1、 課 程 設 計課程名稱： 化工原理課程設計 設計題目： 水吸收二氧化硫煙氣的填料塔設計 學 院： 環境科學與工程學院 專 業： 再生資源科學與技術 年 級： XXX級 學生姓名： XXX 指導教師： XXX 日 期： 2013.6.24-2013.7.5 課 程 設 計 任 務 書一、設計任務及操作條件設計題目：水吸收SO2煙氣的填料塔設計操作條件：（1）混合煙氣處理量為1000m3/h（30,100KN/m2）； （2）進塔氣體組成：9%（體積比）SO2,其余可視為空氣； （3）回收其中所含SO2的95%； （4）吸收塔操作溫度為30，壓力位100KN/m2； （5）液氣比為最小液氣比的1

2、.2倍； （6）空塔氣速取泛點氣速的0.65倍； （7）填料：自選；二、設計內容設計方案的選擇及流程的確定；塔的物料衡算和熱量衡算；塔的主要工藝尺寸確定：塔高的確定；塔徑的確定；全塔壓降的驗算；輔助設備的選型與計算；繪制工藝流程圖；繪制填料塔設備圖；編寫設計說明書。摘要：吸收是分離氣體混合物的單元操作，其分離原理是利用氣體混合物中各組分在液體溶劑中溶解度的差異來實現不同氣體的分離。一個完整的吸收過程應包括吸收和解吸兩部分。氣體吸收過程是利用氣體混合物中，各組分在液體中溶解度或化學反應活性的差異，在氣液兩相接觸時發生傳質，實現氣液混合物的分離。 在化工生產過程中，原料氣的凈化，氣體產品的精制，治

3、理有害氣體，保護環境等方面都廣泛應用到氣體吸收過程。本次化工原理課程設計的目的是根據設計要求采用填料吸收塔的方法處理含有二氧化硫的混合物，使其達到排放標準，采用填料吸收塔吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液傳質面積而且填料表面具有良好的湍流狀況， 關鍵詞：吸收 單元操作 解析 目 錄 HYPERLINK l _Toc13988 第1章 緒論1 HYPERLINK l _Toc12075 1.1吸收技術概況1 HYPERLINK l _Toc1893 1.2吸收在工業生產中的應用2 HYPERLINK l _Toc26358 1.3 吸收設備的發展2 HYPERLINK l _Toc18033

4、第2章 設計方案4 HYPERLINK l _Toc18601 2.1吸收劑的選擇4 HYPERLINK l _Toc20087 2.2 吸收流程的選擇5 HYPERLINK l _Toc3165 2.2.1 氣體吸收過程分類5 HYPERLINK l _Toc18090 2.2.2 吸收裝置的流程5 HYPERLINK l _Toc22001 2.3吸收塔設備及填料的選擇6 HYPERLINK l _Toc24325 2.3.1 吸收塔設備6 HYPERLINK l _Toc2755 2.3.2 填料的選擇7 HYPERLINK l _Toc23224 2.4吸收劑再生方法的選擇7 HYPE

5、RLINK l _Toc16831 2.5操作參數的選擇8 HYPERLINK l _Toc21653 2.5.1操作溫度的確定8 HYPERLINK l _Toc27775 2.5.2操作壓力的確定8 HYPERLINK l _Toc31471 第3章 吸收塔工藝條件的計算10 HYPERLINK l _Toc14021 3.1基礎物性數據10 HYPERLINK l _Toc20677 3.1.1液相物性數據10 HYPERLINK l _Toc20841 3.1.2氣相物性數據10 HYPERLINK l _Toc32260 3.1.3氣液兩相平衡時的數據10 HYPERLINK l _

6、Toc23893 3.2物料衡算11 HYPERLINK l _Toc32232 3.3填料塔的工藝尺寸計算11 HYPERLINK l _Toc22215 3.3.1塔徑的計算11 HYPERLINK l _Toc12146 3.3.2泛點率校核和填料規格12 HYPERLINK l _Toc14039 3.3.3液體噴淋密度校核13 HYPERLINK l _Toc14194 3.4填料層高度計算13 HYPERLINK l _Toc10838 3.4.1傳質單元數的計算13 HYPERLINK l _Toc1918 3.4.2傳質單元高度的計算13 HYPERLINK l _Toc211

7、81 3.4.3填料層高度的計算14 HYPERLINK l _Toc31821 3.5填料塔附屬高度的計算14 HYPERLINK l _Toc868 3.6液體分布器的簡要設計15 HYPERLINK l _Toc12730 3.6.1液體分布器的選型15 HYPERLINK l _Toc12056 3.6.2分布點密度及布液孔數的計算16 HYPERLINK l _Toc25680 3.6.3塔底液體保持管高度的計算17 HYPERLINK l _Toc10590 3.7其它附屬塔內件的選擇17 HYPERLINK l _Toc9730 3.7.1 填料支撐板17 HYPERLINK l

