化工原理课程设计——30℃时水吸收二氧化硫填料塔设计.docx

化工原理课程设计报告题目：处理量为1000三,h清水汲取二氧化硫填料汲取塔设计系别：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：3111007481指导老师：郑育英（课程设计时间：2013年12月30日2014年1月5日）广东工业高校1 .课程设计目的化工原理课程设计是学生学过相关忠础课程及化工原理理论与试脸后，进一步学习化工设计的基础学问，培育工程设计实力的更要教学环节。通过该环节的实践，可使学生初步驾叔单元操作设计的底本程序与方法，得到工程设计实力的基本熬炼6化工原理;果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，在老师指导下完成确定的设备设计任务，以达到毋育设计实力的目的。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娴熟地驾叔典型的单元过程及装备的设计过程和方法，无疑是件别立要的，2 .课程设计JH目描述和要求2.1设计题目描述(1)设计题目二虱化破填料汲取塔及周边劫力设备与管技设计(2)设计内容依据所给的设计题目完成以下内容：设计方案确定；相关街算；主要设备工艺计算；主要设备结构设计与算核；协助(或周边)设备的计算或选择；制图、编写设计说明书及其它。(3)原始资料设计一座填料汲取塔，用于脱除废气中的SO2,废气的处理量为1000m,h,其中进口含SO2为2%(摩尔分率)，东纳清水进行逆流汲取。要求珞汉取效率达二氧化硫的摩尔分数为y1=0.09进塔气相摩尔比为Y=y1.-y=0.09(1.-0.09)=0.0989效率=-Y2IYi=94.9%出塔气相摩尔比Y2=X(I-)=0.00504进塔惰性气相流量G=(G'22.4)×(I-y)×273/303=(1000,22.4)(I-0.09)273303=36.603kmo1.h空气的体积流量VG=G×(1.-y)=1.()()0×0.91=91.OmVh出口液体中溶版与溶剂的摩尔比X2=O由图1.1平衡曲线可以读出y1=0.W所对应的溶质在液相中的摩尔分数x；=0.00252对应的液相中溶侦与溶剂的摩尔比为X；=£=-00252=O.(X)2531.-x11.-0.(X)252最小液气比(勺叱=4W-=37099I取液气比=1.5(min=55.6491GG故1.=Gx55.649=2036.92OknIo1.小操作线方程：Y=X+Y2I代入数据得：F=55.649%+0.005()43.3塔径计算该流程的操作压力及温度适中，避开二辄化碳腐蚀，故此选用。=25”里的塑料鳍尔环境料。其主要性能参数为：比表面积a,=209Zwj14空隙率=0.9011mj4形态修正系数a=1.45【4】埴料因子平均值=232m''4A=O.O9424K=1.754品=0.237(*-)QT(*-)"“旭0串GDGPGrt=0.237×32,7×15.22×(HXXXX)122=0.0001439bno1./(m'S-pa)液膜汲取系数：k1.=0.0095(-)2,3(-)os()*13D1.P1.P1.=0.0095X20.910.000870.305=0.(XX)0527mskca=kcaw'1=0.0453IST笈”=与电”“=001281.w>0.5“,.故继续修正：kca=1.+9.5(-0.5)'4供)=0.0552,Ma=I1+2.6(-0.5)22JJtja=0.0129.,urK1.(1=h+kGaho1.=-KS=0.01284s=1.25，3.4.3填料层高度的计算由Z=HOIXNoI=1.25X3.96=4.95，填料有效高度取:Z=13Z=6.435m设计取填料层高度为Z=6.435m1.5 填料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用取的高度，可取1.2m（包括除沫器高度）。设塔定液相停留时间为IOs,则塔釜液所占空间高度为=0.16n1()×VIOx3()66456/(36(X)X995.7)0.785×D20.785X0.92考虑到气相接管的空间高度,底部空间高度取为0.5米，那么塔的附属空间高度可以取为1.7m。汲取塔的总高度为h=1.7+6435=8.1.35m1.6 液体分布号计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，初始分布器的好坏时填料塔效率影响很大，分布器的设计不当，液体预分布不均，填料层的仃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满足的分别效果。因而液体分布耦的设计特别重要。