化工原理课程设计--吸收塔.doc
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1、目录引言11.流程的说明22.吸收塔工艺计算42.1基础物性数据42.1.1 液相物性数据4.2.1.2气相物性数据42.2物料衡算42.3填料塔的工艺尺寸计算52.3.1塔径计算52.3.2传质单元高度的计算72.3.3 传质单元数的计算72.3.4填料层高度的计算82.4塔附属高度的计算92.5填料层压降的计算92.6其他附属塔内件的选择102.6.1液体分布器的选择:102.6.2布液计算112.6.3液体再分布器的选择122.6.4填料支承装置的选择122.6.5填料压紧装置122.6.6塔顶除雾器132.7吸收塔的流体力学参数计算132.7.1 吸收塔的压力降132.7.2 吸收塔的
2、泛点率校核132.7.3 气体动能因子133.1吸收塔主要接管的尺寸计算133.2离心泵的计算与选择143.3风机的选取154.总结16附录一 吸收塔设计计算用量符号总表17参考文献1919引言气体吸收过程是利用混合气体中,根据各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异,使其在气液两相接触是发生传质,实现气液混合物的分离。在化学工业中,经常需将气体混合物中的各个组分加以分离,其目的是:回收或捕获气体混合物中的有用物质,以制取有利有价值的产品;除去混合气体中的有害成分,使气体净化,以便进一步加工处理;或除去工业放空尾气中的有害物质,以免污染大气。运用填料塔吸收有害气体是减少大气污染的有效方法之一实
3、际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。气体混合物的分离,总是根据混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异而进行的。根据不同性质上的差异,可以开发出不同的分离方法。吸收操作仅为其中之一,它利用混合物中各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异,在气液两相接触时发生传质,实现气液混合物的分离。一般来说,完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中,原料气的净化,气体产品的精制,治理有害气体,保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为主要设备之一,越来越受到青睐而且与板式塔相比,新型的填料塔性能具有如下特点:(1)生产能力大;(2)分离效率高;(3)压降小;(4)操作弹性大;(5)持液量
4、小。,填料塔还具有结构简单、压降低、填料医用服饰材料制造等优点,从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。二氧化硫填料吸收塔,以水为溶剂,经济合理,净化度高,污染小。此外,由于水和二氧化硫反应生成硫酸,有很大的利用。1.流程的说明工业上使用的吸收流程多种多样,可以从不同的角度进行分类,从所用的吸收剂的种类看,有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两部吸收流程,从所用的塔设备数量看,可分为单塔吸收流程很多塔吸收流程,从塔内气液两相得流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程,此外,还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。吸收用塔设备的要求,是用较小直径的塔设备完成规定的处理量,塔板或
5、填料层阻力要小,具有良好的传质性能,具有合适的操作弹性,结构简单,造价低,便于安装、操作和维修等。但是吸收过程,一般具有液气比大的特点,因而更适用填料塔。其优点是:填料塔阻力小,效率高,有利于过程节能。所以对于吸收过程来说,以采用填料塔居多。填料塔的工艺设计内容是在明确了装置的处理量,操作温度及操作压力及相应的相平衡关系的条件下,完成填料塔的工艺尺寸及其他塔内件设计1填料塔的选择单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程,如过程无特别需要,则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高,使用单塔操作时,所需要的塔体过高,或采用两步吸收流程时,则需要采用多塔流程(通常是双塔吸收流程)2逆流吸收与并流吸收
6、吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作,由于逆流操作具有传质推动力大,分离效率高(具有多个理论级的分离能力)的显着优点而 广泛应用。工程上,如无特别需要,一般均采用逆流吸收流程。本设计采用单塔逆流操作。3.填料的选择1.散堆填料 目前散堆填料主要有环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料。所用的材质有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金属等(1)拉西环填料拉西环填料于1914年由拉西(F. Rashching)发明,为外径与高度相等的圆环,如图片拉西环所示。拉西环填料的气液分布较差,传质效率低,阻力大,通量小,目前工业上已较少应用。(2) 鲍尔环填料如图片鲍耳环所示,鲍尔环是对拉西环的改进,在
