有害氣體課程設(shè)計(jì)--填料塔脫硫系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　(2012 – 2013 年度第2 學(xué)期)</p><p>　　名 稱：有害氣體控制工程課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目：填料塔脫硫系統(tǒng) </p><p>　　院 系：環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 </

2、p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計(jì)周數(shù)：1周

3、 </p><p>　　成 績(jī)： </p><p>　　日期： 2013年 7 月 5日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄1</b></p><p>

4、　　《有害氣體控制工程》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的2</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)2</b></p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)資料2</b></p><p>　　四、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求2</p><

5、;p>　　五、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排2</p><p>　　《有害氣體控制工程》課程設(shè)計(jì)計(jì)算書4</p><p><b>　　一、物料衡算4</b></p><p><b>　　二、填料的選擇5</b></p><p><b>　　三．塔徑的計(jì)算6</b></p&g

6、t;<p>　　四．填料層高度的計(jì)算8</p><p>　　五．填料塔附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)12</p><p><b>　　六．參考文獻(xiàn)14</b></p><p><b>　　七．參考附圖15</b></p><p><b>　　八．設(shè)計(jì)圖紙15</b>&l

7、t;/p><p>　　《有害氣體控制工程》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　通過對(duì)氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)，初步掌握氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)，綜合分析問題和解決實(shí)際問題的能力、繪圖能力、以及正確使用設(shè)計(jì)手冊(cè)和相關(guān)資料的能力。</p><p&

8、gt;<b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　試設(shè)計(jì)常壓填料塔，采用逆流操作，以純水吸收混合氣中的二氧化硫。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　1）混合氣（空氣，二氧化硫）處理量為2500m3/h，操作壓力為常壓，溫度為20℃；</p><p>　　

9、2）進(jìn)塔氣中含有7.5%的二氧化硫，要求達(dá)到的回收率為99.9%；</p><p><b>　　3）吸收劑為純水。</b></p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求</b></p><p><b>　　1）研究分析資料。</b></p><p>　　2）凈化設(shè)備的計(jì)算，請(qǐng)

10、計(jì)算出塔高、塔徑、壓降等，并校核。</p><p>　　3）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算書。設(shè)計(jì)計(jì)算書的內(nèi)容應(yīng)按要求編寫，即包括與設(shè)計(jì)有關(guān)的闡述、說明及計(jì)算。要求內(nèi)容完整，敘述簡(jiǎn)明，層次清楚，計(jì)算過程詳細(xì)、準(zhǔn)確，書寫工整，裝訂成冊(cè)。設(shè)計(jì)計(jì)算書應(yīng)包括目錄、前言、正文及參考文獻(xiàn)等。</p><p>　　4）設(shè)計(jì)圖紙。包括工藝流程圖、塔器剖面結(jié)構(gòu)圖。應(yīng)按比例繪制，標(biāo)出設(shè)備、零部件等編號(hào)，并附明細(xì)表，即按工程制圖

11、要求。圖紙幅面、圖線等應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)；圖面布置均勻；符合制圖規(guī)范要求。有能力的同學(xué)采用計(jì)算機(jī)AUTOCAD制圖。</p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排</b></p><p>　　下達(dá)任務(wù)書后，開始進(jìn)行課程設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：1周。</b></p><p>&l

12、t;b>　　1.填料的選擇</b></p><p><b>　　2.塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　3.填料層有效高度的計(jì)算</p><p>　　4.塔結(jié)構(gòu)的計(jì)算或選型</p><p><b>　　5.校核</b></p><p><b>

13、　　(1) 泛點(diǎn)率。</b></p><p>　　(2)塔徑與填料尺寸之比。</p><p>　　(3)液體噴淋密度。</p><p>　　(4)每米填料層壓降△p/Z。</p><p>　　備注1：環(huán)工1001班的設(shè)計(jì)任務(wù)書。</p><p>　　備注2：環(huán)工1001班共分成三組，每組采用的填料不同。具體

