【正文】 ：三天 ：一天 ：半天 蘭州交通大學(xué)化工原理課程設(shè)計 3 一 設(shè)計任務(wù) 總 概 吸收是分離氣體混合物的單元操作，其分離原理是利用氣體混合物中各組分在液體溶劑中溶解度的差異來實(shí)現(xiàn)不同氣體的分離。一個完整的吸收過程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分。氣體吸收過程是利用氣體混合物中，各組分在液體中溶解度或化學(xué)反應(yīng)活性的差異，在氣液 兩相接觸時發(fā)生傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氣液混合物的分離。 ．吸收的目的 在化工生產(chǎn)過程中，原料氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體，保護(hù)環(huán)境等方面都廣泛應(yīng)用到氣體吸收過程。本次化工原理課程設(shè)計的目的是根據(jù)設(shè)計要求采用填料吸收塔的方法處理含有 二氧化硫 的混合物，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，采用填料吸收塔吸收操作是因?yàn)樘盍峡梢蕴峁┚薮蟮臍庖簜髻|(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收易于進(jìn)行， 填料塔有通量大，阻力小，壓降低，操作彈性大，塔內(nèi)持液量小，耐腐蝕，結(jié)構(gòu)簡單，分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，從而使吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。 在設(shè)計中 ,以水吸收混合氣中的二氧化硫，在給定的操作條件下對填料吸收塔進(jìn)行物料衡算。本次設(shè)計包括設(shè)計方案的選取、主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算 物料衡算、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算、工藝流程圖、主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。 ． 填料吸收塔簡介 在化學(xué)工業(yè)中，吸收操作廣泛應(yīng)用于石油煉制，石油化工中分離氣體混合物，原料氣的精制及從廢氣回收有用組分或去除有害組分等。吸收操作中以填料吸收塔生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓力降小，操作彈性大和持液量小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用 。 二 設(shè)計方案簡介 蘭州交通大學(xué)化工原理課程設(shè)計 4 方案的 確定 用水吸收 SO2屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且 SO2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇? 填料的類型與選擇 填料是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要元素，因此，填料的選擇是填料塔設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。 散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，又可分為環(huán)形填料，鞍形填料，環(huán)鞍形填料及球形填料等。 對于水吸收 SO2的過程，操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常 選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用 DN38 聚丙烯階梯環(huán)填料。 階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進(jìn)。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形 填料中最為優(yōu)良的一種。 設(shè)計步驟 本課程設(shè)計從以下幾個方面的內(nèi)容來進(jìn)行設(shè)計 （ 一 ） 吸收塔的物料衡算 ； （ 二 ） 填料塔的工藝尺寸計算；主要包括：塔徑，填料層高度 及 壓降 ； （ 三 ） 輔助設(shè)備的選型 ； （ 四 ） 繪制有關(guān)吸收操作圖紙 。 三 、 工藝計算 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 蘭州交通大學(xué)化工原理課程設(shè)計 5 液相物性數(shù)據(jù) 對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得， 20℃時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度為 ρ L= kg/m3 粘度為 μ L= Pas= (mh) 表面張 力為 σ L= dyn/cm=940896 kg/h2 SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 DL=105m2/s=106m2/h （依 WilkeChang r()1 .8 5 9 1 0 MTD V? ????計算，查《化學(xué)工程基礎(chǔ)》） 氣相物性數(shù)據(jù) 設(shè)進(jìn)塔混合氣體溫度為 25℃ ， 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 MVm=ΣyiMi=+29=混合氣體的平均密度為 ρ Vm=PM/RT=3 （ 29 ） =混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得 20℃ 空氣的粘度為 μ V= 105Pa?s=(m?h) 查手冊得 SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 DV=（依 0 0()P TDD PT?計算，其中 273K 時， 10 5Pa時 SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 10 5m2/s，查《化學(xué)工程基礎(chǔ)》） 氣液相平衡數(shù)據(jù) 由手冊查得，常壓下 20℃ 時 SO2在水中的亨利系數(shù) 為 蘭州交通大學(xué)化工原理課程設(shè)計 6 E= 10 3 kPa 溶解度系數(shù)為 H=ρ/EM=103=（ k Pam3） 物料衡算 (l). 進(jìn)塔混合氣中各組分的量 近似取塔平均操作壓強(qiáng)為 ，故： 混合氣量＝ 2 7 3 . 1 5 12 0 0 0 ( ) 8 3 . 1 92 7 3 . 1 5 2 0 2 2 . 4 ?? kmol／ h 混合氣 SO2中量＝ ＝ kmol／ h＝ =／ h 設(shè) 混合氣中 惰性 氣 體為空氣，則混合氣中空氣量 ＝ ＝ ／ h ＝ 29＝ ／ h (2)．混合氣進(jìn)出塔的 摩爾組 成 2 8 . 3 1 9 (1 0 . 9 8 4 ) 0 . 0 0 1 7 77 4 . 8 7 8 . 3 1 9 (1 0 . 9 8 4 )y ????? （ 3） 混合氣進(jìn)出塔 摩爾比 組成 進(jìn)塔氣相摩爾比為 111y 0 .1 0 .1 11 y 1 0 .1Y ? ? ??? 出塔氣相摩爾比為 21 ( 1 ) ( 1 ) 76AYY ?? ? ? ? ? （ 4）出塔混合氣量 出塔混合氣 量 =+ ==+ =（ 5）吸收劑（水）的用量 L 該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算 12min1 2() YYL YV Xm??? 蘭州交通大學(xué)化工原理課程設(shè)計 7 對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為 X2=0 m i n 0 . 1 1 0 . 0 0 1 7 6( ) 3 0 . 4 73 5 5 0 0LV ???? 取操作液氣比為 ( )LLVV? 1 .4 3 0 .4 7 4 2 .6 6LV ? ? ? 42 .6 6 74 .8 7 31 94 .1 0L ? ? ? kmol/h (6)塔底吸收液組成 X1 1 2 1 2( ) ( )V Y Y L X X? ? ? 1 7 4 . 8 7 ( 0 . 1 1 0 . 0 0 1 7 6 ) 0 . 0 0 2 5 43 1 9 4 . 1 0X ???? 填料塔的工藝尺寸的計算 塔徑的計算 采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點(diǎn)氣速。 氣相質(zhì)量流量為 wv=2021 = kg/h 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即 WL= = kg/h 其中： ρ L =ρ V = kg/m3 g = m/s2 = 10 8 m/h2 WV = kg/h WL = kg/h μ L = Pas （ 1）采用 Ecekert 通用關(guān)聯(lián)圖法計算泛點(diǎn)氣速 uF。 蘭州交通大學(xué)化工原理課程設(shè)計 8 通用 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖 如下 ： 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖 （引自《化工原理》） 上 圖中 u0—— 空塔氣速， m /s； φ—— 濕填料因子，簡稱填料因子， 1 /m； ψ—— 水的密度和液體的密度之比； g—— 重力加速度， m /s2； ρV、 ρL—— 分別為氣體和液體的密度， kg /m3； wV、 wL—— 分別為氣體和液體的質(zhì)量流量， kg /s。 此圖適用于亂堆的顆粒形填料