸收剂的选择填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常要考虑以下几个方面。（1）传质效率传质效率即分离效率。在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即HETP值低的填料。（2）通量在相同的液体负荷下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大，则通量愈大，操作费用愈小。（3）填料层的压降填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降愈低，动力消耗愈低，此操作费用愈小。（4）填料的操作性能填料的操作性能主要指操作弹性，抗污堵性及抗热敏性。此外，所选的填料要便于安装，拆卸和间修。综合考虑在本次设计中采用散装填料—Dn38聚丙烯阶梯环填料，因为塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸，碱和有机溶剂的腐蚀且耐温性良好。塑料填料具有质轻、价廉、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。Dn38聚丙烯阶梯环塔填阶梯环填料的分离效果最为优良，综合性能较好所以选择Dn38聚丙烯阶梯环填料。Dn38聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书73.4操作温度与压力的确定在吸收过程中温度主要有水确定，故本次设计采取操作温度25℃，本次设计已经给定操作压力：常压（101.3kPa）。4、工艺计算4.1吸收塔物料衡算4.1.1液相物性系数对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查的25℃时水的有关物性数据如下：密度为ρL=996.95kg/m3粘度为μL=0.00090825Pa·s=3.2697kg/(m·h)表面张力σL=0.0719N/m=931824kg/h2SO2在水中的扩散系数DL=0.00000538m2/h4.1.2气相物性数据混合气体中二氧化硫的摩尔分数NSO2=29/92.006.64/08.006.64/08.0=0.0379混合气体中空气的摩尔分数N空气=1-0.0379=0.9621混合气体的平均摩尔质量为鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书8MVm=iiyM=0.0379×64.06+0.9621×29=30.33混合气体平均密度ρVm=RTPMVm=303314.833.303.101=1.22kg/m3混合气体的粘度可以近似取为空气的粘度，查手册得25℃空气的粘度μv=0.00000185Pa·s=0.0668kg/(m·h)二氧化硫在空气中扩散系数Dv=0.114cm2/s=0.041m2/h4.1.3气液相平衡数据由手册查得,常压下25℃在水中亨利系数E=4130kPa平衡常数为m=PE=3.1014130=40.77溶解度系数H=)/(0134.018413095.996s3mkPskmolEML4.1.4吸收塔物料衡算进塔气相摩尔比鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书90394.00379.010379.0y1yY111出塔气相摩尔比001182.0)97.01(0394.0)1(12AYY进塔惰性气体流量hkmolV/6.158)0379.01(33.305000该吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小气液比可按下式计算对于纯溶剂吸收过程，进塔想租成为X2=055.3977.40/0394.0001182.00394.0/)(2121minXmYYYVL则有mXe=Ye=Y1Xe=Y1/m=0.0394/40.77=0.000966已知X1/Xe×100%=80%得X1=0.000773V(Y1-Y2)=L(X1-X2)鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书102121XXYYVL=44.490000773.0001182.00394.0则气液操作比为25.155.3944.49)/(/NminVLVLL=49.44×158.6=7840.8kmol/h4.2填料塔的工艺尺寸计算4.2.1塔径计算采用贝恩—霍根关联式计算泛点气速气相质量流量wv=5000kg/h液相质量流量wL=7840.8×18=141134.4kg/h贝恩—霍根关联式8125.0v2.03t2wwagulgLVLLLVFKAFu1.16m/s取u=0.8uF=0.8×1.16=0.928m/s鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书11由25.1928.014.3138.14u4SVDm圆整塔径，取D=1.4m泛点率校核sm/74.04.1785.0138.1u2（允许范围内）%79.36100%6379.016.174.0uuF填料规格校核884.36381400dD液体喷淋密度校核取最小湿润速率（Lw）min=0.08m3/m·hUmin=（Lw）minat=0.08×132.5=10.6m3/m·hmin2U01.924.1785.095.996/4.141134U经以上校核可知，填料塔直径选用D=1400mm合理4.2.2填料层高度计算0315.0000773.077.401m1XY0m22XY脱吸因数鲁东大学生命科学学院化工原理课程设计说明书12736.0682.87816.15877.40mLVS气相总传质单元数8.542)1(ln112221SYYYYSSNOG气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算2.0t205.02t21.0t75.0ctwga45.1exp1LLLLLLLLUUU查表知，2/427680/33hkgcmdync液体质量通量UL=141134.4/0.785×1.42=9142