14、分組情況如下：</p><p>　　學(xué)號(hào)201-210：鮑爾環(huán)；212-221：階梯環(huán)；222-231：矩鞍。</p><p>　　若有自己的想法選擇了別的填料亦可。</p><p><b>　　附錄：</b></p><p>　　1）氣體粘度為1.81×10-5 Pa.s；DV為0.0393m2/s。<

15、/p><p>　　2）液體密度為998.2 kg/m3，液體表面張力為73dyn；液體粘度1 mPa.s；DL為5.3×10-6 m2/s。</p><p>　　3）常壓，20℃下，可認(rèn)為SO2在水中的相平衡常數(shù)m為26。</p><p>　　《有害氣體控制工程》課程設(shè)計(jì)計(jì)算書</p><p>　　填料吸收塔是氣體凈化過程中常用的塔器之

16、一，經(jīng)常用于氣體的吸收洗滌。填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且有阻力小和便于使用耐腐蝕材料制等優(yōu)點(diǎn)，尤其是對(duì)于直徑較小的塔的處理有腐蝕性的物料時(shí)，填料塔都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。因此，本次課程設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)常壓填料塔，采用逆流操作，以純水吸收混合氣中的二氧化硫。</p><p><b>　　一、物料衡算</b></p><p>　　混合氣（空氣，二氧化硫）處理量為2500m3/h，操

17、作壓力為常壓，溫度為20℃；進(jìn)塔氣中含有7.5%的二氧化硫，要求出塔其中的二氧化硫含量下降為0.01%。</p><p>　　進(jìn)塔混合氣體中各組分的量</p><p>　　進(jìn)塔混合氣體的流量：=2500 m3/h</p><p>　　進(jìn)塔氣體中的SO2流量：V==7.799kmol/h</p><p>　　進(jìn)塔氣體中惰性組分的摩爾流量：96.

18、190kmol/h</p><p>　　2.混合氣體進(jìn)出塔組成：</p><p>　　進(jìn)塔氣體中SO2的濃度：</p><p>　　出塔氣體中SO2的濃度：</p><p>　　因?yàn)槲談榧兯?，因?lt;/p><p>　　3.吸收劑純水的用量L</p><p>　　(1)最小液氣比的確定：<

19、;/p><p>　　平衡關(guān)系：Y*=mX=26X</p><p><b>　　(L/V)min=</b></p><p><b>　　(2)吸收劑用量：</b></p><p>　　最小吸收劑用量：=(L/V)min=96.1925.974=2498.439kmol/h</p><p

20、>　　根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，一般情況下吸收劑用量為最小吸收劑用量的1.1~2.0倍；</p><p><b>　　?。?lt;/b></p><p>　　L=1.6=1.62498.439=3997.502kmol/h</p><p><b>　　4.塔底吸收液組成</b></p><p>　　對(duì)單位時(shí)間內(nèi)

21、進(jìn)、出塔的二氧化硫的量作全塔物料衡算：</p><p><b>　　因此：</b></p><p><b>　　5.操作線：</b></p><p>　　由以上計(jì)算可寫出操作線方程：</p><p><b>　　)</b></p><p>　　=41.5

22、58X-0.0000611</p><p><b>　　二、填料的選擇</b></p><p>　　填料是填料塔的核心部分，填料塔性能優(yōu)劣關(guān)鍵取決于填料。填料的作用是增加氣液兩相的接觸表面和提高氣相的湍流程度，促進(jìn)吸收過程的進(jìn)行。</p><p>　　為了填料塔能夠發(fā)揮良好的性能，填料應(yīng)至少符合三個(gè)方面的要求：有限要有較大的比表面積，良好的潤(rùn)濕

