矍徐州工誨城卷根帽犀院- 二；Xuzhou College of Industrial Technology填料吸收塔課程設計說明書專業(yè)：材料工程班級：高聚物111姓名：李進亮班級學號：1132403115指導老師：張曉東日 期：2013-05-18化工單元操作課化工單元操作課程設計任務書班級：高聚物111姓名： 李進亮 學號：1132403115常壓下，在填料塔中用清水吸收混合氣中的二氧化硫。 一、設計條件1 .操作方式：連續(xù)操作；2 .生產(chǎn)能力：處理爐氣量：2415m3/h ；3 .操作溫度：25C；4 .操作壓力：常壓；5 .進塔混合氣含量；二氧化硫的摩爾分數(shù)為 0.065%;其余為空氣；6 .進塔吸收劑：清水；7 .二氧化硫回收率：95%;二、設計要求1 .流程布置與說明；2 .工藝過程計算；3 .填料的選擇；4 .填料塔工藝尺寸的確定；5 .輸送機械功率的選型；三、設計成果1 .設計任務書一份；2 .設計圖紙：（填料塔工藝條件圖）四、設計時間2013年5月13日2013 年5月24日五、主要參考資料1、化工原理課程設計，湯金石，化學工業(yè)出版社， 19902、化工工藝設計手冊，上海醫(yī)藥設計院3、傳質(zhì)與分離技術，周立雪，化學工業(yè)出版社4、流體流動與傳熱，張洪流，化學工業(yè)出版社5,、化工單元過程課程設計，王明輝主編，化學工業(yè)出版社6、化工單元過程課程設計，劉兵主編，化學工業(yè)出版社六、指導教師：張曉東化學制藥教研室2013.5目錄摘要 3前言 41.1 吸收技術概況 41.2 吸收設備分類 4第二章 水吸收二氧化硫填料塔設計 72.1 任務及操作條件 72.2 吸收劑的選擇 72.3 填料塔的填料的選擇 82.4 操作參數(shù)的選擇 92.4.1 操作溫度的確定 92.4.2 操作壓力的確定 10第三章 吸收塔工藝條件的計算113.1 基礎物性數(shù)據(jù) 113.1.1 液相物性數(shù)據(jù) 113.1.2 氣相物性數(shù)據(jù) 113.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 113.2 物料衡算 123.3 填料塔的工藝尺寸的計算 143.3.1 空塔氣速的確定 143.3.2 填料規(guī)格校核: 173.3.3 傳質(zhì)單元高度的計算 173.4 填料層壓降的計算 213.5 液體分布器計算 233.5.1 液體分布器 233.5.2 液體分布器簡要設計 243.5.2.1 液體分布器的選型 243.5.2.2 分布點密度計算 243.5.2.3 布液計算 243.6 其他附件的選擇 253.6.1 離心泵的計算與選擇 253.6.2 多孔型液體分布器 263.6.3 直管式多孔分布器 263.6.4 排管式多孔分布器 263.6.5 填料支撐板 263.6.6 填料壓板與床層限制板 263.6.7 氣體進出口裝置與排液裝置 273.6.8 人孔 27主要符號說明 28結(jié)束語 30摘要吸收是利用混合氣體中各組分在液體中的溶解度的差異來分離氣態(tài)均相混 合物的一種單元操作。氣液兩相的分離是通過它們密切的接觸進行的， 在正常操作下，氣相為連續(xù) 相而液相為分散相，氣相組成呈連續(xù)變化，氣相中的成分逐漸被分離出來。 填料 塔是氣液呈連續(xù)性接觸的氣液傳質(zhì)設備，屬微分接觸逆流操作過程。塔的底部有 支撐板用來支撐填料，并允許氣液通過。支撐板上的填料有整砌和亂堆兩種方式。 填料層的上方有液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑于填料層上。 填料層的空隙 率超過90% 一股液泛點較高，單位塔截面積上填料塔的生產(chǎn)能力較高，研究表 明，在壓力小于0.3MPa時，填料塔的分離效率明顯優(yōu)于板式塔。這次課程設計的任務是用清水吸收空氣中的二氧化硫，然后再進行解吸處理得到二氧化硫。要求設計包括塔徑、填料塔高度、塔管的尺寸等，需要通過物料 衡算得到所需要的基礎數(shù)據(jù)，然后進行所需尺寸的計算得到各種設計參數(shù)， 為圖 的繪制打基礎，提供數(shù)據(jù)參考。11關鍵詞：填料塔吸收二氧化硫31、戶 、.刖百1.1 吸收技術概況當氣體混合物與適當?shù)囊后w接觸，氣體中的一個或者幾個組分溶解與液體中， 而不能溶解的組分仍留在氣體中， 使氣體得以分離。 吸收過程是化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作， 其基本原理是利用混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同，實現(xiàn)各組分分離的單元操作 。1.2 吸收設備分類在吸收過程中， 質(zhì)量交換是在兩相接觸面上進行的。 因此， 吸收設備應具有較大的氣液接觸面，按吸收表面的形成方式，吸收設備可分為下列幾類：（ 1）表面吸收器吸收器中兩相間的接觸面是靜止液面 （表面吸收器本身的液面） 或流動的液膜表面（膜式吸收器） 。這類設備中的接觸表面在相當大的程度上決定于吸收器構件的幾何表面。這類設備還可分為以下幾種基本類型：a 水平液面的表面吸收器：在這類吸收器中，氣體在靜止不動或緩慢流動的液面上通過， 液面即為傳質(zhì)表面， 由于傳質(zhì)表面不大， 所以此種表面吸收器只適用于生產(chǎn)規(guī)模較小的場合。 通常將若干個氣液逆流運動的吸收器串聯(lián)起來使用。 為了能使液體自流， 可將吸收器排列成階梯式， 即沿流體的流向， 后一個吸收器低于前一個吸收器。