【導(dǎo)讀】入塔的爐氣流量為3290m3/h，其中進塔SO2的摩爾分率為，要求SO2的吸收率為。吸收塔為常壓操作，因該過程液氣比很大，吸收溫度基本不變，可近似取為清水。吸收劑的用量為最小用量的倍。每年生產(chǎn)時間：300天。選用填料類型及規(guī)格自選。統(tǒng)帶控制點工藝流程圖和吸收塔的工藝條件圖，編寫設(shè)計說明書。

　　

【正文】 。 則氣體的進出口流速為 : smu / 3290 2 ???? 則進口 PauP G 221 ?????? ? （突 然擴大 ? =1） 出口 PauP G 222 ???????? ? (突然縮小 ? =） （ 2）填料層壓力降 氣體通過填料層的壓力降采用 Eckert 關(guān)聯(lián)圖計算，有前面計算可知 其中橫坐標(biāo)為 )( ?LGGLWW ?? 查《散裝填料壓降填料因子平均值》得 116?P? m1 縱坐標(biāo)為 0 0 6 LGp2???????? ??? 查 Eckert 關(guān)聯(lián)圖得 mPaZP / ???? 所以填料層壓力降 PaP ???? 其它塔內(nèi)間的壓力降較小 ,因此可忽略 于是得到吸收塔的總壓力降為 PaPPPP 7 1 4 8 5 1321 ??????????? 吉林化工學(xué)院 化工原理課程 26 泛點率 吸收塔操作氣速為 %%100098 ???f 對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為： ?Fuu ~ .850 所以該塔的泛點率合適。 附屬設(shè)備的計算與選擇 吸收塔主要接管的尺寸計算 本設(shè)計中填料塔有多處接管，但主要的是氣體和液體的進料口和出料口接管。在此分別以液體進料管和氣體進料管的管徑計算為例進行說明。氣體和液體在管道中流速的選擇原則為： 常壓塔氣體進出口管氣速可取 10～ 20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口流速可取 ～ （必要時可加大些） ]2[ 1．液體進料接管 進料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進料管、彎管進料管、 T 型進料管。本設(shè)計采用直管進料管，管徑計算如下 muLDsmus /1 ????????液液設(shè)計取進料管管內(nèi)徑取? 查《 輸送流體用地縫鋼管： GB816320213》可知， 可選用熱軋無縫鋼管管徑為 mmmm 10219 ?? 。則實際管內(nèi)徑為 接管的液速為： smDLu s / 22 ???? ??? ?液 。 2．氣體進料接管 采用直管進料。取氣速 smu /?氣 muGD s 2 5 3 6 0 0/3 2 9 0442 ????? 氣設(shè)計取進料管管徑 ? 所以 查《 輸送流體用地縫鋼管： GB816320213》可知 取管徑為 . mmmm ?? 吉林化工學(xué)院 化工原理課程 27 實際管內(nèi)徑為 mm275 ， 則實際通過氣體接管的氣速為： m /sGu 15. 360 0/329 04D4 22 s ?????? ?氣 3．吸收劑輸送管路直徑及流速計算 根據(jù)管材規(guī)范，選擇 mm7168?? 型的熱軋無縫管道 ]7[ ，其內(nèi)徑為 154mm，其實際流速為： ? ?smu / 764 2 ???? ?? 。 1. 流量 hmW L 3L 2 0 6 7 6Q ??? ? 流量所需揚程 ??? ?????? hhu ffggH 2122? 式中 ?Z—— 兩截面處位頭差 gp??—— 兩截面處靜壓頭之差 gu?2—— 兩截面動壓頭之差 ?hf1—— 直管阻力 f2—— 管件、閥門局部阻力 根據(jù)前面設(shè)計資料對上述公式各項進行計算： Z?= △ P= 管路總阻 力和所需壓頭計算根據(jù)管路的平立面布置，計算所得雷諾數(shù)為： 40 0027 55 9800 10 ?????? ? ?Lu 可利用柏拉修斯關(guān)系式有： 吉林化工學(xué)院 化工原理課程 28 013 27559Re ???? 