30℃时水吸收二氧化硫填料塔的设计课程设计报告 .docx

精品名师归纳总结目 录1课程设计目的 12课程设计题目描述和要求13课程设计报告内容 43.1 基础物性数据 43.1.1液相物性数据 43.1.2气相物性数据 53.1.3气液相平稳数据 63.2 物料衡算 63.3 塔径运算 73.3.1塔径的运算 83.3.2泛点率校核： 83.3.3填料规格校核： 93.3.4液体喷淋密度得校核： 93.4填料层高度的运算 93.4.1传质单元数的运算 93.4.2传质单元高度的运算 103.4.3填料层高度的运算 113.5 填料塔附属高度的运算113.6 液体分布器运算 123.6.1液体分布器的选型 123.6.2布液运算 133.7 其他附属塔内件的挑选133.7.1填料支承装置的挑选 133.7.2填料压紧装置 163.7.3塔顶除雾器 173.8 吸取塔的流体力学参数运算173.8 1 吸取塔的压力降 173.8.2吸取塔的泛点率 183.8.3气体动能因子 183.9 附属设备的运算与挑选183.9.1离心泵的挑选与运算 183.9.2吸取塔主要接管尺寸挑选与运算 19工艺设计运算结果汇总与主要符号说明 244总结 26参考文献 27可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 课程设计目的化工原理课程设计是同学学过相关基础课程及化工原理理论与试验后，进一步学习化工设计的基础学问，培育工程设计才能的重要教案环节.通过该环节的实践，可使同学初步把握单元操作设计的基本程序与方法，得到工程设计能力的基本锤炼 .化工原理课程设计是以实际训练为主的课程，同学应在过程中收集设计数据，在老师指导下完成肯定的设备设计任务，以达到培育设计才能的目的.单元过程及单元设备设计是整个过程和装备设计的核心和基础，并贯穿于设计过程的始终，从这个意义上说，作为相关专业的本科生能够娴熟的把握典型的单元过程及装备的设计过程和方法，无疑是特别重要的.2. 课程设计题目描述和要求2.1 设计题目描述(1) 设计题目二氧化硫填料吸取塔及周边动力设备与管线设计(2) 设计内容依据所给的设计题目完成以下内容：(1) 设计方案确定。(2) 相关衡算。(3) 主要设备工艺运算。(4) 主要设备结构设计与算核。(5) 帮助（或周边）设备的运算或挑选。 6制图、编写设计说明书及其它.(3) 原始资料设计一座填料吸取塔，用于脱除废气中的 SO2，废气的处理量为 1000m3/h ，其中进口含 SO2 为 9%（摩尔分率），采纳清水进行逆流吸取 .要求塔吸取效率达 94.9%. 吸取塔操作条件：常压 101.3Kpa 。恒温，气体与吸取剂温度： 303K清水取自 1800M 外的湖水 .示意图参见设计任务书.设计满意吸取要求的填料塔及附属设备。挑选合适的流体输送管路与动力设备（求出扬程、选定型号等），并核算离心泵安装高度 .2.2 设计要求设计时间为两周 .设计成果要求如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 完成设计所需数据的收集与整理2. 完成填料塔的各种运算3. 完成动力设备及管线的设计运算4. 完成填料塔的设备组装图5. 完成设计说明书或运算书（手书或电子版打印均可）目录、设计题目任务、气液平稳数据、L/G 、液泛速度、塔径、KYa （或 KXa 的运算、 HOL 、NOL 的运算、动力设备运算过程（包括管径确定）等.3. 课程设计报告内容吸取塔的工艺运算3.1 基础物性数据3.1.1 液相物性数据对低浓度吸取过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据.由手册查得， 30时水的有关物性数据如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结密度水995.7Kg / m3 【1】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结黏度水801.510 6 Pas【1】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结表面张力为L0.07122N/m【1】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SO2 在水中的扩散系数为DL2.2109 m2/ s 【1】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结M 空气29 Kg/mol 【1】M二氧化硫64 Kg/mol 【1】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结MM 空气 （1y1）M 二氧化硫y1290.91640.0932.15 kg/kmol可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结混合气体的密度为MP1.293 Kg/ m3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结VRT混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查资料【1】得 30空气的黏度为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5.010.74213.900.01230.59560.272.500.3796.980.01320.28428.771.500.2304.200.01380.16416.611.000.1542.800.01460.10410.540.700.1081.960.01560.0686.930.500.0771.400.01600.0474.800.300.0470.840.01790.0262.620.200.0310.560.01970.0161.570.150.0230.420.02130.0111.080.100.0160.280.02540.0060.63平均溶解度系数H0.01698G =0.0000186pas 【1】查得 SO2 在空气中的扩散系数为DG1.46910 5 m2 / s 【1】3.1.3 气液相平稳数据查资料【 5】：KgSO2CAkmol/m3x103HyPA*kpa100KgH 2Okmol/kpa*m3CA-30度时二氧化硫在水中的平稳浓度，单位为kmol/m3x -30度时二氧化硫在水中溶解平稳时的摩尔分数H-30度时二氧化硫在水中达到平稳时的溶解度系数，单位为kmol/kpa*m3 y-30度时气相中二氧化硫的摩尔分数P*A -30度时气相中二氧化硫的平稳分压，单位为kpa由以上的 y 和 x，以 x 的值为横坐标， y 的值为纵坐标作平稳曲线，如图1.1：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0.70.60.50.4y系列10.30.20.10051015x/10003.2 物料衡算进口气体的体积流量G'=1000m3/h二氧化硫的摩尔分数为y1=0.0进塔气相摩尔比为Y1=y1/1-y1=0.09/1-0.09=0.0989可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结效率1Y2 / Y194.9%可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结出塔气相摩尔比Y2=Y1 1=0.00504可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结进 塔 惰 性 气 相 流 量G=G'/22.41-y1273/303=1000/22.41-0.09273/303=36.603kmol/h空气的体积流量VG=G'1-y1=10000.91=910m3/h出口液体中溶质与溶剂的摩尔比X2=0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由图 1.1 平稳曲线可以读出y1=0.09 所对应的溶质在液相中的摩尔分数*x1 =0.00252可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结对应的液相中溶质与溶剂的摩尔比为*x1X*x1*110.0025210.002520.00253可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结最小液气比 L GminY1Y2XX*1237.099 【1】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L取液气比G1.5 LGmin55.649 【1】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结故 L=G55.649=2036.920kmol/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结操作线方程： YLXY2G【1】 代入数据得： Y55.649X0.00504可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.3 塔径运算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结该流程的操作压力及温度适中，防止二氧化硫腐蚀，故此选用填料 .25mm 型的塑料鲍尔环可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其主要性能参数为： 比表面积间隙率a209m2 / m3 【4】t0.90m3 / m3 【4】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结外形修正系数=1.45【4】1填料因子平均值p =232 m【4】A=0.0942 【4】K=1.75 【4】3.3.1 塔径的运算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L水吸取液的密度近似看成30 度水的密度：995.7Kg / m3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结空气30 度时空气的密度1.165Kg / m3【1】二氧化硫2.927Kg / m3 【1】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结V水MP1.293 Kg / m3 M18Kg / kmol可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结RT采纳 Eckert 关联式运算泛点气速： 气相质量流量为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结WG（ G,G）273/ 303可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结V空气二氧化硫9101.165902.927273/ 3031297.5 Kg / h液相质量流量为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结WLLM 水2036.921836664.56Kg / h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结选用25mm 型的塑料鲍尔环A=0.0942 【4】K=1.75 【4】ta209m2 / m30.90m3 / m3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结l gFatu23 gV0.2LLAK WL WV1 / 4 V 1/ 8 【4】L可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结代入数值得： u F0.77m / s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结取空塔气速： u,0.6u F0.462 m/ s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结塔径 DG0.875m 【1】u,4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结圆整塔径，取 D=0.9mG '1000 / 3600可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结就算得 u0.785D20.7850.920.437m / s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.3.2 泛点率校核：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结G'u0.785D1000 / 360020.7850.920.437m / s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结u0.437100%56.75%50% 85%为体会值，所以在答应范畴之内uF0.773.3.3 填料规格校核：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结D0.93615合格 【4】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结d0.0253.3.4 液体喷淋密度校核：填料表面的润湿状况是传质的基础，为保持良好的传质性能，每种填料应维护肯定的液体润湿速率（或喷淋密度）.