特殊对于大直径低填料层的填料塔，特殊须要性能良好的液体分布器.液体分布罂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酹定，设计液体分布落主要是确定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：自由械面率婴大：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，I1.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，一股多以液体流淌的推动力或按结构形式分。若按潦淌推动力可分为全力式和压力式，若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：莲蓬式喷洒潺、直管式多孔分布罂、排管式多孔型分布器和双排管式多孔型分布器等。溢流型液体分布潺又可分为：溢流盘式液体分布潺和溢流槽式液体分布解。依据本汲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审定，喷淋点密度应遵循填制的效率越所需的喷淋点密度越大这规律。3. 6I液体分布器的选型“之800”咖时,建议采纳盘式分布器（筛孔式）4. 6.2液体分布器的选择：按ECken建议值,。三75（加时，每60Cn/塔被而设个喷淋点.按分布点几何匀称与流量匀称的原则，进行布点设计。支撑网两块查资料【5】Dx(nn)D2(Wii)厚度(mm)8947948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.变更其起先积累状态而造成的流体分布不匀称的现象。一股要求压板和限制板自由截面分率大于70%。本任务由于运用塑料填料，故选用床U限定板.>3. 7.3塔顶除雾器=K匹瓦=0091由于.气体在塔顶离开填斜塔时，带有大量的液沫和“=MPG=>雾滴,为回收这部分液相，常常须要在顶设置除沫器。依据本汲取塔的特点，此处用丝网除穿器：D1=234词513.8 汲取塔的流体力学参数计算3.9 .1汲取塔的压力降气体通过填料塔的压强降，对填料塔影响较大“假如气体通过填料塔的压强降大,则操作过程的消耗动力大，特殊是负压操作更是如此，这将增加塔的操作费用。气体通过填料塔的压力降主要包括气体进入填料的进口及出口压力降，液体分布器及再分布器的压力降，填料支撑及压紧装置压力降以及除沫器压力降等。填料层压降的计纨可以利用ECker1.通用关联图计算:压强降：横坐标为X=。二3666.56/36001,293,>5=j如腑1297.5/3600995.7乂查散装填料压降填料因子平均值,=232,4操作空塔气速u=O.437ms纵坐标y资=o.oo56W液体密度校正系数，=区=1P1.其它塔内件的压力降ZM较小，在此可忽视,叫36664.56_q.1.V.=1.=36.82，IhP1.995.7z1=801.5×IO6Pa-s取管内液体流速M=2”S估算管内径为/=I匕=I36：；=008,36(M)××u136(M)×号-X2选用洲8.5，X4"”"水煤气管口】,内径d=80.5/Wn管内实际流速”=-&=2.01加/s3600-×J24=201009.66dup0.0805x2.01x995.7801.5x10-钢管粗糙度e=O.35w疝11相对粗糙度e/d=0.35/80.5=0.0043查得摩擦系数2=0.028111截止阀(全开)4=300(1.两个90度弯头2=35x2=7()1d带灌水器的底阀(全开)&=42(*1d吸入管伸进水里=O2m总管长/=8.34+3+0.2=11.54m管路的压头损失H,=()-=0.028X+300+70+420)×-,d2g0.08052×9.81=5.38m(水柱)原料泵的选择对1-1和2-2截面列伯努力方程得：4+"+”=Z,+三+±+HPfi2g.Pg2gH=Z+H,+=834+5.32+0.21=13.72,/Oc选用IS80-65125型泵【1】汽蚀余星：3.0-3.5mI30度时水的饱和蒸汽压Pv=4.24IAM1.P=IoI.3RP况I】取吸入管长/=42”，吸入管压头损失=0.028×(4.20.0805+420+35)X2.0F2x9.81=2.921泵的最大允许安装高度:,-n,.vw(01.3-4.241.)×i,1_-o.Hy=-Z;=3.5-2.92=3.527?/Pgf995.7x9.81泵的实际安装高度应小于3.52"，.这里取13”.即安奘在离地面1m处由于本设计中汲取剂运用的是水，因而，采纳清水泵(可用于输送各种工业用水以及物理性质、化学性膜类似于水的其他液体)既简洁乂运用。通过计算可知，汲取塔所要求的压头不是很高，所以采纳一般的单级单吸式即可，本设计中选用的型号为SI25-100-200.