二氧化硫吸收化工原理课程设计.docx
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二氧化硫吸收化工原理课程设计
设计任务与条件3
设计方案的确定4
工艺流程图5
吸收塔的设计计算6
一、计算混合气体的平均分子量M和密度6
二、物料衡算7
三、填料层的高度计算9
填料塔的附属装置10
一．选择附属装置11
二．管口结构的设计12
三．液体输送泵的选择12
心得体会13
参考文献13
设计任务与条件
1.生产能力：
混合气（SO2＋空气）的处理量2000m3/h；
2.进塔混合气中SO2的含量6%（体积分数）；
3.吸收率：
99%。
4.以清水为吸收剂。
5.平衡线方程：
Y=66.76676X1.15237
6.操作条件：
操作压力：
常压（101325Pa）；
吸收温度：
20℃；
设计方案的确定
化学工业中的废气二氧化硫主要来自化石燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸、磷肥等生产的工业废气。
二氧化硫是化工生产中极为重要的生产原料，其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，必须进行净化回收，具经济价值的规模应充分回收利用，避免硫资源浪费和造成大气污染，危害人类生存发展。
操作吸收是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。
本次课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有二氧化硫的工业尾气，使其达到排放标准。
设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。
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。
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，故本次设计选用塑料鲍尔环为填料。
工艺流程图
吸收塔的设计计算
一、计算混合气体的平均分子量M和密度
混合气体的组成：
空气（94％）SO2（6％）
29×94％＋64×6％＝31.1kg/kmol
二、物料衡算
衡算式：
G＝V（Y1－Y2）＝L（X2-X2）
（1）求Y1、Y2
（2）进吸收塔气象总流量（惰性气体的摩尔气量）
（3）出塔吸收液组成
吸收剂为清水，故X2＝0
1.20℃时，平衡线方程为Y＝66.76676X1.15237
Y1＝0.064代入上式
操作线方程：
（2）塔径的计算
以塔底的气液参数计算塔径。
（a）塔底液泛气速计算
20℃时溶液黏度取20℃水的黏度μL＝1mPa·s
泛点气速
（b）计算塔径D
空塔气速为泛点气速的50％～85％，取u＝80％uf
得：
（c）塔径核算
A．气速核算
在新的塔径下核算空塔气速
符合空塔气速为泛点气速的50％～80％的要求。
B．喷淋密度
最小喷淋密度：
填料的比面积at＝220m－1
最小湿润率
这里取（Lw）＝0.08m3/（m2·h）
故：
Umin=0.08×220＝17.6m3/（m2·h）
在新的塔径下核算喷淋密度
设计合理
C．核算径比
D/d=0.9/0.038=23.68>10可避免壁流现象，核算符合要求。
（d）压力降的计算：
三、填料层的高度计算
用清水吸收属于中等溶解度的吸收，气膜阻力和液膜阻力都应考虑。
本设计属于低浓度气体的吸收，塔内气体和液体的摩尔流量变化较小，其提及吸收系数可视为常熟，采用计算公式：
1.气相总传质单元高度HOG（m）的计算：
气体的空塔质量速度
液体的空塔质量速度
经验公式：
代入数据，得：
查表，SO2在20℃是亨利系数E＝0.355×10－4
相间传质总阻力公式：
上述数据代入公式，得KGa＝3.60
气相的体积吸收总系数：
气相总传质单元高度：
2.气相总传质单元数NOG的计算
（1）计算传质单元系数。
传质单元数的求法有三种：
图解积分法、对数平均推动力法和脱吸因数法。
以下采用对数平均推动力法。
填料塔的附属装置
填料塔的附属装置有填料支承板，液体分布装置，液体在分布装置，气体和液体进出口装置以及除雾器等。
一．选择附属装置
（1）填料支撑板的选择：
选用栅板式支承板，此处填料塔的塔径D＝900mm支承板的设计参数如下：
塔公称直径/mm
填料环直径/mm
栅板尺寸
D
l
R
L1
H×S
n
t
L2
L3
900
25
880
270
440
880
50×6
10
25
250
7
所以分三块安装，支承板数目n＝3.