水平液面的表面吸收器的效率極低， 現(xiàn)在應用已很有限。 只有從體積量不大的氣體中吸收易溶組分， 并同時需要散除熱量的情況下才采用它們。 這類吸收器有時還用于吸收高濃度氣體混合物中的某些組分。b 液膜吸收器：在液膜吸收器中，氣液兩相在流動的液膜表面上接觸。液膜是沿著圓管或平板的縱向表面流動的。已知有三種類型的液膜吸收器：列管式吸收器：液膜沿垂直圓管的內(nèi)壁流動；板狀填料吸收器：填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的兩測流動；升膜式吸收器：液膜向上（反向）流動。目前， 液膜吸收器應用比較少， 其中最常見的是列管式吸收器， 常用于從高濃度氣體混合物同時取出熱量的易溶氣體（氯化氫，二氧化硫）的吸收。填料吸收器填料吸收器是裝有各種不同形狀填料的塔。 噴淋液體沿填料表面流下， 氣液兩相主要在填料的潤濕表面上接觸。 設備單位體積內(nèi)的填料表面積可以相當大，因此，能在較小的體積內(nèi)得到很大的傳質(zhì)表面。但在很多情況下，填料的活性接觸表面小于其幾何表面。c 填料吸收器： 填料吸收器一般作成塔狀， 塔內(nèi)裝有支撐板， 板上堆放填料層。噴淋的液體通過分布器灑向填料。在吸收器內(nèi)，填料在整個塔內(nèi)堆成一個整體。有時也將填料裝成幾層，每層的下邊都設有單獨的支撐板。當填料分層堆放時，層與層之間常裝有液體再分布裝置。在填料吸收器中，氣體和液體的運動經(jīng)常是逆流的。而很少采用并流操作。但近 年來對在高氣速條件下操作的并流填料吸收器給予另外很大的關注。在這樣高的氣速下，不但可以強化過程和縮小設備尺寸， 而且并流的阻力降也要比逆流時顯 著降低。這樣高的氣速在逆流時因為會造成液泛， 是不可能達到的。如果兩相的 運動方向?qū)ν苿恿]有明顯的影響，就可以采用這種并流吸收器。填料吸收器的不足之處是難于除去吸收過程中的熱量。通常使用外接冷卻器的辦 法循環(huán)排走熱量。曾有人提出在填料層中間安裝冷卻組件從內(nèi)部除熱的設想，但這種結(jié)構的吸收器沒有得到推廣。d 機械液膜吸收器：機械液膜吸收器可分為兩類。在第一類設備中，機械作用用來生成和保持液膜。屬于這一類的有圓盤式液膜吸收器。當圓盤轉(zhuǎn)到液面上方 時，便被生成的液膜所覆蓋，吸收過程就在這一層液膜表面上進行。圓盤的圓周 速度為0.20.3米/秒。這種吸收器的傳質(zhì)系數(shù)與填料吸收器相近。第一類設備沒有什么明顯的優(yōu)點，并由于有轉(zhuǎn)動部件的存在而使結(jié)構復雜化， 同時還增加了能量消耗。因此這類設備沒有得到推廣。第二類設備的實用意義較大。在這類設備中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動用來使兩相混合，促使傳質(zhì)過程得到強化。這種設備稱之為“轉(zhuǎn)子液膜塔”，常用于熱穩(wěn)定性較差 物質(zhì)的精儲。顯然，這種設備也可用于吸收操作。（2）鼓泡吸收器在這種吸收器中，接觸表面是隨氣流而擴展。在液體中呈小氣泡和噴射狀態(tài)分布。這樣的氣體運動（鼓泡）是以其通過充滿液體的設備（連續(xù)的鼓泡）或通過具有 不同形式塔板的塔來實現(xiàn)。在充填填料的吸收器中,也可看到氣體和液體相互作 用的特征。這一類吸收器也包括以機械攪拌混合液體的鼓泡吸收器。鼓泡吸收器中，接觸表面是由流體動力狀態(tài)（氣體和液體的流量）所決定的。（3）噴灑吸收器噴灑吸收器中的接觸表面是在氣相介質(zhì)中噴灑細小液滴的方法而形成的。接觸表面取決于流體動力學狀態(tài)（液體流量）。這一類的吸收器有：吸收器中液體的噴 灑是用噴霧器（噴灑或空心的吸收器）；用高速氣體運動流的高速并流噴灑吸收 器；或用旋轉(zhuǎn)機械裝置的機械噴灑吸收器。在這些不同形式的設備中，現(xiàn)在最通用的是填料塔吸收器。25液體再分布裝置，6填料支撐板第二章水吸收二氧化硫填料塔設計2.1 任務及操作條件操作方式：連續(xù)生產(chǎn)生產(chǎn)能力：處理氣量為2415 m3/h操作溫度：20 c操作壓力：常壓混合氣體的含量：二氧化硫的摩爾分數(shù)為 0.065%;溫度25 C ；其余為氣體吸收劑：清水2.2 吸收劑的選擇對于吸收操作，選擇適宜的吸收劑，具有十分重要的意義。其對吸收操作過程的 經(jīng)濟性有著十分重要的影響。一般情況下，選擇吸收劑，要著重考慮如下問題：1 .對溶質(zhì)的溶解度大所選的吸收劑對溶質(zhì)的溶解度大，則單位量的吸收劑能夠溶解較多的溶質(zhì)，在一定的處理量和分離要求條件下， 吸收劑的用量小，可以有效地減少吸收劑循 環(huán)量，這對于減少過程功耗和再生能量消耗十分有利。 另一方面，在同樣的吸收 劑用量下，液相的傳質(zhì)推動力大，則可以提高吸收速率，減小塔設備的尺寸。2 .對溶質(zhì)有較高的選擇性對溶質(zhì)有較高的選擇性，即要求選用的吸收劑應對溶質(zhì)有較大的溶解度， 而 對其它組分則溶解度要小或基本不溶，這樣，不但可以減小惰性氣體組分的損失， 而且可以提高解吸后溶質(zhì)氣體的純度。3 .不易揮發(fā)吸收劑在操作條件下應具有較低的蒸汽壓，以避免吸收過程中吸收劑的損 失，提高吸收過程的經(jīng)濟性。4 .再生性能好由于在吸收劑再生過程中，一般要對其進行升溫或氣提等處理，能量消耗較 大，因而，吸收劑再生性能的好壞，對吸收過程能耗的影響極大，選用具有良好 再生性能的吸收劑，往往能有效地降低過程的能量消耗。