23、性能以及有利于液體均勻分布的形狀；其次，要有較高的空隙率；最后，要求單位體積填料的重量輕，造價(jià)低，堅(jiān)固耐用，不易阻塞，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)于氣液兩相介質(zhì)都有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。填料的正確選擇，對(duì)塔的經(jīng)濟(jì)可行性有重要影響。</p><p>　　因此，通過對(duì)上述多方面考慮，最后決定選用規(guī)格為38*19*1的塑料階梯環(huán)作為填料，其相關(guān)性能如下表：</p><p>　　常見材質(zhì)的臨界表面張力值<

24、;/p><p><b>　　三．塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　1.利用?？颂仃P(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速</p><p>　　進(jìn)塔混合氣體的平均分子量：31.625kg/kmol</p><p>　　氣體密度：=1.315 kg/m3</p><p>　　液體密度：=998.2 kg/m3</p

25、><p>　　液相質(zhì)量流量=L=3997.502kmol/h*18kg/kmol=31980.016kg/h</p><p><b>　　氣相質(zhì)量流量：=</b></p><p>　　=3197.659kmol/h</p><p>　　填料總比表面積：=132.5/</p><p>　　水的黏度：=1

26、 mPa.s</p><p>　　填料層空隙率：ε=0.91/</p><p>　　由于填料沒有規(guī)則的擺放，因此查后面附圖?？颂仃P(guān)聯(lián)圖中的差亂堆填料泛點(diǎn)線；</p><p>　　當(dāng)橫坐標(biāo)為0.363時(shí)，查得縱坐標(biāo)為0.054</p><p>　　設(shè)液體的矯正系數(shù)ψ=1</p><p>　　因此，根據(jù)泛點(diǎn)氣速的經(jīng)驗(yàn)公式可

27、得：</p><p><b>　　=1.44m/s</b></p><p><b>　　2．確定空塔氣速</b></p><p>　　階梯環(huán)屬于環(huán)形填料，對(duì)于環(huán)形填料有=（0.75~1.0）；因此</p><p>　　=0.8=0.81.44=1.152m/s</p><p>

28、;　　3.計(jì)算塔徑，圓整塔徑</p><p>　　=2500 m3/h</p><p><b>　　D= </b></p><p>　　圓整后D=900mm</p><p>　　4.利用圓整后的塔徑，再計(jì)算操作氣速</p><p><b>　　=1.092m/s</b>&l

29、t;/p><p><b>　　5．校核</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率校核：</b></p><p>　　利用圓整塔徑后的求出的操作氣數(shù)和泛點(diǎn)氣速的比值進(jìn)行校核。對(duì)于亂堆填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為u/=0.5~0.85之間。</p><p>　　u/=1.092/1.44=0.758</

30、p><p>　　因此，泛點(diǎn)率符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　填料尺寸校核：</b></p><p>　　塔徑直徑與填料直徑的比值有一個(gè)下限，低于這個(gè)值的時(shí)候塔壁附近的填料層空隙率大而不均勻，容易出現(xiàn)壁流現(xiàn)象，影響傳質(zhì)效果。因此需要校核改填料尺寸，對(duì)于階梯環(huán)，需要D/d>=8即可。</p><p>　　D/d=9

31、00/38=24>8 </p><p>　　因此，該填料尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　噴淋密度校核：</b></p><p>　　因填料尺寸小于75mm，取最小潤(rùn)濕速率=0.08m3/(m·h)</p><p>　　則最小噴淋密度：==132.50.08=10.6m3/( m2·h

32、)</p><p>　　操作下的噴淋密度：U=</p><p><b>　　因此，U>Umin</b></p><p>　　潤(rùn)濕率校核：m3/(m·h)></p><p><b>　　因此，潤(rùn)濕率合格。</b></p><p>　　四．填料層高度的計(jì)算&

33、lt;/p><p><b>　　傳質(zhì)單元數(shù)</b></p><p>　　氣體的擴(kuò)散系數(shù)：DV=0.0393m2/s</p><p>　　液體的擴(kuò)散系數(shù)：DL=5.3×10-6 m2/s</p><p><b>　　液體質(zhì)量通量=</b></p><p>　　氣體質(zhì)量通量