其详细参数如下：转速n(rmin)流量/013/h扬程H/m效率/%轴功率ZkW电机功率ZkW必需汽蚀余量(NUSH)fZm一质。座145010012.5764.482.5100/66远处泵和管路的设计及计算90度弯头三个,进水管伸进水里八=1.Ow，总管长1.=18O28+I.O=1.8O38mq-1.2V=1.2×36.82=44.18m'/h去管内潦速M1.I.5"s,估算管内径为tf=0.102W选用直径加114"x5”“的焊接钢管I内经d=104”a噌=0喘5：*5.7=Mg9管内流i=q、3600×-×44.18-114-36(X)×-×0.10424=1.45，/S钢管确定粗糙度：=0.35nw1.相对粗糙度/4=0.35/104=0.0034查得摩擦系数2=0.02711】截止阀(全开)=3(X<1.a三个90度弯头1.=35X3=105【1】d带滤水器的底阀(全开)：=420(1】a关出口突然扩大6=im,管进口突然缩小为=0.5【1】管路的压头损失"r=以空工+2)£d'2g=0.027(+300+105+420+1+0.5)X-45-=54.9m0.1042x9.81以大河面为-T截面,山管口被面为-2截而列伯努利方程：Z1+-+H=Z,+也-+H,P1.g2g*PIg2gw1=t2=Qmfs,Pi=P2=101.3APaZ=1.2",外加压%=Z+H,=1.2+54.9=56.Inz选用/S80-50-16()的泵.汽蚀余地V1.=2.53.0J30度时水的饱和蒸汽压为；=4.24MPaP=101.3APa吸入管长/=34吸入管的压头损短夕与/0027(蔬+420+35)总i=1.4Izzj泵的最大允许安装高度：(101.3-4.241)XIOj995.7x9.87"-3-1.41=5.53/»这里取2犯即直接安装在地面上.If当量长度，单伽TZ两截面的高度差，单位M3.9.2汲取塔主要接管尺寸选择与计算(I)进气管(管的末端可制成向下的喇叭形扩大口)取气体流速u=1.5ms=54OOO11vh上"；In,口优：d=Ir-;=O.153库丹x54000查资料D取例65.04.50焊接钢管，内径=0.156m气体流速=''-=1.")")=52345.71(vnh-14.54m/s£/×0.1562442)液体出口装置对于直径1.5松"以下的塔,管口末端可制成向卜.的喇叭形扩大口，防止淋下的液体进入管内，同时还要使气体分散匀称。气体出口装置气体的出I装置，要求既能保证气体畅通又要尽量除去被夹带的液沫，在气体出口前加装除液深挡板。当气体夹带较多缪滴时，需另装除沫涔（4）液体管路直径取液体流速“=2i/sdi=0.01881。FU-0%"'=0.01881X36664.56,s×205×995.7fts=O.O8O7n据根管材规范，选择热轧无缝钢管，取管径为：作9mmx4其内径为81"”：（5）液体进口装置液体进口管应干脆通向喷淋装置，可选用直管。液体出口装置为了便于塔内液体排放，保证塔内有确定液封装置高度而设计，并能防止气体短路。（6）封头工艺设计计埠结果汇总与主要符号说明汲取塔的汲取剂用盘计算总表表-1项目符号数值与计fit总位混合气体处理量V100oM/4进塔气相摩尔比Y10.0989出塔气和摩尔比丫20.00504进塔液相摩尔分率X20出塔液相摩尔分率X0.00253地小液气比1.IG55,649混合气体的平均庠尔质量My32I5g"M"混合气体的平均密度Pv1.293S/"'汲取剂用量1.2036.920AmOHh气相质域流最5I297.5kg.'h液相质鼠流只36664.56kgh塔设备计算总表-2项目符号数值与计量单位塔径D0.09m填料层高度h6.435h,坡科塔上部空间高度b.2m填料塔下部空间高度h205塔附属高度1.7»»塔高7：8.135'”传旗单元高度HOG1.2Sm传质单元数NoG3.96总压降M838.99PU空塔气速U0.437m1,s泛点率ttIuI56.75%填料计算总表友-3项目符号数值与计量单位填料直径d25mm泛点填料因子%232nJ埴科临界表面张力O.O33Nm主要符号说明表-4符号意义数值与计册单位A汲取因子或填料肺效0.09424场料的比表面枳209m2/myD1.30,CS,101.3Kpa水中扩散系数2.2x1.(*"sDG30tSQ1.o1.3Kpa空气中扩散系数g武力加速度9.81m/S2G气体摩尔流速Am1.wh或kgh品气体腰汲取系数0.00()1439XW.,(m2yW)幻液股汲取系数0.0000527EMJ."<rw,5阿1.液和摩尔流速km/1/h1.t泛点气速0.77w,/.SU气体流速0.437'/5匕液相体积流盘36.82m3Ht匕气相体积流量1003.IHwr叫液体质量流量36664.56A叫气体质量流量12975P1.