（2）液体喷淋装置的选择：
填料塔操作时，在任一横截面上，保证气液的均匀分布十分重要。
液体在塔顶的初始均匀喷林，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。
由于塔径等于900mm，可选用筛孔盘式分布器。
分布盘直径D＝600mm，取分布盘厚度S＝6mm，孔径d＝15mm，分布盘H取塔径的1/7即H＝0.13m，液体流量L＝0.0070m3/s,孔数n，孔径d，液体流量L和盘上液体高度H关系如下：
则n＝25个
（3）液体再分布装置的选择：
直径D=900mm<1000mm,故选用槽形再分布器。
名称
数值
名称
数值
塔径
300～1000
dg×S
塔径
300～500
600～800
900～1000
dg×S
16×2
22×2
32×3.5
锥下口直径D1
D—（50～100）
壁厚S
3～4
h1
D/5
管子数
3～4根
h2
≤h1/2
按实际情况定，最大可伸至塔中心
锥下直径D1取800mm，厚壁S取4mm，dg×S＝32×3.5.h1＝180mm，h2<=90mm
（4）塔顶除雾器：
选用丝网除雾器。
a．气体通过除雾器气速
b．丝网盘的直径
c．丝网盘厚度H的确定。
丝网盘直径为150mm
二．管口结构的设计
气体和液体的进出口装置管口直径的确定：
计算公式：
Vs为体积流量
（1）液体进出口管径的确定：
Vs液＝0.014m3/s（以上计算得出），u＝0.5～1.5m/s取1.5m/s
管径
圆整取110mm
查低压流体输送用焊接钢管规格φ140×4.50mm（GB3091－93，GM3092－93）
（2）气体进出口管径的确定：
Vs气＝0.56m3/s，u＝10～18m/s取18m/s
管径
圆整取200mm
查普通无缝钢管规格φ219×5.0mm（GB8163-87）
三．液体输送泵的选择
（1）吸收剂入塔输送管径计算：
管径d＝0.131m，流速u＝1.04m/s
（2）管路总长度估计：
安初步的平立面布置，取l直＝20m，le＝150m
则输送吸收剂管路所需压头的估算：
据初步立面布置，取△Z＝10m水柱。
据操作条件
计算雷诺数：
取管的绝对粗糙度ε＝0.35mm，相对粗糙度
查摩擦系数λ与雷诺系数及相对粗糙度的关系图可得出：
λ＝0.0026
∴H＝10＋1.86＝11.86m水柱
泵功率的计算：
Ne＝HQρg＝11.86×0.014×1000×9.81＝1628.85w＝1.63kw
取效率η＝0.65则N轴＝1.63/0.65＝2.51kw
（3）选泵
根据Q=0.014×3600＝50.4m3/hH＝11.86m
查IS型单级单吸离心泵规格表，选用IS80－65－125单级单吸离心泵2台，其中一台备用。
四风机的选择
由VG＝2000m3/h，查表选用F4－62－11型号离心式风机（风量范围500～59500m3/h），该风机用不锈钢制，适用于腐蚀性气体。
心得体会
这是人生中的第一次课程设计。
回忆起课程设计这两个星期的点点滴滴，感触颇多。
设计内容所接触的知识很广泛，综合性也强，为我们巩固课堂知识提供了坚实的基础。
他不仅涉及流体流动、管路、吸收塔等多个方面，而且对计算的要求也同样严格。
最终完成了计算过程之后还要利用AOTOCAD来绘制成图形以及用WORD编排文档。
设计过程中也面临的不少问题，但我们通过查资料、相互讨论，终于解决了一个个的问题，按时完成了任务。
单调的设计过程并没有让我觉得枯燥，它更锻炼了我的细心和耐心，更在其中享受着它的挑战性。
对在设计过程中老师的知道和同学的帮助表示万分的感谢。
参考文献
1.李功祥等，《常用化工单元及设备设计》，华南理工大学出版社
2.余国琮，《化工机械工程手册》，化学工业出版社，2003
3.路秀林等，《化工设备设计全书—塔设备》，化学工业出版社，2004
4.《化学工程手册－第三卷》，化学工业出版社
5.《化工工艺设计手册》，化学工业出版社
6.董大勤等，《压力容器与化工设备衫手册》，化学工业出版社
7.王志魁 《化工原理》 化学工业出版社
8.左宗义等 《画法几何与机械制图》 华南理工大学出版社
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