34、：kg/( m2·h)</p><p>　　*=m=26*0.00195=0.0507</p><p><b>　　*=m=0</b></p><p><b>　　脫吸因素：=</b></p><p>　　因此氣相傳質(zhì)單元數(shù)：</p><p><b>　　

35、15.848</b></p><p><b>　　傳質(zhì)單元高度</b></p><p>　　傳質(zhì)單元高度的計(jì)算主要涉及到傳質(zhì)系數(shù)的求解。傳質(zhì)系數(shù)不僅與流體的物理性質(zhì)、氣液兩相流率、填料的類型及特性有關(guān)，還與全塔的液體分布、塔的高度和塔徑有關(guān)，目前工程計(jì)算只能用經(jīng)驗(yàn)方法解決，計(jì)算時(shí)針對(duì)具體物系和操作條件選取適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。</p>&l

36、t;p>　　(1)恩田等人的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式：</p><p>　　恩田等人將填料的潤(rùn)濕表面作為有效傳質(zhì)表面,提出計(jì)算傳質(zhì)系數(shù)、與有效表面積的關(guān)聯(lián)式，然后將它們相乘，合并為體積吸收系數(shù)和，關(guān)聯(lián)公式如下：</p><p>　　式中所用到的符號(hào)的意義：</p><p><b>　?。簼?rùn)濕比表面積/</b></p><p>　

37、　氣膜吸收系數(shù)kmol/() </p><p><b>　?。阂后w質(zhì)量通量</b></p><p>　?。簹怏w質(zhì)量通量kg/( m2·h)</p><p>　　：氣體表面張力40dyn/cm=40=518400kg/</p><p>　?。阂后w表面張力 73dyn=73=946080kg/</p>

38、<p>　?。阂后w粘度 1.81pa=0.065kg/</p><p>　　：氣體粘度 1mpa=3.6kg/</p><p>　?。簹怏w的擴(kuò)散系數(shù)0.0393 m2/s</p><p>　?。阂后w的擴(kuò)散系數(shù) 5.3×10-6 m2/s</p><p>　　：氣體密度1.315 kg/m3</p><

39、p>　　液體密度 998.2 kg/m3</p><p>　　R：常數(shù) 8.314kpa/kmol</p><p>　　：填料形狀系數(shù) 1.45</p><p>　　g：1.27m/h2</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算：</p><p><b>　　=132.5.45</b><

40、;/p><p><b>　　=94.719/</b></p><p><b>　　=0.237</b></p><p><b>　　kmol/()</b></p><p><b>　　=0.0095</b></p><p><b&

41、gt;　　=1.344m/h</b></p><p><b>　　=kmol/()</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　因?yàn)?0.758>0.5</p><p>

42、;<b>　　因此需要對(duì)</b></p><p><b>　　校正公式如下：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得： </b></p><p><b>　　kmol/()</b></p><p><b>　　(3)的計(jì)算</b&g

43、t;</p><p>　　P=101.3kpa</p><p><b>　　亨利系數(shù)：E</b></p><p><b>　　塔的截面積：A</b></p><p><b>　　kmol/()</b></p><p>　　因此，氣相傳質(zhì)單元高度</

44、p><p><b>　　填料層高度的計(jì)算</b></p><p><b>　　根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，，取</b></p><p><b>　　圓整后為</b></p><p><b>　　確定填料分段數(shù)</b></p><p>　　填料的分段數(shù)

45、應(yīng)該根據(jù)塔徑D以及填料層總高度決定。如果二者的比值超過一定的界限，則需要分段。以表示每個(gè)填料層的高度，對(duì)于階梯環(huán)，（。</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　因此不用分段</b></p><p>　　5.填料層壓降的計(jì)算</p><p>　　壓降的計(jì)算可采用?？颂仃P(guān)聯(lián)圖

46、。</p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　縱坐標(biāo)：</b></p><p>　　查關(guān)聯(lián)圖可得127.53pa/m</p><p><b>　　6.總塔高度的計(jì)算</b></p><p>　　填料塔的總塔高度主要取決于填料層