8、 _Toc7897 3.7.2 填料壓緊裝置與床層限制板17 HYPERLINK l _Toc12666 3.7.3氣體進出口裝置與排液裝置18 HYPERLINK l _Toc26072 3.8流體力學參數計算18 HYPERLINK l _Toc6380 3.8.1填料層壓力降的計算18 HYPERLINK l _Toc4181 3.8.2吸收塔主要接管的尺寸計算19 HYPERLINK l _Toc13469 3.8.3離心泵的計算與選擇20 HYPERLINK l _Toc13037 工藝設計計算結果匯總與主要符號說明23 HYPERLINK l _Toc12075 4.1填料塔工藝尺

9、寸計算結果表23 HYPERLINK l _Toc1893 4.2流體力學參數計算結果匯總24 HYPERLINK l _Toc1893 4.3附屬設備計算結果匯總24 HYPERLINK l _Toc26358 4.4所用聚丙烯塑料階梯環填料主要性能參數匯總25 HYPERLINK l _Toc12075 4.5主要符號說明25 HYPERLINK l _Toc5751 設計方案討論27第6章 HYPERLINK l _Toc1893 心得體會28 HYPERLINK l _Toc12441 附錄29 HYPERLINK l _Toc12441 參考文獻32第1章 緒論1.1吸收技術概況 利

10、用混合氣體中各組分在同一種溶劑（吸收劑）中溶解度的不同分離氣體混合物的單元操作稱為吸收。吸收是分離氣體混合物最常見的單元操作之一。 工業吸收操作是在吸收塔內進行的。在吸收操作中，通常將混合氣體中能夠溶解于溶劑中的組分稱為溶質或吸收質，以A表示;而不溶或微溶的組分稱為載體或惰性氣體，以B表示；吸收所用的溶劑稱為吸收劑，以S表示；經吸收后得到的溶液稱為吸收液;被吸收后排出吸收塔的氣體稱為吸收尾氣。吸收就是吸收質從氣相轉入液相的過程。吸收過程通常在吸收塔中進行。根據氣、液兩相的流動方向，分為逆流操作和并流操作兩類，工業生產中以逆流操作為主，吸收劑以塔頂加入自上向下流動，與從下向上流動的氣體接觸，吸收

11、了吸收質的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。吸收塔操作示意圖如圖片2-1所示。V，Y2 L，X2符號含義： Y X V 單位時間內通過吸收塔的惰性氣體量，kmol/s； L 單位時間內通過吸收塔的溶劑量，kmol/s；Y1，Y2 分別為進塔及出塔氣體中溶質組分的摩爾 比，kmol/kmol；X1，X2 分別為進塔及出塔液體中溶質組分的摩爾 比，kmol/kmol。mnV，Y1L，X1圖2-1 吸收塔操作示意圖吸收塔設備是氣液接觸的傳質設備，一般可分為逐級接觸型和微分接觸型兩類。板式塔屬于逐級接觸型的氣液傳質設備，它是在塔體內按照一定距離設置許多塔盤，氣體以鼓泡或噴射的方式穿過塔盤上的液層

12、。填料塔屬于微分接觸型氣液傳質設備，它是在塔體內裝有一定數量的填料，填料的作用是提供氣液間的傳質面積。在塔內液體沿填料表面下流，形成一層薄膜，氣體沿填料空隙上升，在填料表面的液層與氣體的界面上進行傳質過程。1.2吸收在工業生產中的應用 在化工生產中所處理的原料中間產物粗產品等幾乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，為進一步加工和使用，常需將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態的物質。對于均相物系，要想進行組分間的分離，必須要造成一兩個物系，利用原物系中各組分間某種物性的差異，而使其中某個組分（或某些組分）從一相轉移到另一相，以達到分離的目的。物質在相間的轉移過程稱為物質傳遞過程。吸收單元操作是化學

13、工業中常見的傳質過程。氣體的吸收在化工生產中主要用來達到以下幾種目的 ：(1)有用組分的回收。例如用硫酸處理焦爐氣以回收其中的二氧化硫，用氣油處理焦爐氣以回收其中的芳烴，用液態烴處理裂解氣以回收其中的乙烯、丙烯等。(2)原料氣的凈化。例如用水和堿液脫除合成二氧化硫原料氣中的二氧化碳，用丙酮脫除裂解氣中的乙炔等。(3)某些產品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氫以制備鹽酸，用水吸收甲醛以制備福爾馬林溶液等。(4)廢氣的治理。例如：電廠的鍋爐尾氣含二氧化硫。硝酸生產尾氣含一氧化氮等有害氣體，均須用吸收方法除去。1.3吸收設備的發展 吸收操作主要在填料塔和板式塔中進行，幾種常用的吸