以上四個方面是選擇吸收劑時應該考慮的主要問題，其次，還應該注意所選擇地吸收劑應該具有良好的物理、化學性能和經(jīng)濟性。具良好的物理性能主要指吸收 劑的粘度要小，不易發(fā)泡，以保證吸收劑具有良好的流動性能和分布性能。良好的化學性能主要指具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以防止在使用中發(fā)生變 質(zhì)，同時要求吸收劑盡可能無毒、無易燃易爆性，對相關設備無腐蝕性(或較小 的腐蝕性)。吸收劑的經(jīng)濟性主要指應盡可能選擇用廉價易得的溶劑，兩種吸收 劑如下：物理吸收劑和化學吸收劑的選擇物理吸收劑(1)吸收容量(溶解度)正比于溶質(zhì)分 壓化學吸收劑(1)吸收容量對溶質(zhì)分壓不太敏感(2)吸收熱效應顯著(2)吸收熱效應很小(近于等溫)(3)常用降壓閃蒸解吸(4)適于溶質(zhì)含量高，而凈化度要求不太高的場合(5)對設備腐蝕性小，不易變質(zhì)(3)用低壓蒸汽氣提解吸(4)適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場合(5)對設備腐蝕性大，易變質(zhì)本設計采用水作為吸收劑，二氧化硫作為溶質(zhì)。3】2.3 填料塔的填料的選擇塔填料是填料塔中的氣液相間傳質(zhì)組件，是填料塔的核心部分。其種類繁多，性能上各有差異。幾種實體填料的形狀拉酬W蠲柩填料槍箱勤幾種網(wǎng)體填料的形狀鞍宓網(wǎng)占可廣3他孔環(huán)目前散堆填料主要有環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料。所用的材質(zhì) 有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金屬等(1)拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料于1914年由拉西(F. Rashching)發(fā)明，為外徑與 高度相等的圓環(huán)，如圖片拉西環(huán)所示。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低， 阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應用。(2)鮑爾環(huán)填料如圖片鮑耳環(huán)所示， 鮑爾環(huán)是對拉西環(huán)的改進，在拉西環(huán)的側(cè) 壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi) 彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大 大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率， 氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán) 相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加 50%Z上，傳質(zhì)效率提高30流右。鮑爾環(huán)是一 種應用較廣的填料。(3)階梯環(huán)(Stairs wreath) 填料如圖片階梯環(huán)所示，填料的階梯環(huán)結(jié)構與鮑 爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯45的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。這樣的結(jié)構使得階梯環(huán) 填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%壓降則可降低25%且由于填料間呈多點接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán) 一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填料，因此獲得廣泛 的應用。(4)矩鞍填料如圖片矩鞍填料所示， 將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面， 且 兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時不會套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成， 其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)應用 瓷拉西環(huán)的場合，均已被瓷矩鞍填料所取代。(5)金屬環(huán)矩鞍填料如圖片金屬換環(huán)聚鞍填料所示，環(huán)矩鞍填料(國外稱為 Intalox )是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構特點而設計出的一種新型填料，該填料一般以 金屬材質(zhì)制成,故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩 者的優(yōu)點集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，在散裝填料中應用較多。由于該過程處理量不大，所以所用的塔直徑不會太大，以采用填料塔較為適宜， 所以采用dn38聚丙烯塑料階梯環(huán)填料。