化原课程设计二氧化硫吸收塔

化工原理课程设计

题目：SO2气体吸收塔的设计

系别：化学与环境工程学院

专业：过程装备与控制工程

：天赐

学号：122209104136

指导老师：红娇

2015年 6 月22 日

目录一设计任务书

二设计方案简介

三工艺计算

一设计任务书

（一）设计题目

水吸收SO2过程填料吸收塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用于脱除混合气体(先冷却)中的SO2，其余为惰性组分，采用清水进行吸收。

（二）操作条件

（1）操作压力常压

（2）操作温度20℃

（三）设计容

（1）流程的选择：本流程选择逆流操作；

（2）工艺计算：吸收剂量求取、操作线方程式、填料塔径求取、填料层高度、最小润湿速度求取及润湿速度的选取、单位填料层压降的求取、吸收塔高度等的计算；

（3）附件选型：液体分布，分布器及再分布器、支座等的选型；

（4）编写设计说明书和设计结果一览表，绘制填料塔的工艺条件图。

二设计方案简介

2.1方案的确定

2.1.1装置流程的确定

本流程选择逆流操作。

2.1.2吸收剂的选择

吸收剂为清水

2.1.3操作温度与压力的确定

（1）操作压力常压

（2）操作温度20℃

2.2填料的类型与选择

对于水吸收SO2的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。本流程选用N38塑料鲍尔环填料。

2.3设计步骤

本课程设计从以下几个方面的容来进行设计：

（1）吸收塔的物料衡算；

（2）填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；

（3）设计液体分布器及辅助设备的选型；

（4）绘制有关吸收操作图纸。

三 工艺计算

3.1基础物性数据

3.1.1 液相物性数据

20℃时水的有关物性数据如下： 密度为 ρL =998.2 kg/m 3 粘度为 µL =1.0050mPa ·s 表面力为σL =72.6×103 N/m

SO 2在水中的扩散系数为 D L =147×10-9m 2/s=5.29×10-6m 2/h （依Wilke-Chang 0.518

r 0.6

()1.85910M T

D V

φμ-=⨯计算，查《化学工程基础》）

3.1.2 气相物性数据

设进塔混合气体温度为20℃， 混合气体的平均摩尔质量为

M Vm =Σy i M i =0.04×64+0.96×29=30.4g/mol 混合气体的平均密度为 ρVm =

RT PM =293

314.84

.30325.101⨯⨯=1.2645kg/ m 3

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查化工原理得20℃空气的粘度为 μV =1.81×105Pa ·s

查手册得SO 2在空气中的扩散系数为 D V =1.08×10-5m 2/s=0.039 m 2/h

3.1.3 气液相平衡数据

由手册查得，常压下20℃时SO 2在水中的亨利系数为 E=3.55×103

kPa 相平衡常数为

m=E/P=3.55×103/101.3=35.04 溶解度系数为

H=ρ/EM=998.2/（3.55×103×18）=0.0156kmol/kN ·m 3.1.4 物料衡算

（1）进塔混合气中各组分的量 塔平均操作压强为101.3kPa ，故： 混合气量＝3000×

20273273 ×4

.221=124.79 kmol/h

混合气SO 2中量＝124.78×0.04＝4.99 kmol/h ＝4.99×64=319.44kg/h 设混合气中惰性气体为空气，则混合气中空气量＝124.78-4.99＝119.79kmol/h ＝119.79×29＝3473.88kg/h

（2）混合气进出塔的摩尔组成

y 1=0.04 y 2=0.0014

（3）混合气进出塔摩尔比组成

进塔气相摩尔比为 Y 1=

11y 1y -=04

.0104

.0-=0.04167

出塔气相摩尔比为 Y 2=

22y 1y -=0014

.010014

.0-=0.001401963

（4）出塔混合气量

出塔混合气量=119.79÷（1-0.0014）=119.96kmol/h （5）吸收剂（水）的用量L

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

12

min 12()Y Y L

Y V X m -=-

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X 2=0 （

V L ）min =004

.3504167.0001401963.004167.0--=33.86

取操作液气比为

min 4.1）（V L V L = 404.4786.334.1=⨯=V

L

53.567879.119404.47=⨯=L kmol/h

(6)塔底吸收液组成X 1

1212()()V Y Y L X X -=-

000848.0)

(211=-=

L

Y Y V X (7)操作线方程

依操作线方程0014.0404.47)(22+=-+=

X X V

L

Y X V L Y 3.2填料塔的工艺尺寸的计算

3.2.1塔径的计算

采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。 气相质量流量为W V =3000×1.264=3792 kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 W L =5678.53×18=102213.45 kg/h 其中：

ρL =992.2 kg/m 3

ρV =1.264 kg/m 3 g = 9.81 m/s

2

µL =1.0050mPa ·s

（1）采用Ecekert 通用关联图法计算泛点气速uF 。 通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下：