课程设计二氧化硫混合气填料吸收塔的设计

这是我以前设计的一个，由于在上班没时间重新设计，所以你先看看这个，看能不能得到些许启发。（希望采纳）

一、设计题目：水吸收氨过程填料吸收塔设计

二、设计条件：

1、气体混合物成分：空气和氨；

2、氨的含量：5.65%、4.5％（体积）；

3、混合气体流量：3000m3/h、4000m3/h；

4、操作温度：293K；

5、混合气体压力：101.3KPa；

6、回收率：99.5%。

三、设计内容：

1、确定吸收流程；

2、物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成；

3、选择填料、计算塔径、填料层高度、填料的分层、塔高的确定。

4、流体力学特性的校核：液气速度的求取，喷淋密度的校核，填料层压降△P的计算。

5、附属装置的选择与确定：液体喷淋装置、液体再分布器、气体进出口及液体进出口装置、栅板。

四、设计要求：

1、设计说明书内容包括：

⑴、目录和设计任务书；

⑵、流程图及流程说明；

⑶、计算（根据计算需要，作出必要的草图，计算中所采用的数据和经验公式应注明其来源）；

⑷、设计计算结果表；

⑸、对设计成果的评价及讨论；⑹、参考文献。

2、设计图纸：绘制一张填料塔装置图

化工单元设备的计算，按给定条件、任务和要求的不同，一般可分为设计型计算和操作型（校核型）计算两大类。

设计型计算：给定的生产任务和工艺条件，设计满足任务要求的单元设备。

操作型计算：根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能完成的任务。

设计型计算的主要内容与步骤：

1. 吸收剂的选择及用量的计算；

2. 设备类型的选择；

3. 塔径计算；

4. 填料层高度或塔板数的计算；

5. 确定塔的高度；

6. 塔的流体力学计算及校核；

7. 塔的附件设计。

计算依据：物系的相平衡关系和传质速率

教材以吸收为例说明填料塔填料高的计算方法，以精馏为例说明板式塔计算方法，在吸收和精馏操作中，填料塔和板式塔均为最常用的塔型。

物料衡算与吸收操作线方程：

物料衡算：

以逆流操作的填料塔为例：

对稳定吸收过程，单位时间内气相在塔内被吸收的溶质A的量必须等于液相吸收的量。全塔物料衡算为：

比摩尔组成：

气相比摩尔组成是气相中溶质的摩尔数与惰性组分摩尔数（沿吸收塔高不变）之比。

液相比摩尔组成是液相中溶质的摩尔数与惰性组分摩尔数（沿系数塔高不变）之比。

操作线方程与操作线：

若GA为吸收塔的传质负荷，即气体通过填料塔式，单位时间内溶质被吸收剂吸收的量kmol/s，则

进塔气量V和组成Yb是吸收任务规定的，进塔吸收剂温度和组成Xa一般由工艺条件确定，出塔气体组成Ya则由任务给定的吸收率η求出。

在填料塔内，对气体流量与液体流量一定的稳定的吸收操作，气液组成沿塔高连续变化；

在塔的任一截面接触气液两相组成相互制约；

全塔物料衡算式代表L、V一定，塔内截面b（浓端）或截面a（稀端）的气液浓度关系。

操作线方程的推出：

若取填料层任一截面与塔的塔底端面之间的填料层为物料衡算的控制体，则所得溶质A的物料衡算式为：

同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A的物料衡算，有：

上两式均称吸收操作线方程，代表逆流操作时塔内任截面的气液组成Y和C间关系，（L/V）称为吸收塔操作的液气比。

逆流操作线与相平衡线：

L/V一定，操作线以液气比L/V为斜率，过进、出口气液相组成点点（Yb,Xa）和（Ya，Xa）的直线。

线上任一点的坐标（Y，X）代表？

操作线上一点P与平衡线间的垂直距离（Y-Ye）为该截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平距离（Xe-X）为截面上的液相为基准的吸收传质推动力。

两线间垂直距离（Y-Ye）或水平距离（Xe-X）的变化显示了吸收过程推动力沿塔高的变化规律。

并流操作线与相平衡线：

对气液两相并流操作时，操作线斜率为（-L/V）

吸收塔内流向的选择：

在Yb至Ya范围内，两相逆流沿塔高均能保持较大的传质推动力；而两相并流时从他顶到塔底沿塔高传质推动力逐渐减少，进出塔两截面推动力相差较大。

在气液两相进出塔浓度相同的情况下，逆流操作的平均推动力大于并流，从提供吸收传质速率出发，逆流优于并流。这与间壁式对流传热的并流与逆流流向选择分析结果是一致的。

与并流相比，逆流操作时上升的气体将对借重力往下流动的液体产生一个曳力，阻碍液体向下流动，因而限制了吸收塔所允许的液体流率和气体流率，这是逆流操作不利的一面。

用水吸收S02属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。因用水作为吸收剂，且S02不作为产品，故采用纯溶剂。

二填料的选择

对于水吸收S02的过程、操作、温度及操作压力较低，工业上通常选用所了散装填料。在所了散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38聚丙稀阶梯环填料。

三基础物性数据

⒈液相物性数据

对于水吸收S02的过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。

由手册查得20℃时水的有关物性数据如下：

密度ρ水=998.2kg/m3

粘度μ水=3.6kg/(m•h)

S02在水中的扩散系数为D=1.47×10-5cm2/s=5.29×1016m2/h

⒉气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为

M=∑yimi=0.08×64.06+0.9229=31.8048

混合气体的平均密度为

ρ气=PM/RT=101.3×31.80/（8.314×293.15）=1.322kg/ m2

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为

μ=1.81×10-5Pa•s=0.065 kg/(m•h)

查得S02在空气中的扩散系数为

D=0.108cm/s=0.039m2/h

⒊气液相平衡数据

由手册查得，常压下20℃时S02在水中的亨利系数为

E=3.55×103kpa

相平衡常数为

m=E/P=3.55×103/101.3=35.04

溶解度系数为

1/H=ρ水/EM水=998.2/3.55×103×18.02=0.0156kmol/(kpa•m3)

四物料衡算

进塔气相摩尔比为

Y1=y1/(1?y1)=0.08/(1?0.08)=0.0870

Y2= Y1/(1?φA)=0.0870×(1?0.95)=0.0435

进塔惰性气相流量

V=600/22.4×273/293（1?0.05）=23.71 kmol/h

该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算

(L/V)min= (Y1?Y2)/( Y1/m?x2)

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为x2=0

(L/V)min=（0.087?0.00435）/（0.087/35.04?0）=33.29

取操作液气比为

L/V=1.5(L/V)min=1.5×33.29=49.94

L=49.94×23.71=1183.89kmol/h

V (Y1?Y2)=L (x1?x2)

x1=23.71×(0.087?0.00435)/1183.89=0.0017

应该根据SO2生成Na2SO3的量，计算出消耗的NaOH的量。

压降不需要这么大，一般3kPa足够了。

根据合成气的处理量，计算塔的直径。