填料吸收塔的结构组成1篇

  103.2.3 气体填料吸收塔二、设计 条件: 生产能力:2000Nm3/h空气和SO 混合气混合气中SO 组成(体积分数):10%排放含量: 0.16% 操作方式:连 续操作 操作温度:20 操作压力:常压 吸收剂:清水 平衡线三、设计内容 附属装置的选型和设计。 四、设计基础数据:参考教材及参考资料。五、设计成果: 调料吸收塔工艺条件图(2#图幅)六、设计时间安排: 1.1.吸收的定义 吸收是分离气体混合物的单元操作,其分离原理是利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来实现不同 气体的分离。一个完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部 分。气体吸收过程是利用气体混合物中,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。 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,保护环境等方面都广泛应用到气体吸收过程。 本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔的方法处理含有二氧化硫的混合物,使其达到排放标 准,采用填料吸收塔吸收操作是因为填料可以提供巨大的气 液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况,从而使吸收 易于进行,填料塔有通量大,阻力小,压降低,操作弹性大, 塔内持液量小,耐腐蚀,结构简单,分离效率高等优点,从 而使吸收操作过程节省大量人力和物力。 在设计中,以水吸收混合气中的二氧化硫,在给定的操作 条件下对填料吸收塔进行物料衡算。本次设计包括设计方案 的选取、主要设备的工艺设计计算--物料衡算、设备的结构 设计和工艺尺寸的设计计算、工艺流程图、主要设备的工艺 条件图等内容。 在化学工业中,吸收操作广泛应用于石油炼制,石油化工中分离气体混合物,原料气的精制及从废气回收有用组分或 去除有害组分等。吸收操作中以填料吸收塔生产能力大,分 离效率高,压力降小,操作弹性大和持液量小等优点而被广 泛应用。 2.1方案的确定 用水吸收SO 属中等溶解度的吸收过程,为提高传质效率,选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂,且 SO 2.2填料的类型与选择 填料是填料塔中气液接触的基本构件,其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要元素,因此,填料的选择是填料塔 设计的重要环节。 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料。 散装填料根据结构特点的不同,又可分为环形填料,鞍形填 料,环鞍形填料及球形填料等。 的过程,操作温度及操作压力较低,工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中,塑料阶梯环 填料的综合性能较好,故此选用DN38 聚丙烯阶梯环填料。 阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比,阶梯环高度减少了一半,u乐国际!并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少, 使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了气体通过 填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度,而且 使填料之间由线接触为主变成以点接触为主,这样不但增加 了填料间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散 点,可以促进液膜的表面更新,有利于传质效率的提高。阶 梯环的综合性能优于鲍尔环,成为目前所使用的环形填料中 最为优良的一种。 2.3设计步骤 填料塔的工艺尺寸计算;主要包括:塔径,填料层高度及压降; 绘制有关吸收操作图纸。 3.1基础物性数据 3.1.1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纯水的物性数据。由手册查得,20时水的有关物性数据如下: 密度 =998.2kg/m3 =0.001Pas=3.6kg/(mh) 表面张力为 =72.6dyn/cm=940896 kg/h2 DL=1.4710-5m 2/s=5.2910-6m =1.85910 计算,查《化学工程基础》)0.6 3.1.2气相物性数据 设进塔混合气体温度为25, 混合气体的平均摩尔质量 Vm=Σyi =0.164.06+0.929=32.506g/mol混合气 体的平均密度为 Vm=PM/RT=101.32532.506/(8.314293.15)=1.3138kg/ 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得20空气的粘度为 =1.8110-5Pa•s=0.065kg/(m•h) 查手册得 SO =0.018cm2/s=0.039 m2/h 0T1.75-5 计算,其中273K时,1.01310Pa 数为1.2210m2/s,查《化学工程基础》) 3.1.3气液相平衡数据 E=3.5510 kPa 溶解度系数为 H=ρ/EM=998.2/4.1310318.02=0.0156kmol/(kPam 3.1.4物料衡算 10 近似取塔平均操作压强为101.3kPa 混合气量=2000( 混合气SO 中量=83.190.1=8.319 kmol 设混合气中惰性气体为空气,则混合气中空气量=83.19-8.319=74.87kmol (3)混合气进出塔摩尔比组成进塔气相摩尔比为 ==0.111-y 11-0.1 出塔气相摩尔比为11 =0.11(1-0.984)=0.00176 该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算 min=12 0.11-0.00176()min ==30.47 =1.4()min =1.430.47=42.66 =42.6674.87=3194.10 kmol/h 74.87(0.11-0.00176) =0.0025412 3.2填料塔的工艺尺寸的计算 3.2.1塔径的计算 采用Eckert通用关联图计算泛点气速。 气相质量流量为 =20001.3514=2702.8kg/h 液相质量流量可近似按纯水 的流量计算,即 =3194.1018.02=57557.68kg/h 其中: =1.3287kg/m 9.81m/s2 1.27108m/h2 2702.8kg/h 57557.68kg/h =0.00100Pas (1)采用Ecekert通用关联图法计算泛点气速u ——重力加速度,m/s2; ——分别为气体和液体的密度,kg/m3; 此图适用于乱堆的颗粒形填料,如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等,其上还绘制了整砌拉西环和弦栅填 料两种规整填料的泛点曲线。对于其他填料, Eckert通用关联图的横坐标为 =170m-1 ==0.931m圆整塔径,取D =l.0m。 (4)泛点率校核: 0.7851.0 0.707=100%=60.60%(在允许范围内) (6)液体喷淋密度校核:取最小润湿速率为 min=0.08m3/mh 查填料手册得 =0.08132.5=10.6m3/m2h 0.7851.0 经以上校核可知,填料塔直径选用D=1000mm合理。 3.2.2填料层高度计算 (1)传质单元数N OG 由平衡关系式可知平衡线)+2(f dY0.010824 [586.18+23.88+4(128.53+58.07+39.65+30.91+29.72)0.00176Y +2(78.38+48.41+34.61+29.72)]NOG ==7.72 =1-exp-1.45 1116 33dyn/cm 427680kg/h2 液体质量通量为: 0.7851.0 73321.321.8973321.89132.5 =1-exp-1.45 940896132.53.6998.2 1.27 10998.2 940896 132.5 =0.5828 20001.3514 17 0.7851.0 0.0653443.05132.50.039 132.50.0651.3514 0.0518.314 298 73321.893.63.61.27 10 -60.4059132.5 3.2173998.2 6.206 10998.2= 1.353m 本设计填料类型为开孔环所以 =1.45,则 =0.0343132.5 0.5628 1.45=3.8492kmol mhkPa =1.353132.5 0.5628 1.45 u/uF=60.60>50 需要按下式进行校正,即 1+9.5-0.5 1+2.6-0.5 19 m3hkPa 5.410.0156123.66 m3hkPa 1.422101.3 0.785 1.02=0.687m OG=0.68 7.72=5.25m 根据设计经验,填 料层的设计高度一般为 ′=(1.2~1.5)Z(4-19) 1.255.25=6.56 max6m =81000=8000mm 6800mm故需分为两段,每段高3.4m 3.2.3填料层压降计算 采用Eckert通用关联图计算填料层压降。 查表得,Φp=116 0.20.672116 11.3514 22 Eckert通用关联图得: 132Pa/m填料层压降 穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴,因此需在塔顶气体排出口前设置除沫器,以尽量除去气体中被夹带的液体 雾沫,常用的型式有填料除雾器、折流板式除雾器、丝网除 雾器这几类,SO 溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出,影响吸收效率,采用除沫装置,根据除沫装置类 型的使用范围,该填料塔选取丝网除沫器。 丝网除雾沫器:一般取丝网厚度H=100~150mm,气体通 过除沫器的压降约为120~250pa。 该吸收塔液相负荷较大,而气相负荷相对较低,故选用槽式液体分布器。 (2)分布点密度计算 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值 Eckert建议值,因该塔液相负荷较大,设计取喷淋点 23 密度为140 点/m2 设计结果为:二级槽共设七道,在槽侧面开孔,槽宽度为80mm ,槽高度为210mm 。两槽中心矩为 160mm 分布点采用三角形排列,实际设计布点数为n=112 图二槽式液体分布器二级槽的布液点示意图 设计取d0=14mm 液体分布器的安装一般高于填料层表面150~300 mm 决于操作弹性),槽式分布器主槽分槽高度均取 210mm 主槽宽度为塔径的0.7~0.8,这里取塔径的0.7,分槽宽度由 液体量及停留时间确定,最低液位为 50mm 为宜,最高液 位由操作弹性塔内允许高度及造价确定,一般为200 mm 在离填料顶面一定距离处,喷淋的液体便开始向塔壁偏流,然后沿塔壁下流,塔中心处填料的不到好的润湿,形成所谓 的“干锥体”的不正常现象,减少了气液两相的有效接触面 积。因此每隔一定的距离设置液体再分布装置,以克服此现 由于塔径为1000mm,因此可选用升气管式再分布器, 分布外径1080mm ,升气管数8。 填料支撑结构是用于支承塔内填料及其所特有的气体和液体的重量之装置。对填 25 料支承结构的基本要求是:有足够的强度以支承填料的重量;提供足够的自由截面以使气、液两相流体顺利通过,防 止产生液泛;有利于液体的再分布;耐腐蚀,易制造,易装 栅板式的支承结构较为常见,由竖立的扁钢制成。栅板可以制成整块式或分块式的。一般直径小于500mm 的塔可以 采用整块式栅板;直径为大于600mm 的塔,可以根据情况 将栅板分成若干块,每块宽度在 300~400mm 之间,以便于 装卸。栅条间距为填料外径的 0.6~0.8 倍。在直径较大的塔 中,当填料环尺寸较小时,也可采用间距较大的栅板、 气体喷射式支承板的结构特点是:为气体和液体提供了不同的通道,气体易于进入填料层,液体也可自由排出,避免 了因液体积聚而发生液泛的可能性,并有利于液体的均匀再 分配。 气体喷射式支承板有圆柱升气管式和梁式,而以梁式较为优越,梁式支承板用于小塔可制成整体式,用于大塔则分块 制作或塔内组装。它可提供超过90%的自由截面(有时甚至 26 达到100%),保证气体通量大,阻力小。因此,在新型填料 塔中广泛采用了这种结构。 为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动,需在填料层上方设置填料压紧装置。 (1)气体和液体的进出口直径的计算由公式 Vs为流体的体积流量,m 常压气体进出口管气速可取10~20m/s;液体进出口速度可取0.8~1.5 m/s(必要时可加大)。 =2000/3600=0.556m3/s 代入 上公式得d=217mm圆整之后,气体进出口管径为d=369mm 选液体流速为2.0 (3600998.2)=0.016m3/s代入上公式得 d=100 mm,圆整 之后液体进出口管径为d=110 mm 75mm 27(4)塔附属高的确定 塔的附属空间高度主要包括塔的上部空间高度,安装液体分布器和液体再分度器所需的空间高度,塔的底部空间高度 以及塔的群坐高度。塔的上部空间高度是指塔填料层以上, 应有一足够的空间高度,以使随气流携带的液滴能够从气相 中分离出来,该高度一般取1.2-1.5。安装液体再分布器所需 的塔空间高度依据所用分布器的形式而定一般需要 1-1.5m 的高度。 塔的底部空间高度是指塔底最下一块塔板到塔底封头之间的垂直距离。该空间高度含釜液所占的高度及釜液面上方的 气液分离高度的两部分。釜液所占空间高度的确定是依据塔 的釜液流量以及釜液在塔内的停留时间确定出空间容积,然 后根据该容积和塔径计算出塔釜所占的空间高度。 塔底液相液相停留时间按1min 考虑,则塔釜液所占空间 603194.19 18.02 0.7853600 998.2 1.0 考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取1.5 米,所以塔的附属空间高度可以取3.7 五、设计结果汇总28 ——填料的总比表面积,m2/m3 ——填料的润湿比表面积,m2/m3 ——重力加速度,9.81m/s2 HETP关联式常数; max——允许的最大填料层高度,m OG——气相总传质单元高度,m ——气相总吸收系数,kmol/(m2skPa);29 ——润湿速率,m3/(ms); OG——气相总传质单元数; ——液体喷淋密度,m3/(m2h) min——最小液体喷淋密度,m 3/(m2h) ——液相摩尔比Z30 《化工单元过程及设备课程设计》,化学工业出版社,2002. 贾绍义,柴诚敬,《化工原理课程设计》, 天津大学出 31学工业出版社,2000. 杨祖荣,刘丽英,刘伟,《化工原理》, 北京: 化学工 业出版社, 2004. 在这次设计的过程中,我遇到了许多问题, 有计算机的, 还有其他的. 因此,课程设计让我认识到很多问题,发挥主 观能动性独立地去通过书籍、网络等各种途径查阅资料、查 找数据,确定设计方案, 这为我们以后的工作和学习打下了

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