14、收塔有填料塔、湍球塔、板式塔等。其中填料塔的應用較為廣泛。 填料塔的歷史較久，早在19世紀中期已開始用于生產，到20世紀初，人們以碎石、短管段等為填料用來蒸餾原油，改進了原來的釜式蒸餾技術，促進了石油工業的發展。但由于當時對填料兩相的流動研究很少，塔的優越性未能全部發揮，故不久就為泡罩塔所取代。后來隨著石油、酸堿、肥料、石油化工等工業的飛速發展，人們對填料塔的實踐和認識才進一步不斷加深，制造了多種形式的填料；對填料塔的壓降和泛點得出了較為可靠的關聯式，為設計和操作提供了依據。 填料塔，它由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料

15、，也可用塑料制造。填料是填料塔的核心，它提供了塔內氣液兩相的接觸面，填料與塔的結構決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定的機械強度、密度小、價格低廉等。常用的填料有拉西環、鮑爾環、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀80年代后開發的新型填料如QH1型扁環填料、八四內弧環、刺猬形填料、金屬板狀填料、規整板波紋填料、格柵填料等，為先進的填料塔設計提供了基礎。塔填料的研究與應用已獲得長足的發展，鮑爾環、階梯環、萊佛厄派克環、金屬環矩鞍等的出現標志著散裝填料朝高通量、高效率、低阻力方向發展有新的突破。規整填料在工業裝置大型化和要求高分離效率的情況下，倍受重視，已成

16、為塔填料的重要品種。其中金屬與塑料波紋板造價適中，抗污力強，操作性能好，并易于工業應用，可作為通用填料使用；柵格填料對液體負荷和允許壓降要求苛刻的過程十分有利，并具有自凈機能，即使應用在污垢系統也能長期穩定運轉；脈沖填料獨特的結構使之在大流量、大塔徑下也不會發生偏流，極易工業放大，從發展上看很有希望。 近年來，工程界對填料塔進行了大量的研究工作，主要集中在以下幾個方面：開發多種形式、規格和材質的高效、低壓降、大流量的填料；與不同填料相匹配的塔內件結構；填料層中液體的流動及分布規律；蒸餾過程的模擬。填料塔的基本特點是結構簡單，壓力降小，傳質效率高，便于采用耐腐蝕材料制造等。對于熱敏性及容易發泡的

17、物料，更顯出其優越性。過去，填料塔多推薦用于0.60.7m以下的塔徑。近年來，隨著高效新型填料和其他性能內件的開發，以及人們對填料流體力學，放大效應及傳質機理的深入研究，使填料塔技術得到了迅速發展。第2章 設計方案2.1吸收劑的選擇 吸收操作的好壞在很大程度上取決于吸收劑的性質。選擇吸收劑時在，主要考慮以下幾點：(1) 溶解度大 吸收劑對溶質組分的溶解度越大，則傳質推動力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少，操作費用較低。 (2) 選擇性好 吸收劑應對溶質組分有較大的溶解度，而對混合氣體中的其它組分溶解度甚微，否則不能實現有效的分離。 (3) 揮發性好 在吸收過程中，吸收尾氣往往為吸收劑蒸

18、汽所飽和。故在操作溫度下，吸收劑的蒸汽壓要低，以減少吸收劑的損失量。 (4) 粘度低 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內的流動阻力越小，擴散系數越大，這有助于傳質速率的提高。（5）易再生 當富液不作為產品時，吸收劑要易再生，以降低操作費用。要求溶解度對溫度的變化比較敏感，即不僅在低溫下溶解度要大，平衡分壓要?。欢译S著溫度升高，溶解度應迅速下降，平衡分壓應迅速上升，則被吸收的氣體解吸，吸收劑再生方便。 (6) 其它 所選用的吸收劑應盡可能無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發泡、冰點低、價廉易得，且化學性質穩定、經濟安全1。在實際生產中滿足所有要求的吸收劑是不存在的。應從滿足工藝要求出發，對可

19、供選擇的吸收劑做全面的評價，作出科學、經濟、合理的選擇。表2-1 物理吸收劑和化學吸收劑的選擇物理吸收劑化學吸收劑（1）吸收容量（溶解度）正比于溶質分壓（2）吸收熱效應很小（近于等溫）（3）常用降壓閃蒸解吸（1）吸收容量對溶質分壓不太敏感（2）吸收熱效應顯著（3）用低壓蒸汽氣提解吸（4）適于溶質含量不高，而凈化度要求很高的場合（4）適于溶質含量高，而凈化度要求不太高的場合（5）對設備腐蝕性小，不易變質（5）對設備腐蝕性大，易變質 綜上所述，考慮吸收劑的選用標準，在二氧化硫的吸收過程中，采用水為吸收劑。2.2 吸收流程的選擇2.2.1 氣體吸收過程分類 氣體吸收過程通常按以下方法分類。 (1)