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依 Morris等 推 荐 ， d<75mm的 环 形 及 其 它 填 料 的 最 小 润 湿 速 率 （ LW） min为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0.08 m3/ m2 h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结最小喷淋密度U minLWminat0.0820916.72m3 /m2 h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由图 1.1 曲线可以读出以下点数序号y9 个点所对应的Yy 和 x：x*X*Xf1X *X89%0.098900.002450.0024560.0016871300.39378%0.086960.002220.0022200.0014721336.89867%0.075270.001970.0019700.0012621412.42956%0.063830.001720.0017230.0010561499.25045%0.052630.001460.0014620.0008891745.20134%0.041670.001230.0012320.0006581742.1623%0.030930.000970.0009710.0004651980.19812%0.020410.000730.0007300.0002762202.64300.457%0.005040.000240.00024104168.404喷淋密度 ULV36.8230.92457.91m3 / m2 hUmin经以上校核可知，填料塔直径选用D=900mm 合理 .3.4 填料层高度的运算3.4.1 传质单元数的运算X*8X*00.0024560.000241由辛普森积分法有：880.000277NOL3 f0f 84 f12 f 24 f30.000092342868.2543.96 mx* - 与 y 对应的平稳液相中的溶质的摩尔分数X * -与 Y 对应的平稳液相中的溶质与溶剂的摩尔比NOL - 传质单元数，单位m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.4.2 传质单元高度的运算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结C3310 3 N/ m, ,L7.12210 2 N / m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结查资料【 5】有： DG1.46910 5 m 2/ s, , DL2.210 9 m2 / s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结G1.8610 5 Pas可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结气相总传质单元高度采纳修正的恩田关联式运算：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结aW1exp 1.45C 0.75 ,WL 0.1 ,2W aLt 0.05 ,2WL 0.2 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结aa2gatLtLLLLt液体质量通量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结W,WL L36664.5657662.28Kg / m2h0.92可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4气体质量通量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结W,WV G1297.52040.58Kg / m2h0.92可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4代入数值得： aW气膜吸取系数：W,208.96m2 / m3a D可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结kG,0.237GatG0.7 GDGG1/3 tG RT可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0.23732.715.220.0000012220.0001439kmol / ms pa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结液膜吸取系数：,W,2/30.5g 1/3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结LLLkL0.0095aWLDLLL0.009520.91 0.000870.3050.0000527m / s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结k , ak, a1.10.0453s 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结GGWLLWk , ak, a0.40.0128s 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结u0.5uF故连续修正：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结k a19.5 u0.51.4 k, a0.0552s 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结uGGLF可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结kL a12.6 uuF0.52.2 k , a0.0129s 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结KL a10.01284s 1H1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结kGakl a可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结HOLVLKL a1.25m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.4.3 填料层高度的运算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由 ZH OLNOL1.253.964.95m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结填料有效高度取：Z =1.3Z=6.435m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设计取填料层高度为Z '6.435m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.5 填料塔附属高度的运算塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体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别出来而留取的高度，可取 1.2m（包括除沫器高度） .设塔定液相停留时间为10s，就塔釜液所占空间高度为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结10WL /水1036664.56 / 3600995.7=0.16m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0.785D 20.7850.92考虑到气相接管的空间高度，底部空间高度取为0.5M ，那么塔的附属空间高度可以取为1.7m.