47、高度，此外還需要考慮塔頂空間、塔底空間以及再分布器等的布置等，因此總塔高的計(jì)算將在填料塔塔器結(jié)構(gòu)圖中給出。</p><p>　　五．填料塔附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)</p><p>　　填料塔的附屬設(shè)備包括填料支撐板、液體噴淋裝置、液體再分布器、除霧器、氣體分布裝置、排液裝置等。</p><p><b>　　支承板</b></p><p

48、>　　支撐板的主要用途是支撐塔內(nèi)的填料及填料上的持液量，它應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)又能保證氣液兩相自由通過。支撐板應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕能力。支承板若設(shè)計(jì)不當(dāng)，填料塔的液泛可能首先發(fā)生在支承板上。對(duì)于普通填料，支承板的自由截面積不應(yīng)低于全塔截面積的50%，并且要大于填料層的自由截面積。常用的支承板有柵板和升氣管結(jié)構(gòu)的支承板（如圖）。在本設(shè)計(jì)中采用柵板式支承板。柵板式支撐板是由豎立的扁鋼條焊接而成的，扁鋼條的間距填料外徑的0.6~

49、0.7倍。</p><p><b>　　液體噴淋裝置</b></p><p>　　液體噴淋裝置是吧液體均勻分布在填料上的裝置。液體噴淋裝置對(duì)填料塔的性能影響很大，分布器設(shè)計(jì)不當(dāng)，液體分布不勻，填料層內(nèi)的有效濕潤(rùn)面積減小而偏流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象增大，影響傳質(zhì)效果。</p><p>　　常用的分布器有管式分布器、蓮蓬頭式分布器以及盤式分布器。在本設(shè)計(jì)中

50、塔徑為700mm。因此應(yīng)該選用多孔管式分布器（如圖）。</p><p><b>　　管式分布器</b></p><p><b>　　液體再分布器</b></p><p>　　液體再分布器是將流到塔壁附近的液體重新匯集并引向中央?yún)^(qū)域，改善液體在填料層內(nèi)的壁流效應(yīng)的裝置。在本設(shè)計(jì)中填料分層，因此需要用液體再分布器來避免液體分布

51、不均勻。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中采用的液體再分布器為截錐形（如圖）。</p><p><b>　　截錐式液體再分布器</b></p><p><b>　　除霧器</b></p><p>　　除霧器是用來出去填料層上方逸出的氣體中的噴霧的裝置。常用的除霧裝置有折流板除霧器、絲網(wǎng)除霧器。在本設(shè)計(jì)

52、中可以采用絲網(wǎng)除霧器。</p><p><b>　　氣體分布裝置</b></p><p>　　氣體進(jìn)口裝置應(yīng)該能使氣體分布均勻，同時(shí)還能防止液體流入進(jìn)氣管。常見的的方式有管端為45°向下的斜口或向下缺口，本次設(shè)計(jì)中應(yīng)采用使進(jìn)氣管深入塔的中心線位置，管的末端制成向下的喇叭擴(kuò)口形式。氣體的出口裝置采用和進(jìn)氣口結(jié)構(gòu)相似的開口向下的引出管，同時(shí)安裝除霧器。</

53、p><p><b>　　排液裝置</b></p><p>　　液體從塔內(nèi)流出，一方面要使液體能夠順利排除，另一方面應(yīng)保證塔內(nèi)氣體不會(huì)從排液管排除，一般需要液封。</p><p><b>　　六．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】.趙毅、李守信主編，《有害氣體控制工程》，北京化學(xué)工業(yè)出版社，20

54、01。</p><p>　　【2】.張洪流，《化工原理－傳質(zhì)與分離技術(shù)分冊(cè)》[M]，2009。</p><p><b>　　七．參考附圖</b></p><p><b>　　埃克特關(guān)聯(lián)圖</b></p><p><b>　　八．設(shè)計(jì)圖紙</b></p><p