液体密度995.7AgP,混合气体密度1.293必”"4;混合气的粘度1.86×1.(sA.?以水的粘度801.5X1.O6ft?-5空隙率90%C填料材质的临界灰面张力33×1()VmjG1.水的表面张力7.122×10ifw域料的润湿比表面枳208.96/JF气体动能因子0.471.7w5(1.),'51.(1.J11110最小喷淋密度呆小润湿速率螭*即U液体唉淋密度57.9Iw0)此气体的质量通麻2()4().58Kg/()优液体的质量通技57662.28K/(加协4.总结刚起先看到这个设计题目时，老册给我们讲了一卜设计中的一些过程，但自己脑袋里几乎是一片空白，不知道如何下手。向四周的同学询问她们的见解，大家的反应似乎都一样一一茫然！I可学们在一起探讨，应当怎么做？我们先是反兔阅读设计任务，然后查看课本，去办公室问老师，经过这些步骤后,头脑里渐渐有了设计过程的一个轮廓，尽管不是太清晰，但已经知道详细应当做些什么。在以后的日子里，我的生活就是和同学就去图拈馆杳资料，去用电脑完成文字部分的输入,但是在计算过程中，出现不少问题在选择数据时，因为没有阅历，费了好多时间,计算完成后发觉不合理，这时就得回到原点，再从新选择，再计算。说实话，出现这种状况很气人，懊悔选择了原来不合适的数据，有一种“走错一步，全盘皆输”的感觉。这时候就用一句“人生豪迈，大不了从头再来”来激励自己！当其他同学也有同样的感觉时，用这句话也很管用“它几乎成激励我们接着走下去灭火剂。遇到问题时，我们不再烦躁，而是踊下心来,想出解决问题的方法。我是体会最深的一个，因为就在我计修问题完成后，接近大功告成时，我的U就丢了！这事要是在放在以前，我确定会埋怨，会烦躁担心，那是自己的多大心血啊！经脸了那么多后，我的心渐渐的安静下来，连同学都怀疑我为什么能那么淡定。当我找完它全部可能纯在的地方后,就确定再重新做份，对我来说，这是圾好的补救方法。在短短的两周里，我真实的体会到理论与实践结合的困难，也学到用所学的有限的理论学问去解决实际过程中的问题的不易。在初步设计的时候，由于二氧化硫在30度的时候的溶解度曲线不是条直线，而是条曲线，而在计算相关参数的时候用享利定律只能计算溶解度曲线是直线的情形，所以不能用亨利定律来计算相关参数。我们不得不通过查找文献来找寻30度时候二氧化硫的溶解度时及在各个溶解度点的时候的平衡分压，然后在坐标纸上精确的作出这么一条曲线。通过这条曲线找到在进气门处气体中含有百分之九的二辄化疏的时候，对应的汲取挤中二氧化硫的平衡摩尔分数，从而确定平均溶解度系数。在设计过程中我渐渐发觉汲取单元的操作型设计与计算，在工业生产中起若特别重耍的作用，要求也很严格，设计合理与好用性好是必需的.为使化工生产更加便捷，操作费用低廉,有些工艺材质须要加以改进，如塔填料。同时也要留意相关附属设备的选择，如选泵，要从多方面考虑，管道的直径，管中流速，流量等。任务的完成过程是默辛的，也是欢乐的.默辛是由于缺少这方面的学问和阅历，从一起先的不知所措，到现在数据的基本完成，路走来是坎坎坷坷。欢乐是因为在这次设计中，我得到了同学的无限帮助和鼓舞，并且学到了学问，增加了实践阅历。为了能更好的完成本次课程设计，须要杳阅大量的文字资料，这须要有翻阅文献的实力。所以，在平常我们耍尽力开拓自己的学问面.更重要的是，我明白了理论和实践之间的差别，对我来说，它们之间的距离太大了。因此在设计过程中也出现了不少问题，有设备的选择上的，也有软件应用方面的。出现问题时，同学们给了我很大的帮助，也特别感谢老师给我们一个熬炼自己的机会！让我困惑的一个问题是，输送气体时，要用到鼓风机，那鼓风机的计算和选择还用体现在电子版上吗？在以后的学习中，我会更加留意理论与实践的结合，做到能用所学学问解决一些实际问题，并且争取实践机会。工程设计须要的是细心有耐力的人，在这方面我还做不太好.特别感谢老加把我们带到这个领域！感谢同学的帮助和激励！对我来说，这不仅是理论和实践的结合，也是种心理的磨炼！叁考文献：主要参考文献【1】4化工原理第三版王志魁编化学工业出版社2004【2】£化工原理课程设计申迎华郝晓刚主编化学工业出版社2009【3】£化工原理课程设计指导任晓光主编化学工业出版社2009【4】£化工原理课程设计付家新王为国主编化学工业出版社2010【5】长化工过程及设备设计涂伟建陈佩珍编化学工业H1.版社2000果程设计成果:项目业务考核成果（70%）（百分制记分平常成果（30%）（百分制记分综合总成果百分制记分注：老师怯学生实际成果（号莒成果和业务考核成果）驿记并录入教务MIS系统，由系婉自动转化为“优秀（90100分）、良好80-89分）、中等（70-79分）、及格（6069分）和不及.格（60分以下）"五等。指导老师评语：指导老师（签名）：2011年6月日