化工原理课程设计℃时水吸收二氧化硫填料塔的设计

《化工原理》

课程设计报告

题目：处理量为1000m3/h清水吸收二氧化硫填料吸收塔设计

系别：环境科学与工程学院

专业班级：环境工程11（2）班

姓名：陈新林

学号：

指导教师：郑育英

（课程设计时间：2013年12月30日——2014年1月5日）

广东工业大学

目录

1．课程设计目的 (1)

2．课程设计题目描述和要求 (1)

3．课程设计报告内容 (4)

塔径计算 (7)

塔径的计算 (8)

(8)

(9)

(9)

填料层高度的计算 (9)

传质单元数的计算 (9)

(10)

(11)

填料塔附属高度的计算 (11)

2

(13)

4．总结 (26)

参考文献 (27)

1. 课程设计目的

化工原理课程设计是学生学过相关基础课程及化工原理理论与实验后，进一步学习化工设计的基础知识，培养工程设计能力的重要教学环节。通过该环节的实践，可使学生初步掌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锻炼。化工原理课程设计是以实际训练为主的课程，学生应在过程中收集设计数据，在教师指导下完成一定的设备设计任务，以达到培养设计能力的目的。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熟练地掌握典型的单元过程及装备的设计过程和方法，无疑是十分重要的。

2．课程设计题目描述和要求

设计题目描述

(1) 设计题目

二氧化硫填料吸收塔及周边动力设备与管线设计

(2) 设计内容

根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)主要设备工艺计算；

(4)主要设备结构设计与算核；

(5)辅助（或周边）设备的计算或选择；

(6)制图、编写设计说明书及其它。

(3) 原始资料

，废气的处理量为1000m3/h，其中进设计一座填料吸收塔，用于脱除废气中的SO

2

为2%（摩尔分率），采用清水进行逆流吸收。要求塔吸收效率达98%。吸收塔操口含SO

2

作条件：常压：；恒温，气体与吸收剂温度：303K

清水取自1800米外的湖水。示意图参见设计任务书。

⒈设计满足吸收要求的填料塔及附属设备；

⒉选择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。

设计要求

设计时间为一周。设计成果要求如下：

1.完成设计所需数据的收集与整理

2. 完成填料塔的各种计算

3. 完成动力设备及管线的设计计算

4. 完成填料塔的设备组装图

5. 完成设计说明书或计算书（手书或电子版打印均可）

目录、设计题目任务、气液平衡数据、L/G 、液泛速度、塔径、K Y a （或K X a 的计算、H OL 、N OL 的计算、动力设备计算过程（包括管径确定）等。 3．课程设计报告内容

吸收塔的工艺计算

基础物性数据 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，30℃时水的有关物性数据如下： 密度3/7.995m Kg =水ρ【1】 黏度s Pa ⋅⨯=-6105.801水μ【1】 表面张力为0.07122N/m L σ=【1】

SO2在水中的扩散系数为922.210/L D m s -=⨯【1】 气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为

29=空气M Kg/mol 【1】 64=二氧化硫M Kg/mol 【1】

15.3209.06491.029111__

=⨯+⨯=⨯+-⨯=y M y M M 二氧化硫空气）（kg/kmol

混合气体的密度为 3__

/293.1m Kg RT

P

M V =⋅=

ρ 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 =0.0000186pa s G μ⋅【1】

查得SO2在空气中的扩散系数为 521.46910/G D m s -=⨯【1】

查资料【5】：

C A -------------30度时二氧化硫在水中的平衡浓度，单位为kmol/m 3

x ----------------------30度时二氧化硫在水中溶解平衡时的摩尔分数

H---------------30度时二氧化硫在水中达到平衡时的溶解度系数，单位为kmol/kp a *m 3 y----------------30度时气相中二氧化硫的摩尔分数

*

A

P --------------30度时气相中二氧化硫的平衡分压，单位为 kpa 由以上的y 和x ，以x 的值为横坐标，y 的值为纵坐标作平衡曲线，如图： 物料衡算

进口气体的体积流量G'=1000m 3/h 二氧化硫的摩尔分数为y 1=

进塔气相摩尔比为 Y 1=y 1/1-y 1==

效率 211/94.9%Y Y η=-= 出塔气相摩尔比 Y 2= ()11Y η-=

进塔惰性气相流量 G=(G'/⨯(1-y 1)⨯273/303=(1000/⨯⨯273/303=h 空气的体积流量 V G =G'⨯(1-y 1)=⨯=910m 3/h 出口液体中溶质与溶剂的摩尔比 X 2=0

由图平衡曲线可以读出y 1=所对应的溶质在液相中的摩尔分数*

1x = 对应的液相中溶质与溶剂的摩尔比为00253.000252

.0100252

.01*

1*

1*1

=-=-=x x X 最小液气比 099.37)(2

*

12

1

min =--=X X Y Y G L 【1】 取液气比 649.55)(5.1min ==G

L

G L 【1】 故 L=⨯=h

操作线方程：2Y X G

L

Y +=

【1】 代入数据得：00504.0649.55+=X Y 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mm 25=φ型的塑料鲍尔环填料。

其主要性能参数为：

比表面积 32/209m m a t =【4】 空隙率 33/90.0m m =ε【4】 形状修正系数 ψ=【4】

填料因子平均值 p φ=232 m 1

-【4】 A= 【4】 K=【4】

塔径的计算

吸收液的密度近似看成30度水的密度：3/7.995m Kg L ==水ρρ

30度时空气的密度3/165.1m Kg =空气ρ 【1】 3/927.2m Kg =二氧化硫ρ【1】 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mm 25=φ型的塑料鲍尔环 A= 【4】 K=【4】

8/14/12.032

)()(]))(([L

V V L L L V t F g W W K A a g u l ρρμρρε-=【4】 代入数值得：s m u F /77.0=