1、 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： 3111007481 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）广东工业大学化工原理课程设计 2目 录1课程设计目的 12课程设计题目描述和要求 13课程设计报告内容 43.1 基础物性数据43.1.1 液相物性数据 43.1.2 气相物性数据 53.1.3 气液相平衡数据 63.2 物料衡算63.3 塔径计算73.3.1 塔径的计算83.3.2 泛点
2、率校核： 83.3.3 填料规格校核：93.3.4 液体喷淋密度得校核：93.4 填料层高度的计算93.4.1 传质单元数的计算9 3.4.2 传质单元高度的计算103.4.3 填料层高度的计算113.5 填料塔附属高度的计算113.6 液体分布器计算123.6.1 液体分布器的选型 123.6.2 布液计算133.7 其他附属塔内件的选择133.7.1 填料支承装置的选择 133.7.2 填料压紧装置 163.7.3 塔顶除雾器 173.8 吸收塔的流体力学参数计算173.81 吸收塔的压力降 173.8.2 吸收塔的泛点率 183.8.3 气体动能因子 183.9 附属设备的计算与选择18
3、3.9.1 离心泵的选择与计算 183.9.2 吸收塔主要接管尺寸选择与计算 22工艺设计计算结果汇总与主要符号说明244总结26参考文献 27化工原理课程设计 31. 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
4、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2.1 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) 原始资料设计一座填料吸收塔，用于脱除废气中的 SO2，废气的处理量为1000m3/h，其中进口含 SO2 为 2%（摩尔分率） ，采用清水进行逆流吸收。要求化工原理课
5、程设计 4塔吸收效率达 98%。吸收塔操作条件：常压：101.3Kpa；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。设计满足吸收要求的填料塔及附属设备；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。2.2 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 Ya（或KXa 的计算、H OL、N
6、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3.1 基础物性数据3.1.1 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 【1】3/7.95mKg水化工原理课程设计 5黏度 【1】sPa605.81水表面张力为 【1】72N/mLSO2 在水中的扩散系数为 【1】92.0/LDs3.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Kg/mol【1】 Kg/mol【1】29空 气M64二 氧 化 硫Mkg/kmol5.3209.291_ yy二 氧 化 硫空 气 ）（混合气体的密度为 3_/.m
7、KgRTPV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【1】=0.86pasG查得 SO2 在空气中的扩散系数为【1】521.49/Dm3.1.3 气液相平衡数据查资料【5】： OKgHS210CA (kmol/m3)310xH (kmol/kpa*m3)y (kpa)*AP5.01 0.742 13.90 0.0123 0.422 42.752.50 0.379 6.98 0.0132 0.212 21.481.50 0.230 4.20 0.0138 0.121 12.261.00 0.154 2.80 0.0146 0.0776 7.860.70 0.108 1
8、.96 0.0156 0.0513 5.200.50 0.077 1.40 0.0160 0.0342 3.460.30 0.047 0.84 0.0179 0.0186 1.88化工原理课程设计 60.20 0.031 0.56 0.0197 0.0112 1.130.15 0.023 0.42 0.0213 0.011 1.080.10 0.016 0.28 0.0254 0.006 0.6301698.H平 均 溶 解 度 系 数CA-30 度时二氧化硫在水中的平衡浓度，单位为 kmol/m3-30 度时二氧化硫在水中溶解平衡时的摩尔分数xH-30 度时二氧化硫在水中达到平衡时的溶解度系