20、單組分吸收與多組分吸收:吸收過程按被吸收組分數目的不同，可分為單組分吸收和多組分吸收。若混合氣體中只有一個組分進入液相，其余組分不溶（或微溶）于吸收劑，這種吸收過程稱為單組分吸收。反之，若在吸收過程中，混合氣中進入液相的氣體溶質不止一個，這樣的吸收稱為多組分吸收。 (2) 物理吸收與化學吸收: 在吸收過程中，如果溶質與溶劑之間不發生顯著的化學反應，可以把吸收過程看成是氣體溶質單純地溶解于液相溶劑的物理過程，則稱為物理吸收。相反，如果在吸收過程中氣體溶質與溶劑(或其中的活潑組分)發生顯著的化學反應，則稱為化學吸收。 (3) 低濃度吸收與高濃度吸收: 在吸收過程中，若溶質在氣液兩相中的摩爾分率均較

21、低（通常不超過0.1），這種吸收稱為低濃度吸收；反之，則稱為高濃度吸收。對于低濃度吸收過程，由于氣相中溶質濃度較低，傳遞到液相中的溶質量相對于氣、液相流率也較小，因此流經吸收塔的氣、液相流率均可視為常數。 (4) 等溫吸收與非等溫吸收: 氣體溶質溶解于液體時，常由于溶解熱或化學反應熱，而產生熱效應，熱效應使液相的溫度逐漸升高，這種吸收稱為非等溫吸收。若吸收過程的熱效應很小，或雖然熱效應較大，但吸收設備的散熱效果很好，能及時移出吸收過程所產生的熱量，此時液相的溫度變化并不顯著，這種吸收稱為等溫吸收。 2.2.2吸收裝置的流程 吸收裝置的流程主要有以下幾種。 （1）逆流操作 氣相自塔底進入塔頂排出

22、，液相自塔頂進入塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點是，傳質平均推動力大，傳質速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業生產中多采用逆流操作。 （2）并流操作 氣液兩相均從塔頂流向塔底，此即并流操作。并流操作的特點是，系統不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產能力。并流操作通常用于以下情況：當吸收過程的平衡曲線較平坦時，流向對推動力影響不大；易溶氣體的吸收或處理的氣體不需要吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。 （3）吸收劑部分再循環操作 在逆流操作系統中，用泵將吸收塔排出液體的一部分冷卻后與補充的新鮮吸收劑一同送回塔內，即為部分再循環操作。通常用于以下情況：當吸收劑用量較小，為

23、提高塔的液體噴淋密度；對于非等溫吸收過程，為控制塔內的溫升，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平蘅常數m植很小的情況，通過吸收液的部分再循環，提高吸收劑的使用效率。應予指出，吸收劑部分再循環操作較逆流操作的平均推動力要低，且需要設置循環泵，操作費用增加。 （4）多塔串聯操作 若設計的填料層高度過大，或由于所處理物料等原因需要經常清理調料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個串聯的塔內，每個吸收塔通過的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯操作。此種操作因塔內需要留較大空間，輸液、噴淋、支承板等輔助裝置增加，使設備投資加大。 （5）串聯并聯混合操作 若吸收過程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在

24、塔內的噴淋密度過大，操作氣速勢必很小（否則易引起塔的液泛），塔的生產能力很低。實際生產中可采用氣相作串聯、液相作并聯的混合流程。用水吸收二氧化硫屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且二氧化硫不作為產品，故采用純溶劑。2.3吸收塔設備及填料的選擇2.3.1 吸收塔設備對于吸收過程，塔設備有多種，如何選擇合適的類型是進行工業設計的首要工作。而進行這一項工作則主要對吸收過程進行充分的研究后，并經過多方案對比方能得到較滿意的結果。一般而言，吸收用塔設備與精餾過程所需要的塔設備具有相同的原則要求，即用較小直徑的塔設備完成規定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好

25、的傳質性能，具有合適的操作彈性，結構簡單，造價低，易于制造、安裝、操作和維修等。 但作為吸收過程，一般具有操作液氣比大的特點，因而更適用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過程節能，所以對于吸收過程來說，以采用填料塔居多。但在液體流率很低難以充分潤濕填料，或塔徑過大，使用填料不很經濟的情況下，以采用板式塔為宜。 本設計過程采用填料塔作為吸收設備。2.3.2 填料的選擇塔填料是填料塔中氣液接觸的基本構件，其性能的優劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設計的重要環節。在選擇塔填料時應考慮如下幾個問題：（1）比表面積要大 比表面積a是指單位體積的填料層所具有的表面積，