吸取塔的总高度为 h1.76.4358.135m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.6 液体分布器运算液体分布器可分为初始分布器和再分布器，初始分布器设置于填料塔内，用于将塔顶液体匀称的分布在填料表面上，初始分布器的好坏对填料塔效率影响很大，分布器的设计不当，液体预分布不均，填料层的有效湿面积减小而偏流现象和沟流现象增加，即使填料性能再好也很难得到中意的分别成效 .因而液体分布器的设计特别重要 .特殊对于大直径低填料层的填料塔，特殊需要性能良好的液体分布器 .液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点匀称性，各布液点上液相组成的匀称性打算，设计液体分布器主要是打算这些参数的结构尺寸 .对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要匀称。自由截面率要大。操作弹性大。不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等。可用多种材料制作，且操作安装便利， 简洁调整水平 .液体分布器的种类较多，有多种不同的分类方法，一般多以液体流淌的推动力或按结构形式分 .如按流淌推动力可分为重力式和压力式，如按结构形式可分为多孔型和溢流型 .其中，多孔型液体分布器又可分为：莲蓬式喷洒器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和双排管式多孔型分布器等.溢流型液体分布器又可分为：溢流盘式液体分布器和溢流槽式液体分布器.依据本吸取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打算，喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大这一规律 .3.6.1 液体分布器的选型D800mm时，建议采纳盘式分布器（筛孔式）3.6.2 液体分布器的挑选：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结按 Eckert 建议值， D750 mm时，每60cm2塔截面设一个喷淋点，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结按分布点几何匀称与流量匀称的原就，进行布点设计.设计结果为：盘式分布器（筛孔式）：【5】分布盘直径： 600mm【5】分布盘厚度： 4mm【5】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.6.3 布液运算0.58,H160mm由d 取LS4ndo n2 g 1 /H24 LS2 g H43.1485348.31/ 998.21360.58236009.810.161 / 20.0150可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设计取 d 015mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.7 其他附属塔内件的挑选3.7.1 填料支承装置的挑选填料支承装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量，同时保证气液两相顺当通过 .支承如设计不当，填料塔的液泛可能第一发生在支承板上.为使气体能顺当通过，对于一般填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50% 以上，且应大于填料的间隙率 .此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面 .自由截面太小，在操作中会产生拦液现象.增加压强降，降低效率，甚至形成液泛 .由于填料支承装置本身对塔内气液的流淌状态也会产生影响，因此作为填料支承装置，除考虑其对流体流淌的影响外，一般情形下填料支承装置应满意如下要求：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 1） 足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量（持液量），并考虑填料间隙中的持液量，以及可能加于系统的压力波动，机械震惊，温度波动等因素.足够的开孔率（一般要大于填料的间隙率），以防止第一在支撑处发生液泛。为使气体能顺当通过，对于一般填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的间隙率 .此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面.自由截面太小，在操作中会产生拦液现象.增加压强降，降低效率，甚至形成液泛 12.结构上应有利于气液相的匀称分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于20Pa）。结构简洁，便于加工制造安装和修理.要有肯定的耐腐蚀性 .因栅板支承板结构简洁，制造便利，满意题目各项要求，应选用栅板支承板.栅板两块查资料【 5】单位： mmDR880440h50s6t25栅板 1：（单位： mm）l 1L1n1l2l 3连接板长度270880102507270栅板 2：（单位： mm）ln1l2l 3连接板长度303102509260如图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结支承板可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结支撑圈两块查资料【 5】D1 mmD 2 mm厚度（ mm）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结8947948可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结气管式再分布器升3.7.2 填料压紧装置为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳固，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料缺失，必需在填料层顶部设置填料限定装置.填料限定可分为类：一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板。一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限定板.填料压板常用于陶瓷填料，以可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破裂.床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于 填料层膨胀，转变其开头积累状态而造成的流体分布不匀称的现象.一般要求压板和限制板自由截面分率大于70%.本任务由于使用塑料填料，应选用床层限定板.3.7.3 塔顶除雾器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结uKLG G0.09 m / s由于气体在塔顶离开填料塔时，带有大量的液沫和雾滴，为回收这部分液相，常常需要在顶设置除沫器.依据本吸