9、数，单位为kmol/kpa*m3y-30 度时气相中二氧化硫的摩尔分数-30 度时气相中二氧化硫的平衡分压，单位为 kpa*AP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 1.1：00.10.20.30.40.50.60.70 5 10 15x/1000y 系 列 1化工原理课程设计 73.2 物料衡算进口气体的体积流量 G=1000m3/h 二氧化硫的摩尔分数为 y1=0.09 进塔气相摩尔比为 Y1=y1/1-y1=0.09/(1-0.09)=0.0989效率 2/94.%出塔气相摩尔比 Y2= =0.005041进塔惰性气相流量 G=(G/22.4) (
10、1-y1) 273/303=(1000/22.4) (1-0.09)273/303=36.603kmol/h 空气的体积流量 VG=G (1-y1)=1000 0.91=910m3/h出口液体中溶质与溶剂的摩尔比 X2=0由图 1.1 平衡曲线可以读出 y1=0.09 所对应的溶质在液相中的摩尔分数 *1x=0.00252 对应的液相中溶质与溶剂的摩尔比为 0253.10*1 xX最小液气比 【1】09.37)(2*1minYGL取液气比 【1】64.5.in故 L=G 55.649=2036.920kmol/h操作线方程： 【1】 代入数据得：2YXGL 054.649.5XY3.3 塔径计
11、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 型的塑m25料鲍尔环填料。其主要性能参数为：比表面积 【4】 32/09mat空隙率 【4】.形状修正系数 =1.45【4】填料因子平均值 =232 m 【4】p1A=0.0942 【4】 K=1.75【4】化工原理课程设计 83.3.1 塔径的计算吸收液的密度近似看成 30 度水的密度： 3/7.95mKgL水30 度时空气的密度 【1】 【1】3/65.1mKg空 气 2二 氧 化 硫3_/29.1gRTPMV kolM/8水采用 Eckert 关联式计算泛点气速：气相质量流量为： , 273/0VWG空 气 二 氧 化 硫（ ）9
12、10.652.97/19.5/Kgh液相质量流量为： ML/6.418.3水选用 型的塑料鲍尔环 A=0.0942 【4】 K=1.75【4】m253/09at 3/90.m【4】8/14/2.032 )()( LVLVtFg WKAul 代入数值得： sF/7.取空塔气速： mu/462.0,塔径 【1】GD875.4,圆整塔径，取 D=0.9m则算得 2210/36.47/.785.9ums3.3.2 泛点率校核： 2210/36.47/.785.9GumsD化工原理课程设计 90.4371%56.7(085%)Fu为 经 验 值 ， 所 以 在 允 许 范 围 之 内3.3.3 填料规格
13、校核：【4】0.93615()d2D合 格3.3.4 液体喷淋密度校核：填料表面的润湿状况是传质的基础，为保持良好的传质性能，每种填料应维持一定的液体润湿速率（或喷淋密度） 。依 Morris 等推荐，d75mm 的环形及其它填料的最小润湿速率（ ）min 为WL320.8m/h最小喷淋密度 32minin0.82916.7/WtULamh喷淋密度 3in236.857./()94V hU经以上校核可知，填料塔直径选用 D=900mm 合理。3.4 填料层高度的计算3.4.1 传质单元数的计算由图 1.1 曲线可以读出以下 9 个点所对应的 y 和 x：点数序号 y Y *X* X f*18
14、9% 0.09890 0.00245 0.002456 0.001687 1300.3937 8% 0.08696 0.00222 0.002220 0.001472 1336.8986 7% 0.07527 0.00197 0.001970 0.001262 1412.4295 6% 0.06383 0.00172 0.001723 0.001056 1499.2504 5% 0.05263 0.00146 0.001462 0.000889 1745.2013 4% 0.04167 0.00123 0.001232 0.000658 1742.162 3% 0.03093 0.00097
15、0.000971 0.000465 1980.198化工原理课程设计 101 2% 0.02041 0.00073 0.000730 0.000276 2202.6430 0.457% 0.00504 0.00024 0.000241 0 4168.404由辛普森积分法有： 27.841.0256.8* Xm96.35.93.).42(33180 fffNOL-与 y 对应的平衡液相中的溶质的摩尔分数*x-与 Y 对应的平衡液相中的溶质与溶剂的摩尔比X-传质单元数，单位 mOLN3.4.2 传质单元高度的计算查资料【5】有： sPasmDmDNNGLC5 29231086. /10.,/497气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： ,2, ,20.750.10.50.1exp.4()()()WCLtLt Lt taWaga液体质量通量 , 2236.576.8/()094LKmh气体质量通量 , 221.5/()VGWg2308.96/am代 入 数 值 得 ：气膜吸收系数：