26、大的比表面積和良好的潤濕性能有利于傳質速率的提高。（2）空隙率大 空隙率是指單位體積的填料所具有的空隙體積，填料的空隙率大，氣液通過的能力大，氣體流動的阻力小，填料的空隙率一般在0.45-0.95范圍。（3）堆積密度小 堆積密度是指單位體積填料的質量，在機械強度允許的條件下，填料壁要盡量減薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。（4）填料的幾何形狀 填料的幾何形狀對填料的流體力學和傳質性能有著重要的影響。（5）填料的材質 工業上，填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類，不同的材質適應于不同的操作條件9。陶瓷拉西環具有優異的耐酸耐熱性能，能耐除氫氟酸以外的各種無機酸、有機酸及有機

27、溶劑的腐蝕，可在各種高，低場合使用，應用范圍十分廣泛。 另外，本設計的目的是除去煙氣中的二氧化硫，對填料的效率要求并不高，同時陶瓷拉西環的成本較低，比較適合于本次設計的填料選擇，因此，本設計選用陶瓷拉西環作為填料。部分規格的陶瓷拉西環主要性能參數見附表。2.4吸收劑再生方法的選擇依據所用的吸收劑不同可以采用不同的再生方案，工業上常用的吸收劑再生方法主要有減壓再生、加熱再生及氣提再生等。減壓再生（閃蒸） 吸收劑的減壓再生是最簡單的吸收劑再生方法之一。在吸收塔內，吸收了大量溶質后的吸收劑進入再生塔并減壓，使得融入吸收劑中的溶質得以再生。該方法最適用于加壓吸收，而且吸收后的后續工藝處于常壓或較低壓力

28、的條件，如吸收操作處于常壓條件下進行，若采用減壓再生，那么解吸操作需要在真空條件下進行，則過程可能不夠經濟加熱再生 加熱再生也是吸收劑再生最常用的方法。吸收了大量溶質后的吸收劑進入再生塔內并加熱使其升溫，溶入吸收劑中的溶質得以解吸。由于再生溫度必須高于吸收溫度，因而，該方法最適用于常溫吸收或在接近于常溫的吸收操作，否則，若吸收溫度較高，則再生溫度必然更高，從而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸氣作為加熱介質，加熱方法可依據具體情況采用直接蒸汽加熱或采用間接蒸汽加熱。2.5 操作參數的選擇2.5.1操作溫度的確定對于物理吸收而言,降低操作溫度,對吸收有利.但低于環境溫度的操作溫度因其要消耗大

29、量的制冷動力而一般是不可取的,所以一般情況下,取常溫吸收較為有利.對于特殊條件的吸收操作方可采用低于或高于環境的溫度操作.對于化學吸收,操作溫度應根據化學反應的性質而定,既要考慮溫度對化學反應速度常數的影響,也要考慮對化學平衡的影響,使吸收反應具有適宜的反應速度。對于再生操作,較高的操作溫度可以降低溶質的溶解度,因而有利于吸收劑的再生。而對本設計而言，由吸收過程的氣液關系可知，溫度降低可增加溶質組分的溶解度，即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應有吸收系統的具體情況決定。依據本次設計要求，操作溫度定為30。2.5.2操作壓力的確定操作壓力的選擇根據具體情況的不同分為三種：對于物理吸收,加壓操作一

30、方面有利于提高吸收過程的傳質推動力而提高過程的傳質速率,另一方面,也可以減小氣體的體積流率,減小吸收塔徑.所以操作十分有利.但工程上,專門為吸收操作而為氣體加壓,從過程的經濟性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的壓力參數下可以進行吸收操作的情況下,一般是以前道工序的壓力作為吸收單元的操作壓力。對于化學吸收,若過程由質量傳遞過程控制,則提高操作壓力有利,若為化學反應過程控制,則操作壓力對過程的影響不大,可以完全根據前后工序的壓力參數確定吸收操作壓力,但加大吸收壓力依然可以減小氣相的體積流率,對減小塔徑仍然是有利的。對于減壓再生(閃蒸)操作,其操作壓力應以吸收劑的再生要求而定,逐次或一次從吸收壓

31、力減至再生操作壓力,逐次閃蒸的再生效果一般要優于一次閃蒸效果。本設計中由吸收過程的氣液平衡可知，壓力升高可增加溶質組分的溶解度，即加壓有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對設備的加工制造要求提高，且能耗增加，綜合考慮，采用常壓100KPa。第三章 吸收塔工藝條件的計算3.1基礎物性數據3.1.1液相物性數據 對于低濃度的吸收過程，溶液的物性數據可以近似取純水的物性數據，查得30時水的有關物性數據如下：密度L=995.7(kg/m3)粘度L=0.0008007(PaS) 表面張力L=0.0712(N/m)SO2在水中的擴散系數DG=2.210-9(m2/s)=7.9210-6(m2/h)3.1.2