根據(jù)填料高及泵的大體位置，管路長取 13米 221 ?????? ?? gd L uh f ? m 選用三個 900彎頭，三個截止閥全開 mguh f )(2 222 ???????? ?? ? mggZH hhu ff 212 ??????????????? ???? 吸收塔內(nèi)的動能因子為 ???? ? GuF 氣體動能因子在常用范圍內(nèi) 考慮到安全系數(shù)，查得流量的安全系數(shù)為 ，揚程的安全系數(shù)為 ～ Q’ == =’ == = 因為該吸收以清水為吸收劑，選用離心泵型號 為： IS150125250 單級單吸離心泵， 其性能參數(shù)如下（見附錄五） 表 32 轉(zhuǎn)速（ r/min） 流量 m3/h 揚程 H /m 效率η /% 功率 /kW 必需汽蝕余量 (NPSH)r /m 軸功率 電機功率 3 1450 200 20 81 吉林化工學(xué)院 化工原理課程 29 工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總與主要符號說明 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)和物料衡算結(jié)果匯總： 表 1 項目 符號 數(shù)值與計量單位 吸收劑（水）的密度 ρ L (kg/m3) 溶劑的粘度 μ L ()=() 溶劑表面張力 δ L (dyn/cm)=941803(kg/h2) 二氧化硫在水中擴散系數(shù) DL 105(㎝ 2/s)= 106(m2/h) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 GM molg 混合氣體的平均密度 G? 3mkg 二氧化硫在空氣中擴散系數(shù) DG 104(m2/s)=(m2/h) 亨利系數(shù) E 103 KPa。 氣液相平衡常數(shù) m 溶解度系數(shù) H kmol /(m179。.KPa)。 二氧化硫進塔摩爾比 Y1 二氧化硫出塔摩爾比 Y2 惰性氣體摩爾流量 G 。 吸收劑摩爾流量 L kmol/h 液相進口摩爾比 X2 0 液相出口摩爾比 X1 吉林化工學(xué)院 化工原理課程 30 填料塔工藝尺寸計算結(jié)果表： 表 2 項目 符號 數(shù)值與計量單位 氣相質(zhì)量流量 GW 液相質(zhì)量流量 LW 塔徑 D 1300mm 空塔氣速 u sm 泛點率 Fuu % 噴淋密度 U m3/() 解吸因數(shù) S 氣相總傳質(zhì)單元數(shù) OGN 液體質(zhì)量通量 UL )/( 2 hmkg ? 氣體質(zhì)量通量 UG )/( 2 hmkg ? 氣膜吸收系數(shù) Gk (m178。 h kPa) 液膜 吸收系數(shù) Lk (m/h) 氣相總吸收系數(shù) (校正后 ) akG? () 液相總吸收系數(shù)（校正后） akl? (l/h) 氣相總傳質(zhì)系數(shù) aKG kmol/() 氣相傳質(zhì)單元高度 OGH 填料層高度 Z′ 填料塔上部空間高度 1h 填料塔下部空間高度 2h 塔附屬高度 3h 吉林化工學(xué)院 化工原理課程 31 塔高 AH 布液孔數(shù) n 132點 孔徑 d0 開孔上方高度 H? 液位保持管高度 h′ 流體力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果匯總： 表 3 項目 符號 數(shù)值與計量單位 氣體進口壓力降 △ P1 Pa。 氣體出口壓力降 △ P2 Pa。 填料層壓力降 △ P3 Pa。 吸收塔總壓力 降 △ P Pa。 泛點率 Fuu % 氣體動能因子 F ])/(/[6 9 附屬設(shè)備計算結(jié)果匯總： 表 4 項目 選型 數(shù)值與計量單位 液體進出口接管 熱軋無縫鋼管 mmmm 10219 ?? 液體實際流速smu /?液 氣體進出口接管 熱軋無縫鋼管. mmmm ?? 氣體實際流速 m/su ?氣 吸收劑輸送管路 熱軋無縫鋼管 mm7168 ?mm? 吸收劑實際流速 ? ?smu /? 