化工原料课程设计 环境工程.doc

目录
引言 1
1流程的说明 2
1.1几种流程的比较 2
1.2流程的确定 2
2填料的选择 2
2.1填料的类型 2
2.2填料材质: 3
2.3填料的的选择 3
3吸收塔的工艺计算 4
3.1基础物性数据 4
3.1.1液相物性数据 4
3.1.2气相物性数据 4
3.1.3气液两相平衡时的数据 4
3.2物料衡算 5
3.3填料塔的工艺尺寸计算 5
3.3.1塔径的计算 5
3.3.2泛点率校核和填料规格 7
3.3.3液体喷淋密度校核 7
3.4填料层高度计算 8
3.4.1传质单元数的计算 8
3.4.2传质单元高度的计算 8
3.4.3填料层高度的计算 10
3.5填料塔附属高度的计算 10
3.6填料层压降ΔP的计算 10
3.7泛点率 11
4辅助设备的选用 12
4.1填料支承装置 12
4.2液体喷淋装置 12
4.3液体再分布装置 12
4.4塔顶除雾沫器 12
5附属设备的计算与选择 13
5.1吸收塔主要接管的尺寸计算 13
5.2离心泵的计算与选择 14
5.3风机的选择 15
设计结果列表 16
设计结果的讨论和说明 18
参考文献 19
引言
课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节,是培养我们综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中,它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。
课程设计不同于平时的作业,在设计中需要我们自己做出决策,即自己确定方案,选择流程,查取资料,进行过程和设备计算,并要对自己的选择做出论证和核算,经过反复的分析比较,择优选定最理想的方案和合理的设计。所以,课程设计是培养我们独立工作能力的有益实践。
这次课程设计的任务是用水吸收空气中的二氧化硫。要求设计包括塔径、填料塔高度、塔管的尺寸等,需要通过物料衡算得到所需要的基础数据,然后进行所需尺寸的计算得到各种设计参数,为图的绘制打基础,提供数据参考。
1流程的说明
1.1几种流程的比较
吸收装置的流程主要有以下几种
(1)? 逆流操作:
定义:气相自塔底进入由塔顶排出,液相自塔顶进入由塔底排出的操作。
特点:传质平均推动力大,传质速率快,分离效率高,吸收剂利用率高。
适用情况:工业生产中多采用逆流操作。
(2)? 并流操作:
定义:气液两相均从塔顶流向塔底的操作。
特点:系统不受液流限制,可提高操作气速,以提高生产能力。
适用情况:当吸收过程的平衡曲线较平坦时,流向对推动力影响不大; 易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全;吸收剂用量特别大,逆流操作易引起液泛。
(3)? 吸收剂部分再循环操作:
定义:在逆流操作系统中,用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内的操作。
适用情况:当吸收剂用量较小,为提高塔的液体喷淋密度;对于非等温吸收过程,为控制塔内的温升,需取出一部分热量。该过程特别适宜于相平衡常数m值很小的情况,通过吸收液部分再循环,提高吸收剂的使用效率。应予以指出,吸收及部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低,且需设置循环泵,操作费用增加。
(4)? 多塔串联操作:
如设计的填料层高度过大,或由于所处理的物料等原因需经常清理填料,为便于维修,可把填料层分装在几个串联的塔内,每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等,即为多塔串联操作。
(5)? 串联——并联混合操作:
若吸收过程处理的液量很大,如果用通常的流程,则液体在塔内的喷淋密度过大,操作气速势必很小,塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相做串联,液相做并联的混合流程;若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时,可采用液相做串联,气相做并联的混合流程。
1.2流程的确定
装置流程的确定:本填料吸收塔的设计任务是用水吸收SO2,属于中等溶解度的吸收过程,为提高传质效率,选用逆流吸收流程.
2填料的选择
2.1填料的类型
填料是填料塔中气液接触的基本构件,其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要元素,因此,填料的选择是填料塔设计的重要环节。
填料类型:填料种类很多,根据装填方式的不同可分为散装填料和规整填料两大类。
1.? 散装填料: 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点的不同,又可分为环形填料,鞍形填料,环鞍形填料及球形填料等。
? 拉西环填料:拉西环为外径与高度相等的圆环,通常由陶瓷或金属材料制成。其结构简单,制造容易,但堆积时相邻环间易形成线接触,填料层的均匀性差,致使传质效率低。而且流动阻力大,操作范围小。
? 鲍尔环:鲍尔环是在拉西环的壁上开一层或两层长方形窗口,窗孔的母材两层交错地弯向环中心对接。这种结构使填料层内气、液分布性能大为改善,尤其是环的内表面得到充分利用。气液通量得到提高而压降仅为拉西环的一半,分离效果也得到提高。
? 阶梯环:鲍尔环基础上改造得出的。其高径比较小,气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了阻力。喇叭口一边,不仅增加机械强度,而且使填料之间为点接触,有利于液膜的汇集与更新,提高了传质效率。目前所使用的环型填料中最为优良的一种。
? 弧鞍型:表面全部敞口,不分内外,液体在表面两侧均匀流动,表面利用率高,流动呈弧形,气体阻力小。但容易产生沟流, 强度差,易破碎,故应用较少。
? 矩鞍型:矩鞍形填料结构不对称堆积时不重叠均匀性更高。该填料气流阻力小,处理能力大,构造简单,是一种性能优良的填料。
? 环矩鞍:兼具环型、鞍型填料的优点。敞开的侧壁有利于气体和液体通过,减少了填料层内滞液死区。填料层内流体孔道增多,使气液分布更加均匀,传质效率高。
2.规整填料 规整填料是由许多相同尺寸和形状的材料组成的填料单元,以整砌的方式装填在塔体中。规整填料主要包括板波纹填料、丝网波纹填料、格利希格栅、脉冲填料等,其中尤以板波纹填料和丝网波纹填料所用材料主要有金属丝网和塑料丝网
2.2填料材质:
(1)陶瓷材料? 陶瓷材料具有良好的耐腐蚀性及耐热性,对强碱介质,可以选用耐碱配方制造的耐碱陶瓷材料。陶瓷材料因其质脆,易碎,不宜在高冲击强度下使用。在工业上,主要用于气体吸收,气体洗涤和液体萃取等过程。
(2)金属填料? 金属填料可用多种材质制成,金属材质的选择主要根据物系的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。碳钢填料造价低,且具有良好的表面润湿性能,对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用。
(3)塑料填料? 塑料填料的材质主要包括聚丙烯,聚乙烯及聚氯乙烯等。塑料填料的耐腐蚀性能较好,可耐一般的无机酸,碱和有机溶剂的腐蚀且耐温性良好。塑料填料具有质轻、价廉、耐冲击、不易破碎等优点,多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。
2.3填料的的选择
综合考虑以上因素在本次设计中采用散装填料,因为鲍尔环填料的分离效果不错,综合性能较好所以选择50×50×4.5瓷鲍尔环乱堆填料。
3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
对于低浓度的吸收过程,溶液的物性数据可以近似取纯水的物性数据
20℃时水的有关物性数据如下:
密度 ρL=998.2(kg/m3) 粘度 μL=0.001004(Pa.S)
表面张力δL=72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)
SO2在水中的扩散系数DL=1.47×10-5(㎝2/s)=5.29×10-6(m2/h)