32、氣相物性數據混合氣體的平均摩爾質量為混合氣體的平均密度為混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊的30 C空氣的粘度為30時SO2在水中的擴散系數DG=2.210-9(m2/s)=7.9210-6(m2/h)3.1.3氣液兩相平衡時的數據查表得常壓下30在水中的亨利系數為相平衡常數為 溶解度系數為3.2物料衡算因為公式V（Y1-Y2）=L(X1-X2)無論是低濃度吸收還是高濃度吸收均適用，故物料衡算利用此式。進塔氣相摩爾比為出塔氣相摩爾比為進塔惰性氣相流量為 該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡曲線可近似為直線，最小液氣比可按下式計算，即對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成為, 取操作液氣比進塔吸收劑

33、的流量為L=55.28836.124=1997.224kmol/h)3.3填料塔的工藝尺寸計算3.3.1塔徑的計算 考慮到填料塔內部的壓力降，塔的操作壓力為100KPa,液相質量流量可近似按純水的流量計算，即WL=LM=1997.22418.02=35989.976kg/h氣相質量流量為WV=VV=10001.275=1275kg/h采用埃克特通用關聯圖有： 橫坐標 在關聯圖上對應的亂堆填料泛點線縱坐標值為0.024，即縱坐標 由表2-2可查得DN=25mm的瓷拉西環的填料因子=450m-1，帶入數據可得：本次設計選用瓷拉西環填料。對于散裝填料，泛點率的經驗值為，泛點率的選擇，對于加壓操作，選

34、擇較高的泛點率，減壓操作選擇較低的泛點率，根據設計要求，此處選擇0.65。因此塔的直徑圓整后取D=0.9m=900mm3.3.2泛點率校核和填料規格泛點率校核在（50%80%）之間，所以符合要求.填料規格校核拉西環的徑比要求：8有即符合要求。，3.3.3液體噴淋密度校核取最小潤濕速率為：DN=25mm的瓷拉西環比較面積故滿足最小噴淋密度的要求。經以上校核可知，填料塔直徑選用D=900mm合理。3.4填料層高度計算3.4.1傳質單元數的計算解吸因數為氣相總傳質單元數為3.4.2傳質單元高度的計算由于SO2用水做吸收劑時，是中等溶解度氣體，氣膜阻力和液膜阻力在總阻力中有相當的比例。計算體積吸收系數

35、的經驗公式為： 其中a為水的表面張力，為常數。30時，a=0.0143由如下關系：可得傳質單元高度3.4.3填料層高度的計算根據設計經驗，填料層設計高度一般為 ,因此取所以設計取填料層高度為。查散裝填料分段高度推薦值可得拉西環的分段高度與塔徑之比h/D=2.5，允許填料層的最大高度。因此，填料層需分成四段，每段2.0m。3.5填料塔附屬高度的計算塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器所需的空間高度，塔的底部空間高度等。塔的上部空間高度是為使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來而留取的高度，可取1.2m（包括除沫器高度）。設塔底液相停留時間為10s，則塔釜液所占空間高度為： 考慮到

36、氣相接管的空間高度，底部空間高度取為2.0米，那么塔的附屬空間高度可以取為3.2m。吸收塔的總高度為11.2m。3.6液體分布器的設計 液體分布器的性能主要由分布器的布液點密度（即單位面積上的布液點數），各布液點均勻性，各布液點上液相組成的均勻性決定，設計液體分布器主要是決定這些參數的結構尺寸。對液體分布器的選型和設計，一般要求：液體分布要均勻；自由截面率要大；操作彈性大；不易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調整水平。根據本吸收的要求和物系的性質可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數應應依所用填料所需的質量分布要求決定，噴淋點密度應遵循填料的效率越所需的噴

37、淋點密度越大這一規律。3.6.1液體分布器的選型液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式、及槽盤式等。工業應用以管式、槽式、及槽盤式為主。性能優良的液體分布器設計時必須滿足以下幾點：液體分布均勻 評價液體分布均勻的標準是：足夠的分布點密度；分布點的幾何均勻性；降液點間流量的均勻性。分布點密度。液體分布器分布點密度的選取與填料類型及規格、塔徑大小、操作條件等密切相關，各種文獻推薦的值也相差較大。大致規律是：塔徑越大，分布點密度越?。灰后w噴淋密度越小，分布點密度越大。對于散裝填料，填料尺寸越大，分布點密度越小。表3-1列出了散裝填料塔的分布點密度推薦值。表3-1 Eckert的散裝填料塔

38、分布點密度推薦值塔徑，mm分布點密度，塔截面D=400330D=800180D=900140D120042分布點的幾何均勻性。分布點在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點密度更為重要的問題。設計中，一般需通過反復計算和繪圖排列，進行比較，選擇較佳方案。分布點的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降夜點間流量的均勻性。為保證各分布點的流量均勻，需要分布器總體的合理設計、精細的制作和正確的安裝。高性能的液體分布器，要求個分布點與平均流量的偏差小于6%。操作彈性大 液體分布器的操作彈性是指液體的最大負荷與最小負荷之比。設計中，一般要求液體分布器的操作彈性為24，對于液體負荷變化很大的工藝過程，有時要