42.4 操作參數(shù)的選擇2.4.1 操作溫度的確定對于物理吸收而言，降低操作溫度，對吸收有利.但低于環(huán)境溫度的操作溫度 因其要消耗大量的制冷動力而一般是不可取的，所以一般情況下，取常溫吸收較為有利.對于特殊條件的吸收操作方可采用低于或高于環(huán)境的溫度操作.對于化學吸收，操作溫度應根據(jù)化學反應的性質(zhì)而定，既要考慮溫度對化學反應 速度常數(shù)的影響，也要考慮對化學平衡的影響，使吸收反應具有適宜的反應速度. 對于再生操作，較高的操作溫度可以降低溶質(zhì)的溶解度，因而有利于吸收劑的再 生.而對本設計而言，由吸收過程的氣液關系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解 度，即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應有吸收系統(tǒng)的具體情況決定。依據(jù) 本次設計要求，操作溫度定為20 c。2.4.2 操作壓力的確定操作壓力的選擇根據(jù)具體情況的不同分為三種：對于物理吸收，加壓操作一方面有利于提高吸收過程的傳質(zhì)推動力而提高過程的 傳質(zhì)速率，另一方面，也可以減小氣體的體積流率，減小吸收塔徑.所以操作十分 有利.但工程上，專門為吸收操作而為氣體加壓，從過程的經(jīng)濟性角度看是不合理 的,因而若在前一道工序的壓力參數(shù)下可以進行吸收操作的情況下，一般是以前道工序的壓力作為吸收單元的操作壓力.對于化學吸收，若過程由質(zhì)量傳遞過程控制，則提高操作壓力有利，若為化學反應 過程控制，則操作壓力對過程的影響不大，可以完全根據(jù)前后工序的壓力參數(shù)確 定吸收操作壓力，但加大吸收壓力依然可以減小氣相的體積流率，對減小塔徑仍然是有利的.對于減壓再生（閃蒸）操作，其操作壓力應以吸收劑的再生要求而定，逐次或一次 從吸收壓力減至再生操作壓力，逐次閃蒸的再生效果一般要優(yōu)于一次閃蒸效果.本設計中由吸收過程的氣液平衡可知， 壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度， 即加 壓有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對設備的加工制造要求提高，且能耗增 加，綜合考慮，采用常壓101.3kPa。5第三章吸收塔工藝條件的計算3.1 基礎物性數(shù)據(jù)3.1.1 液相物性數(shù)據(jù)對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得，25c時水的有關物性數(shù)據(jù)如下：61密度為：-L = 998.2kg/m3粘度為 丁 =0.001?a s-3.6kg/ m h表面張力為cL =72.6dyn/cm = 940896kg/h2SO 在水中的擴散系數(shù)為Dl =1.47Ml0，m2/s = 5.29Ml0"m2/h3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為:Mvm 屯 yiMi =0.065父64.06+0.935父29 =31.28 k%mol混合氣體的平均密度為：1.279kg/m3_ PMvm 101.3 31.28 -. 一 RT - 8.314 298 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度,查手冊得，25c時空氣的粘度為7】：，=1.81 10Pa s = 0.065kg/ m h查手冊得SO2在空氣中的擴散系數(shù)為：DV = 0.108 cm2 s = 0.039 m2 h3.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊常壓下20c時，SO2在水中的亨利系數(shù)為:：-3.55 103 kPa相平衡常數(shù)為：E 3.55 10 m = = = 35 .04P 101 .3溶解度系數(shù)為：口 ：998.2H = =3EM 3.55 103 18.023.2 物料衡算如圖3-1所示:0.0156 kmol, (m3 kPa)L,X2V, L2L,X1圖3-1物料衡算圖示意圖全塔物料衡算是一個定態(tài)操作逆流接觸的吸收塔，圖中各符號的意義如下:V 惰性氣體的流量，koml/h;L 純吸收劑的流量，koml/h;丫1, 丫2 進出吸收塔氣體的摩爾比；Xi, X2出進吸收塔液體中溶質(zhì)物質(zhì)量的比;注意：本課程設計中塔底截面一律以下標“ 1”表示，塔頂截面一律以下標“ 2”表示。進塔氣相摩爾比為：Yi =yi1 -y21 -0.0650.065=0.0695出塔氣相摩爾比比為:Y2 ”(1 - ; A) =0.0695 (1 -0.065) =0.00452進塔惰性氣相流量為：2415273V = 1 -0.065 =92.25kmol/h22.4 273 25由設計任務知改吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下 式計算，即：LV minY -Y2Y /m-X2對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為: 對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為：X2 =0帶入數(shù)值，得：L 0.0695-0.00452” ”=32.76V min 0.0695/35.04 -0取實際液氣比為最小液氣比的1.4倍，即:有：L =1.4(-)min =1.4 32.76 =45.87得：L =45.87 V = 45.87 92.35 = 4235.79koml /h由V(Yi -Y2)= L(Xi -X2),求得吸收液出他濃度為:X1 " 一工)X2 二普(0.0695 一0.00452)0 = 0.00144235.793.3填料塔的工藝尺寸的計算3.3.1 空塔氣速的確定通常由泛點氣速來確定空塔操作氣速。 