7、拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔,被切开的环壁的一侧仍与壁面相连,另一侧向环内弯曲,形成内伸的舌叶,诸舌叶的侧边在环中心相搭。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。鲍尔环是一种应用较广的填料。(3) 阶梯环(Stairs wreath)填料如图片阶梯环所示,填料的阶梯环结构与鲍尔环填料相似,环壁上开有长方形小孔,环内有两层交错 45的十字形叶片,环的高度为直径的一半,环的一端成喇叭口形状的翻边。这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高,其生产能力可提高约10%,
8、压降则可降低25%,且由于填料间呈多点接触,床层均匀,较好地避免了沟流现象。阶梯环一般由塑料和金属制成,由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料,因此获得广泛的应用。(4) 矩鞍填料如图片矩鞍填料所示,将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面,且两面大小不等,即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠,液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成,其性能优于拉西环。目前,国内绝大多数应用瓷拉西环的场合,均已被瓷矩鞍填料所取代。(5) 金属环矩鞍填料如图片金属换环聚鞍填料所示,环矩鞍填料(国外称为Intalox)是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料,该填料一般以金属材质制成,故又称为金属环矩鞍填料。环矩
9、鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体,其综合性能优于鲍尔环和阶梯环,在散装填料中应用较多。填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件下,填料的比表面积越大,气液分布越均匀,表面的润湿性能越好,则传质效率越高;填料的空隙率越大,结构越开敞,则通量越大,压降亦越低。采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价本设计选用瓷质鲍尔环。填料采用乱堆形式,因为乱堆形式能使气液相对充分接触,而且填料时省时省工。4液体分布器的选择根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器,布液孔数应应依所用填料所需的质量分布要求决定,喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度
10、越大这一规律。5液体再分布器的选择升气管式再分布器适用于直径0.6m以上的塔,而且可以分段卸下填料,更换填料方便,所以本设计选用升气管式再分布器。2.吸收塔工艺计算2.1基础物性数据2.1.1 液相物性数据对低浓度吸收过程,溶液的物性数据可近似取水的物性数据。由手册查得,20时水的有关物性数据如下:密度黏度表面张力为SO2在水中的扩散系数为.2.1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为: 混合气体的密度为: 混合气体的黏度可近似取为空气的黏度,查资料得20空气的黏度为:查得SO2在空气中的扩散系数为:2.2物料衡算进口气体的体积流量:二氧化硫的摩尔分数为: 进塔气相摩尔比为:效率: 出塔气相
11、摩尔比 : 进塔惰性气相流量 : 出口液体中溶质与溶剂的摩尔比 : X2=0查表知20时最小液气比: 取液气比 :故 2.3填料塔的工艺尺寸计算2.3.1塔径计算 该流程的操作压力及温度适中,避免二氧化硫腐蚀,故此选用型的陶瓷鲍尔环填料。 其主要性能参数为:比表面积: 空隙率: 形状修正系数:填料因子平均值: 吸收液的密度近似看成20度水的密度:采用Eckert关联式计算泛点气速:气相质量流量为:液相质量流量为:选用型的陶瓷鲍尔环 填料因子比表面积 查乱堆填料泛点线图知: 代入数值得:取空塔气速:塔径圆整塔径,取 (50%-80%为经验值,所以在允许范围之内)(合格)液体喷淋密度校核:填料表面
12、的润湿状况是传质的基础,为保持良好的传质性能,每种填料应维持一定的液体润湿速率(或喷淋密度)。依Morris等推荐,的环形及其它填料的最小润湿速率()min为最小喷淋密度 : 喷淋密度:经以上校核可知,填料塔直径选用合理。2.3.2传质单元高度的计算2.3.3 传质单元数的计算 液体质量通量:气体质量通量: 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:气膜吸收系数: 液膜吸收系数: 查表知:继续修正:2.3.4填料层高度的计算由填料有效高度取:设计取填料层高度为 : 对于乱堆鲍尔环 : ,取 计算得填料层高度为6.1m需要分层2.4塔附属高度的计算塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度,安装液体
13、分布器所需的空间高度,塔的底部空间高度等。塔的上部空间高度是为使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来而留取的高度,可取1.0m(包括除沫器高度)。设塔定液相停留时间为40s,则塔釜液所占空间高度为考虑到气相接管的空间高度,底部空间高度取为1.1米,升气管式再分布器高度取0.2m,那么塔的附属空间高度可以取为2.3m。吸收塔的总高度为2.5填料层压降的计算取 Eckert (通用压降关联图);将操作气速(0.8688m/s) 代替纵坐标中的查表,DG50mm陶瓷鲍尔环的压降填料因子代替纵坐标中的则纵标值为:横坐标为:查图得:全塔填料层压降 : 填料塔泛点气速及气体压力降计算用关联图2.6其他附属
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