39、求操作彈性達到10以上，此時，分布器必須特殊設計。自由截面積大 液體分布器的自由截面積是指氣體通道占塔截面積最小應在35%以上。其它 液體分布器應結構緊湊、占用空間小、制造容易、調整和維修方便。當填料層高度與塔徑之比超過某一數值時，填料層需分段。在各段填料層之間安設液體再分布器，以收集自上一填料層來的液體，為下一填料層提供均勻的液體分布。該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較小，故選用槽式液體分布器。3.6.2分布點密度及布液孔數的計算按照Eckert建議值，D=900mm 時，噴淋點密度為140點/m2。布液點數為n=0.9140=0.7850.81140=89點。按分布點幾何均勻與流量均勻

40、的原則，進行布點設計。取圓盤直徑為塔徑的0.65-0.8倍，分布盤厚度5mm.布液計算： 由 L: 液體流量 m3/sn: 開孔數目: 孔流系數，取0.550.60d0: 孔徑，m: 開孔上方的液位高度，m 取，do=設計取 do=12mm。3.6.3塔底液體保持管高度的計算 取布液孔的直徑為12mm，則液位保持管中的液位高度可由公式：得，即： 式中：布液孔直徑，m L：液體流率，m3/s ：布液孔數 ：孔流系數 ：液體高度，m ：重力加速度，m/s2 值由小孔液體流動雷諾數決定，可取，取 根據經驗 ，則液位保持管高度為： 3.7其它附屬塔內件的選擇3.7.1 填料支撐板填料支撐板的作用是支撐

41、塔內的填料。常用的填料支撐裝置由柵板型，孔管型，駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型，駝峰型支撐裝置；設計中，為防止在填料支撐裝置處壓降過大甚至發生液泛，要求填料支撐裝置的自由截面積應大于75% 。本次設計選用駝峰型支撐裝置。3.7.2 填料壓緊裝置與床層限制板對于散裝填料，可以選用壓緊柵板，也可以選用壓緊網板，在其下方根據填料的規格鋪設一層金屬網，并將其與壓緊柵板固定。設計中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過高甚至發生液泛，要求壓板或限制板自由截面分率大于70。本次設計選用壓緊網板。3.7.3氣體進出口裝置與排液裝置（1）氣體進出口裝置填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布

42、。對500mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴大器，或采用其它均布氣流的裝置。氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。本設計中選用折板除霧器。折板除霧器的結構簡單有效，除霧板由的角鋼組成，板間橫向距離為25mm，垂直流過的氣速可按下式計算：式中 氣速，m； 液相及氣相密度，； 系數，0.085-0.10；本設計中取k=0.09，則流過的氣速所需除霧板組的橫斷面為 m由上式

43、確定的氣速范圍，除霧板的阻力為49-98pa，此時能除去的最小霧滴直徑約為0.05mm，即50.（2）排液裝置液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口流速可取0.81.5m/s（必要時可加大些）管徑依氣速決定后，應按標準管規定進行圓整.在以后的各節中會有計算。3.8流體力學參數計算3.8.1 全塔壓降計算（1）氣體進出口壓力降由后面主要接管尺寸計算可知，氣體的進出口接管內徑為。則氣體的進出口流速為:則進口 （突然擴大 =1）出口 (突然縮小 =0.5）（2）填料層壓力降氣

44、體通過填料層的壓力降采用Eckert關聯圖計算，有前面計算可知其中橫坐標為 查散裝填料壓降填料因子平均值得套瓷拉西環的散裝填料壓降填料因子平均值為m-1表3-1 散裝填料壓降填料因子平均值填料類型填料因子, 1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾環306-11498-金屬環矩鞍-13893.47136金屬階梯環-11882-塑料鮑爾環34323211412562塑料階梯環-17611689-瓷矩鞍環700215140160-瓷拉西環1050576450288-縱坐標為 查Eckert關聯圖得： 所以填料層壓力降其它塔內間的壓力降較小,因此可忽略。于是得到吸收塔的總壓力降為：。3

45、.8.2吸收塔主要接管的尺寸計算 本設計中填料塔有多處接管，但主要的是氣體和液體的進料口和出料口接管。在此分別以液體進料管和氣體進料管的管徑計算為例進行說明。氣體和液體在管道中流速的選擇原則為：常壓塔氣體進出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口流速可取0.83.0m/s（必要時可加大些）1液體進料接管進料管的結構類型很多，有直管進料管、彎管進料管、T型進料管。本設計采用直管進料管，取u液=1.8m/s。查流體輸送用不銹鋼無縫鋼管規格：GB/T 14976-94可知，可選用熱軋無縫鋼管管徑為。則實際管內徑為94mm.實際通過液體接管的液速為：。2氣體進料接管采用直管進料。