泛點氣速是填料塔操作氣速的上限， 填料 塔的操作氣速必須小于泛點氣速，操作空塔氣速與泛點氣速之比稱為泛點率。填料的泛點氣速可由Eckert通用關聯(lián)圖查得，8氣相質(zhì)量流量為：WV =qV 7Vm =2415 1.279 = 3088.8kmol/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即：Wl =4235.79 18.02 =76321.55koml/h采用Eckert通用關聯(lián)圖法計算泛點氣速U F。通用填料塔泛點和壓降的通用關聯(lián)圖如下：0.60.40.20.10 080060.040 620.01OOGM0,0060 0020 2 0,3。,4 0 6 O. 123 4 5 6 100.00)Ml 。8 03。%滑，滯 I圖3-2填料塔泛點和壓降的通用關聯(lián)圖圖中：uo空塔氣速，m /s ;小一一濕填料因子，簡稱填料因子，1 /m ；山一一水的密度和液體的密度之比；g重力加速度，m /s2;7, ：L 分別為氣體和液體的密度，kg /m 3;Wv,Wl 分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg /s 。此圖適用于亂堆的顆粒形填料，如拉西環(huán)、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鮑爾 環(huán)等，具上還繪制了整砌拉西環(huán)和弦柵填料兩種規(guī)整填料的泛點曲線。對于 其他填料，尚無可靠的填料因子數(shù)據(jù)。Eckert通用關聯(lián)圖的橫坐標為：一氏=76321.55 1.279=0 884WV 1PL I 3088.8 1998.2)查圖3-2查得縱坐標值為:填料類型DN16填料因子，1/mDN25 I DN38 1 DN50DN76金屬鮑爾環(huán)410一117160一金屬環(huán)矩鞍一170150135120金屬階梯環(huán)一一160140一塑料鮑爾環(huán)55028018414092塑料階梯環(huán)一260170127一瓷矩鞍1100550200226一瓷拉西環(huán)1300832600410一U F ,V ；U 0.2二一Ilg <PL J表3-1散裝填料泛點填料因子平均值=0.025查表3-1得: f -170m JUf= 1.061m s0.025g PL _ 0.025x9.81x998.2 ：F - dJl02 - 170 1 1.279 10.2對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為u/uF=0.50.85取 u =0.7 uF =0.7 1.061 =0.743m s. 24153600： 1.072 m3.14 0.743圓整塔徑取D = 1.2m泛點率校核：由于泛點率校核：由于泛點附近流體力學性能的不穩(wěn)定性，一般較難穩(wěn)定操作，故一月要求泛點率在50380叱問，而對于易起泡的物系可低于 40%u*二D24理36000.785 1.22=0.59m su 0.59一=x100% =55.61% （在允許氾圍內(nèi)）uF1.061一一D 1200,填料規(guī)格校核 D =上"=24 >8 （在允許范圍內(nèi)）d 503.3.2填料規(guī)格校核：階梯環(huán)的徑比要求：D>8d有2 =%=24>8即符合要求d 50液體噴淋密度校核：最小潤濕速率為仁布=0.08m3/(m，h)查填料手冊得9at=132.5 m/mUmin =(Lw)minat =0.08 132.5 =10.6 m3/ m2 h 1= 67.64 Umin76321.55/998.20.785 1.22經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1200m你理。注上式中：Uf 一泛點氣速，mS ；u 一空塔氣速m/ ;Pl -液體密度，kgm3 ；Pg氣體密度，kgm3 ；叱，l一氣液相質(zhì)量流量，kgh； g一重力加速度，9.81 m，；生一液體黏度，mp/s;3.3.3傳質(zhì)單元高度的計算Y = = mX1 =35.04 0.0014 = 0.0491Y2 ; mX2 = 0脫吸因數(shù)為:35.04 92.35二 0.7644235.79氣相總傳質(zhì)單元數(shù):一 1NOG =1 -S11 -0.764In 1 -0.7640.0695 一00.764 =6.2710.00452 -0氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算:at八 I 2) 0.05 f . . 