離心泵的選型 IS150125250單級單吸離心泵 揚程 H= 吉林化工學(xué)院 化工原理課程 32 所用 38ND 聚丙烯塑料階梯環(huán)填料主要性能參數(shù)匯總： 表 5 項目 符號 數(shù)值與計量單位 公稱直徑 ND 38mm 塔徑與填料公稱直徑比值 D/d 8 填料因子平均值 F? 170m1? 臨界表面張力值 C? 33 cmdyn/ 形狀修正系數(shù) ? 填料分段高度推薦值 h/D=8～ 15 max 6h ? m 壓降填料 因子平均值 P? 116m1 主要符號說明： 英文字母 表 6 wa —— 填料層的潤滑比表面積 m178。/m179。； S—— 脫吸因數(shù) 。無因次 。 a —— 填料層的有效傳質(zhì)比表面積（ m178。/m179。） D —— 擴散系數(shù)， m178。/s。 塔徑 ,m。 LU —— 液體質(zhì)量通量 )/( 2 hmkg ? GU —— 氣體質(zhì)量通量 )/( 2 hmkg ? E —— 亨利系數(shù)， KPa。 g —— 重力加速度， kg/(m178。.h)。 H —— 溶解度系數(shù)， kmol /(m179。.KPa)。 GH —— 氣相傳質(zhì)單元高度 ， m。 LH —— 液相傳質(zhì)單元高度， m。 OGH —— 氣相總傳質(zhì)單元高度， m。 OLH —— 液相總傳質(zhì)單元高度， m。 噴L —— 液體噴淋密度 。 m —— 相平衡常數(shù)，無因次 。 GN —— 氣相傳質(zhì)單元數(shù)，無因次 。 LN —— 液相傳質(zhì)單元數(shù)，無因次 。 OGN —— 氣相 總傳質(zhì)系數(shù)，無因次 OLN —— 液相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次 。 P —— 總壓， KPa 。 吉林化工學(xué)院 化工原理課程 33 T —— 溫度， 0C。 R —— 氣體通用常數(shù)， kJ/() d —— 填料直徑， mm； u —— 空塔速度， m/s 。 Fu —— 液泛速度， m/s 。 G —— 惰性氣體流量， kmol/h 。 SG —— 混合氣體體積流量， m3/h。 Lk — 液膜吸收系數(shù) m/h。 Gk —— 氣膜吸收系數(shù)， kmol/(m178。.)。 akG? — 氣相總吸收系數(shù) kmol/()。 akl? — 液相總吸收系數(shù)， l/h。 aKG — 氣相總傳質(zhì)系數(shù) kmol/()。 aKL — 液相總傳質(zhì)系數(shù) l/h。 SL —— 吸收劑用量 kmol/h。 kmol/s。 L —— 是吸收液量 kmol/h LW —— 吸收劑質(zhì)量流量 kg/h； GW —— 氣體質(zhì)量流量， kg/h； ? —— 密度 kg/ m179。 ? —— 填料因子， m1 。 修正系數(shù)，無因次 下標(biāo) 表 7 L —— 液相的 G —— 氣相的 S —— 混合氣流量 G —— 混 合氣質(zhì)量流量 x—— 溶質(zhì)在液相中的摩爾分率 無因次 X—— 溶質(zhì)在液相中的摩爾比 無因次 y—— 溶質(zhì)在氣相中的摩爾分率 無因次 Y—— 溶質(zhì)在氣相中的摩爾比 無因次 Z—— 填料層高度 m Z? ’ —— 填料高度 m 表 8 ? —— 粘度 ? —— 密度 kg/m3 ? —— 表面張力 kg/h2 m —— 平均的，對數(shù)平均的 min —— 最小的 max —— 最大的 吉林化工學(xué)院 化工原理課程 34 設(shè)計方案討論 本次設(shè)計的用水吸收二氧化硫的填料吸收塔，采用的是 38ND 聚丙烯塑料階梯環(huán)填料和逆流單程流程?；旌蠚獾捏w積流率為 3290m3/h，經(jīng)過物料衡算知吸收劑水的體積流量為。 塔徑為 1300mm,塔總體高度為 ，而且不需要分段。氣體和液 體的進出口以及輸送管路的管道尺寸都是依據(jù) 《輸送流體用地縫鋼管： GB816320213》。在選擇離心泵的時候，不僅考慮到了吸收劑的體積流量安全系數(shù)，也考慮到了揚程的安全系數(shù)。條件裝配圖尤其是工藝流程圖，是在查閱有關(guān)繪圖權(quán)威資料如《化工工藝算圖》，《工程制圖與 Aut