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化原课程设计SO2气体吸收塔设计
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
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S2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S2,其余为惰性组分,采用清水进行吸收。混合气体的处理量m3/h 入塔混合气含SO2(体积分数) 4% 出塔混合气含SO2(体积分数) 0.14% 平衡线方程 (二)操作条件
(1)操作压力 常压
2)操作温度 ℃
(三)设计内容
(1)流程的选择:本流程选择逆流操作;
(2)))1)操作压力 常压
2)操作温度 ℃
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。。
(1)吸收塔的物料衡算)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)设计液体分布器及辅助设备的选型)绘制有关吸收操作图纸时水的有关物性数据如下:
=998.2 kg/m3
粘度为 μL=1.0050mPa·s
表面张力为σL=72.6×103 N/m
SO2在水中的扩散系数为 DL=147×10-9m2/s=5.29×10-6m2/h
(依Wilke-Chang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
MVm=ΣyiMi=0.04×64+0.96×29=30.4g/mol
混合气体的平均密度为
ρVm===1.2645kg/ m3
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SO2在空气中的扩散系数为 DV=1.08×10-5m2/s=0.039 m2/h
3.1.3 气液相平衡数据
由手册查得,常压下20℃时SO2在水中的亨利系数为
E=×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××=124.79 kmol/h
混合气SO2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
y1=0.04
y2=0.0014
(3)混合气进出塔摩尔比组成
进塔气相摩尔比为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对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为2=0
()min==33.86
取操作液气比为 kmol/h
(6)塔底吸收液组成X1
(7)操作线方程
依操作线方程
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WV=3000×1.264=3792 kg/h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即
WL=5678.53×18=102213.45 kg/h
其中:
ρL =992.2 kg/m3
ρV =1.264 kg/m3
g = 9.81 m/s2
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:
图一填料塔泛点和压降的通用关联图(引自《化工原理》)
图中 u0——空塔气速,m /s; φ——湿填料因子,简称填料因子,1 /m; ψ——水的密度和液体的密度之比; g——重力加速度,m /s2; ρV、ρL——分别为气体和液体的密度,kg /m3; WV、WL——分别为气体和液体的质量流量,kg /s。 此图适用于乱堆的颗粒形填料,如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等,其上还绘制了整砌拉西环和弦栅填料两种规整填料的泛点曲线。对于其他填料,尚无可靠的填料因子数据。
Eckert通用关联图的横坐标为
查图一查得纵坐标值为
表一 散装填料泛点填料因子平均值
填料类型 填料因子,1/m DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 金属鲍尔环 410 — 117 160 — 金属环矩鞍
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