21 U L atU LI Pl g J I Pl aat式中：aw-單位體積填料層的潤濕面積,吸3 ；at 一填料的總比表面積，m2/3 ；0L 一液體表面張力，% ；%一填料上液體鋪展開的最大表面張力，Nm ；U L 一液體通過空塔的截面的質(zhì)量流速，Kg/ 2m s液體的粘度，Pa s ；0C =33PL液體的密度，K%3 ； g一重力加速度，9.81 %材質(zhì)碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯鋼石蠟表向張力mN /m,56617333407520表3-2常見材質(zhì)的臨界表面張力值行:dyCm = 427680Kg/2Ul76321.550.785 1.22= 67517.29kg： m2 h氣膜吸收系數(shù)由下式計算：w =1 - exp ； -1.45 at0.75(卜27680 67517.291940896 )(132.5X3.60.1/67517.292 /132.5 "Ai219998.2 X1.61X1067517292,998.2X940896X132.5 ,X./= 0.593氣膜吸收系數(shù)計算公式：kG = 0.0.7氣體質(zhì)量通量,WV2400 1.2792、Uv = =2 2 2732.47kg /(m .h)20.785 1.22一 d 4所以氣膜吸收系數(shù)為:kG =0.2372732.470710.065節(jié)(132.5x0.039、(132.5m 0.065 J <1.279x0.039； 18.314M293 )=0.0318kmol. m2 h kPa帶入數(shù)值得：kG = 0.0318kmol/(m2 h kPa)液膜傳質(zhì)系數(shù)由下式計算：Ml0.51/3I M Lg i-2/3I UlkL =0.0095.<aW/UlDl J I Pl=0.009521kL =0.009569517.291Lg飛 I。593父132.5父3.63.6998.2 5.29 10 上3.61.27父1998.2=1.071 m hKg式中：Q液體的密度，m3，kgUl液體的質(zhì)量流速/ ms生一液相的黏度，pa s； g一重力加速度，9.81Kg 2UL液體通過空塔截面的質(zhì)量流速，mms S ）；c m/aw 一單位體積填料層的潤濕面積，/m3 ;D l 溶質(zhì)在液相中的擴散系數(shù)，mN 代入數(shù)值得:kL =1.071m/h由kGa =kGaw:1.1表3-3常見填料塔的形狀系數(shù)填料類型球形棒形拉四環(huán)弧鞍開孔環(huán)w值0.720.7511.191.45本設計填料類型為開孔環(huán) 所以甲=1.45，則kGa =kGaw- 1.1 =0.0318 0.593 132.5 1.451.1 = 3.760kmol. m3hkPa kLa =kLaw- 0.4 =1.071 132.5 0.593 1.450.4 = 98.97L h因為uUf0.591.061= 55.61% >50%需要按下式進行校正，即可得：kGa=1 9.5 0.0.5661-0.51.4 13.760 =4.806kmol m3 h kPa kLa - 1 2.6 0.5661 -0.5 2.2 198.97 -99.53 L. h11+ 4.595 0.0156 99.53= 1.174kmol m3hkPaKGa = F kGa Hla 由口 V V93.25H og = = =2 = 0.687 mKYa-1KGaP11.174 101.3 0.785 1.22由Z =HOGNOG =0.687x6.271 =4.308(m),得Z、1.25 4.308 =5.385 m設計取填料塔高度為Z =6m查表3-4散裝填料分段高度推薦值11】填料類型1h/DHmax/m拉四環(huán)2.5<4矩鞍58<6鮑爾環(huán)510<6階梯環(huán)815<6環(huán)矩鞍515<62=815對于階梯環(huán)填料，D, hmax -6m o取建8,則h =8 1200 = 9600mm計算得填料層高度為6000mm故不需分段3.4填料層壓降的計算在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關，在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的 液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。散裝填料的壓降可采用Eckert通用關聯(lián)圖計算。計算時，先根據(jù)氣液負荷及有1L ：V 2關物性數(shù)據(jù)，求出橫坐 雙（PlJ值，再根據(jù)操作空塔系數(shù)U及有關物性數(shù)據(jù)，u2中但。2求出縱坐標 g vpL J值，通過作圖得出交點，讀出過焦點的等壓線數(shù)值,即得到每米填料層降壓值。表3-5散裝填料壓降填料子平均值填料類型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾 環(huán)306-11498-金屬環(huán)矩 鞍-13893.47136金屬階梯 環(huán)-11882-塑料鮑爾 環(huán)34323211412562塑料階梯 環(huán)-17611689-瓷矩鞍環(huán)-700215140160-瓷拉西環(huán)，1050576450288-經(jīng)查得，：二，=116m以- 0.50.5= 0.884如2_ 76321.55 1.279 1橫坐標:WV 1PLi 3088.8 1998.2 J縱坐標:U5 區(qū) R 0.2 = O.593161 X 19X10.2.0 0053g ：L L9.81998.2查化工過程及設備設計手冊得91O.QC. O.CM3 1息 Q.O4K i0 002LO CAO.0.4G.Q 0 008 0 006OOMG .4 0 6 0 IjD 23 4 6g 100.001 OJJ10 02OJM 0.06 0.1 g從Eckert通用關聯(lián)圖中可查得P=107.9倡 /mZ填料塔壓降為：P =107.91 6 =647.46Pa其他塔內(nèi)件的壓力降很小可以忽略，所以填料層壓降為647.46P33.5 液體分布器計算3.5.1 液體分布器液體分布器的性能主要由分布器的布液點密度（即單位面積上的布液點數(shù)），各布液點的布液布液均勻性，各布液點上的液相組成的均勻性決定設計液體分布器 主要是確定決定這些參數(shù)的結(jié)構尺寸。