46、取氣速 所以查流體輸送用不銹鋼無縫鋼管規格：GB/T 14976-94可知取管徑為實際管內徑為，則實際通過氣體接管的氣速為：3吸收劑輸送管路直徑及流速計算根據管材規范，選擇型的熱軋無縫管道，其內徑為145mm，其實際流速為： 。3.8.3離心泵的計算與選擇流量 流量所需的揚程 式中 兩截面處位頭差； 兩截面處靜壓頭之差； 兩截面處動壓頭之差； 直管阻力； 管件、閥門局部阻力；根據前面設計資料對上述公式各項進行估算： 管路總阻力和所需壓頭計算根據管路的平立面布置，計算所得雷諾數為： （湍流）利用柏拉修斯關系式有： 根據填料塔高及泵的大體位置，管路長取13米 選用三個90。彎頭，三個截止閥全開 考

47、慮到安全系數，查得流量的安全系數為1.1，揚程的安全系數為1.051.1 因為該吸收以清水為吸收劑，選用離心泵型號為：IS125-100-200單級單吸離心泵，其性能參數如下: 轉速（r/min）流量m3/h揚程H /m效率/%功率/kW必需汽蝕余量(NPSH)r /m軸功率電機功率145010013.0623.837.52.5表3-2第4章 工藝設計計算結果匯總與主要符號說明4.1 填料塔工藝尺寸計算結果表： 表-1項目符號數值與計量單位氣相質量流量WV1275kg/h液相質量流量35990.97kg/h塔徑 900mm空塔氣速0.437泛點率66.80%氣相總傳質單元數9.79氣相總傳質系

48、數3.099 kmol/(m3.h.kpa)氣相傳質單元高度1.13填料層高度Z8.0填料塔上部空間高度1.2填料塔下部空間高度2.0塔附屬高度3.2塔高11.78布液孔數89點孔徑d00.012m開孔上方高度0.16m液位保持管高度h0.16m4.2 流體力學參數計算結果匯總： 表-2項目符號數值與計量單位氣體進口壓力降P1159.38 Pa;氣體出口壓力降P283.19 Pa;填料層壓力降P31098.72Pa;吸收塔總壓力降P1341.29 Pa;泛點率 66.80%4.3 附屬設備計算結果匯總： 表-3項目選型數值與計量單位液體進出口接管熱軋無縫鋼管液體實際流速氣體進出口接管熱軋無縫鋼

49、管氣體實際流速吸收劑輸送管路熱軋無縫鋼管吸收劑實際流速離心泵的選型IS125-100-200單級單吸離心泵揚程 H=11.2m4.4 所用DN25套瓷拉西環填料主要性能參數匯總： 表-4項目符號數值與計量單位公稱直徑25mm塔徑與填料公稱直徑比值D/d20-30填料分段高度推薦值h/D=2.5hmax4m壓降填料因子平均值576m-14.5 主要符號說明：1、英文字母 表-5填料層的潤滑比表面積m/m；S脫吸因數;無因次;填料層的有效傳質比表面積（m/m） 擴散系數，m/s; 塔徑,m;液體質量通量氣體質量通量亨利系數，KPa;重力加速度，kg/(m.h);溶解度系數，kmol /(m.KPa

50、);氣相傳質單元高度 ，m;液相傳質單元高度，m;氣相總傳質單元高度，m;液相總傳質單元高度，m;液體噴淋密度;相平衡常數，無因次;氣相傳質單元數，無因次;液相傳質單元數，無因次;氣相總傳質系數，無因次 液相總傳質系數，無因次;總壓，KPa ;溫度，0C; 氣體通用常數，kJ/(kmol.K)填料直徑，mm；空塔速度，m/s ;液泛速度，m/s ; 惰性氣體流量，kmol/h ;混合氣體體積流量，m3/h;液膜吸收系數 m/h;氣膜吸收系數，kmol/(m.h.kpa);氣相總吸收系數kmol/(m3.h.kpa); 液相總吸收系數，l/h;氣相總傳質系數 kmol/(m3.h.kpa);液相總傳質系數l/h;吸收劑用量kmol/h; kmol/s;是吸收液量 kmol/h吸收劑質量流量kg/h；氣體質量流量，kg/h；密度kg/ m填料因子， m-1 ; 修正系數，無因次 2、下標 表-6液相的v氣相的混合氣流量混合氣質量流量x溶質在液相中的摩爾分率 無因次X溶質在液相中的摩爾比 無因次y溶質在氣相中的摩爾分率 無因次Y溶質在氣相中的摩爾比 無因次Z填料層高度 m填料高度 m3、 希臘字母 表-7粘度Pa.s密度kg/m3表面張力 kg/h2平均的，對數平均的最小的最大的第5章 設計方案討論本次設計的用水吸收二氧化硫的填料吸收塔，采用的是陶瓷拉西填料和逆流單程流程。混合氣的