為使液體分布器具有較好的分布性能， 必須合理確定布液孔數(shù)，布液孔數(shù)應依所 用填料所需的質(zhì)量要求決定。在通常情況下，滿足各種填料質(zhì)量分布要求的適宜 噴淋點見下表，在選擇填料的噴淋點密度時應該遵循填料的效率越高，所需的噴淋點密度越大這一規(guī)律，依所選用的填料，確定單位面積的噴淋點后，在根據(jù)塔 的截面積即可求得分布器的布液孔數(shù)。表3-6 Eckert的散裝填料塔分布點密度推薦值塔徑,mm2 .分布點號度，點/ m塔截卸D=400330|D=750170|D> 120042|3.5.2 液體分布器簡要設計3.5.2.1 液體分布器的選型該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器3.5.2.2 分布點密度計算按Eckert建議值，D之1200mm寸，噴淋點密度為42點/m2,因該塔液相負荷較 大，設計取噴淋點密度為120點/m2。布液點數(shù)為n = 0. 785 父 1.22 父 120 = 135. 648點 比 136點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則， 進行布點設計。設計結(jié)果為：二級槽共設 七道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為 8mm槽高度為210mm兩槽中心矩為160mm 分布點采用三角形排列，實際設計布點數(shù)為 n=132點，布液點示意圖如圖所示。3.5.2.3布液計算重力型液體分布器布液能力計算LS = d02n , 2g H4=160mmi 巾=0.6d。4Ls4M 76321.55/998.2 黑 3600:<3.14 父 132 Mo.6M J2M9.18父0.161/2I=0.014m圖3-3槽式液體分布器二級槽的布液點示意圖3.6 其他附件的選擇3.6.1 離心泵的選擇IS125-100-200 單級單吸因為該吸收以清水為吸收劑，且根據(jù)計算可知選用離心泵型號為： 離心泵比較合適表 3-2轉(zhuǎn)速(r/min )流量m/h揚程H /m效率Y /%功率/kW必需汽蝕余量(NPSH)r/m軸功率電機功率2.51450loo12.5764.487.53.6.2 多孔型液體分布器多孔型液體分布器系借助孔口以上的液體層靜壓或泵送壓力使液體通過小孔注入塔內(nèi) 。3.6.3 直管式多孔分布器根據(jù)直管液量的大小，在直管下方開 26排對稱小孔，孔徑與孔數(shù)依液體的流 量范圍確定，通常取孔徑26mm,孔的總面積與及進液管截面積大致相等，噴 霧角根據(jù)塔徑采用30?；?5。，直管安裝在填料層頂部以上約 300mm此形分 布器用于塔徑600800mm對液體的均布要求不高的場合。根據(jù)要求，也可以 采用環(huán)形管式多孔分布器。3.6.4 排管式多孔分布器支管上孔徑一般為35mm孔數(shù)依噴淋點要求決定。支管排數(shù)、管心距及孔心 距依塔徑和液體負荷調(diào)整。一般每根支管上可開13排小孔，孔中心線與垂直線的夾角可取15、22.5 、30或45等，取決于液流達到填料表面時的均布狀況。 主管與支管直徑由送液推動力決定， 如用液柱靜壓送液， 中間垂直管和水平主管內(nèi)的流速為0.20.3m/s ,支管流速取為0.150.2m/s ;采用泵送液則 流速可提高。3.6.5 填料支撐板填料支撐板用于支撐塔填料及其所特有的氣體、 液體的質(zhì)量， 同時起著氣液流道及其體均布作用。 故要求支撐板上氣液流動阻力太大， 將影響塔的穩(wěn)定操作甚至引起塔的液泛。支撐板大體分為兩類， 一類為氣液逆流通過的平板支撐板， 板上有篩孔或為柵板式； 另一類斯氣體噴射型， 可分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支撐板和梁式氣體噴射型支撐板。平板型支撐板結(jié)構簡單， 但自由截面分率小， 且因氣液流同時通過板上篩孔或柵縫， 故板上存在液位頭。 氣體噴射性支撐板氣液分道， 即有利于氣體的均勻分配，又避免了液體在板上聚集。 梁式結(jié)構強度好， 裝卸方便， 可提高大于塔截面的自由截面，且允許氣液負荷較大，其應用日益受到重視。當塔內(nèi)氣液負荷較大或負荷波動較大時， 塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動或相互撞擊， 破壞塔的正常操作甚至損壞填料，為此，一般在填料層頂部設壓板或床層限制板。3.6.6 填料壓板與床層限制板填料壓板系藉自身質(zhì)量壓住填料但不致壓壞填料； 限制板的質(zhì)量輕，需固定于塔壁上。一般要求壓板或限制板自由截面分率大于70。3.6.7 氣體進由口裝置與排液裝置填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對 500mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對 1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐 形擴大器，或采用其它均布氣流的裝置。氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是 在氣體出日處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對除沫要求高時可采用 旋流板除霧器。液體出口裝置既要使塔底液體順利排出， 又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸 收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進出口管氣速可取1020m/s （高壓塔氣速低于此值）；液體進出口氣速可取0.81.5m/s （必要時可加大些）管徑依氣速決定后，應按標準管規(guī)定 進行圓整。3.6.8人孔表 3-7 131公稱壓力公稱直徑第封間型標準號常壓450 mm平聞（FS）HG21515-95主要符號說明51E亨利系數(shù)，atm氣體的粘度，Pasm一平衡常數(shù)中一水的密度和液體的密度之比g 一重力加速度，m%，*L 分別為氣體和液體的密度，kg/m3WGWL 一分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg sKYa一氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3 s)Z 一填料層高度，m21 = D建一塔截面積，4H0G一氣相傳質(zhì)單元高度，mNog一氣相總傳質(zhì)單元數(shù)KG 一以分壓差表示推動的總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2 s kPa )aw一單位體積填料的潤濕面積kG一以分壓差表示推動力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2 s kPa )H 溶解度系數(shù)，koml/(m2 kPa )kL 以摩爾濃度差表示推動力的液摩爾傳質(zhì)系數(shù)，ms心一氣體通過空塔截面的質(zhì)量流速，kg/(m2 s)R一氣體常數(shù)，8.314kN，m/(kmol K )Dg 溶質(zhì)在氣相中的擴散系數(shù)，m26D塔徑，mh一填料層分段高度，mP 一操作壓力，PaP一壓力降，Pau空塔氣速，msuF泛點氣速，ms丫一氣相摩爾比y一氣相摩爾分數(shù)0r表面張力，N/m小一填料因子，1/m參考資料1 楊祖榮，劉麗英，劉偉 . 化工原理 . 北京 . 化學工業(yè)出版社2 陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋編 . 化工原理 . 下冊第三版. 北京 . 化學工業(yè)出版社 ,2006.53 劉志麗主編. 化工原理 . 化學工業(yè)出版社,20084 吉林化學工業(yè)公司設計院， 化學工業(yè)部化工設計公司主編 . 化工工藝算圖第一冊 . 常用物料物性數(shù)據(jù). 北京 . 化學工業(yè)出版社,1982.105 5 馬江權 ， 化 工原理課程設計 （第 二版 ） . 江蘇 工業(yè)學 院 ， 2007.6 厲玉鳴主編 . 化工儀表及自動化 . 第四版 . 北京 . 化學工業(yè)出版社， 2010.77 賈紹義，柴誠敬主編. 化工原理課程設計（化工傳遞與單元操作課程設計）.天津 . 天津大學出版社，2002.88 陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋編 . 化工原理 . 上冊第三版. 北京 . 化學工業(yè)出版社 ,2006.59 王明輝編著. 化工單元過程課程設計. 化學工業(yè)出版社. 200710 吉林化學工業(yè)公司設計院，化工部中國環(huán)球化學工程公司主編 . 化工工藝算圖.第三冊化工單元操作. 北京 . 化學工業(yè)出版社,1993.311 葉世超 , 夏素蘭等編. 科學出版社 . 化工原理 下冊12 蔣維均 , 雷良恒 , 劉茂林編 . 清華大學出版社 . 化工原理 下冊13 蔣維均 , 余立新編著 . 清華大學出版社 . 化工原理 流體流動與傳熱.結(jié)束語化工原理課程設計進行兩個星期已經(jīng)臨近尾聲了。 兩個星期以來， 從最初對課程設計的恐懼與渴望， 到如今的熟悉與自信， 我體會到了其實做成一件事只需要腳踏實地，要做好一件事還需要大膽創(chuàng)新，不拘一格。兩個星期以來，雖然辛苦，但是收獲的是成就感與欣慰。在這次的課程設計中， 需要查閱大量的資料， 瀏覽各種信息。 由此鍛煉了我們搜集有用文獻的能力。另外，對于一次獨立的課程設計任務，同時需要用到word 文檔排版等有關計算機能力。最為重要的是，借此機會，鞏固復習了化工原理有關知識， 尤其是有關吸收方面的內(nèi)容。 讓理論在自己的設計中盡可能接近現(xiàn)實?？傊?，本次課程設計，無論對于將來的畢業(yè)設計，還是參加各種專業(yè)知識的大型競賽，以及走向工作崗位，都有一定的基礎作用。在此次課程設計中， 我得到了張老師的指導與幫助， 這對于我的任務的順利完成和設計的質(zhì)量上都有很大的提高。我衷心感謝老師的指點！