水吸收二氧化硫填料塔

1、化工原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)名稱 水吸收SO2-空氣混合氣填料塔的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 能源與環(huán)境學(xué)院 班 級(jí) 環(huán)境131 學(xué) 號(hào) 201301144120 姓 名 高鵬壘 指導(dǎo)教師 石鳳娟 2016年1月 22 日 第 5 頁(yè)化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目水吸收SO2-空氣混合氣填料塔的設(shè)計(jì)：試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用20的清水吸收SO2-空氣混合氣中的 SO2。已知入口空氣中含SO2的摩爾分率為0.05，操作壓力為101.3KPa,相對(duì)濕度為70%。要求SO2的回收率為96%。采用清水進(jìn)行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。二、設(shè)計(jì)操作條件（1）入塔爐氣流量：1200（1800）+n*10=140

2、0（說(shuō)明: n為學(xué)號(hào)尾數(shù)后兩位）（2）常壓101.3KPa。（3）操作溫度20。三、填料類型選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選。四、工作日每年300天，每天24h連續(xù)運(yùn)行。五、廠址河南省周口市。六、設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）填料塔的物料衡算；（2）填料塔的工藝尺寸計(jì)算；（3）填料層壓降的計(jì)算；（4）液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)；（5）填料塔接管尺寸計(jì)算；（6）繪制生產(chǎn)工藝流程圖（A2號(hào)圖紙）（7）繪制填料塔裝配圖（A1號(hào)圖紙）（8）對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。摘要：介紹了吸收技術(shù)的基本知識(shí)；敘述了水吸收SO2的設(shè)計(jì)方案和流程；根據(jù)操作條件設(shè)計(jì)出符合要求的填料塔，包括塔設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算、填料選擇及輔助設(shè)備的選

3、型和計(jì)算。關(guān)鍵字：課程設(shè)計(jì)SO2吸收填料塔目錄一、前言11、吸收技術(shù)概況12、吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用23、吸收設(shè)備2二、設(shè)計(jì)方案31、吸收劑的選擇32、吸收流程的選擇42.1 氣體吸收過(guò)程分類42.2吸收裝置的流程53、吸收塔設(shè)備及填料的選擇63.1 吸收塔設(shè)備63.2 填料的選擇64、吸收劑再生方法的選擇75、操作參數(shù)的選擇85.1操作溫度的確定85.2操作壓力的確定8三、吸收塔工藝條件的計(jì)算91、基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)91.1液相物性數(shù)據(jù)91.2氣相物性數(shù)據(jù)91.3氣液兩相平衡時(shí)的數(shù)據(jù)92、物料衡算103、填料塔的工藝尺寸計(jì)算113.1塔徑的計(jì)算113.2泛點(diǎn)率校核和填料規(guī)格123.3液體噴淋密度校

4、核124、填料層高度計(jì)算134.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算134.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算134.3填料層高度的計(jì)算155、填料塔附屬高度的計(jì)算156、液體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)166.1液體分布器的選型166.2分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算176.3塔底液體保持管高度的計(jì)算187、其它附屬塔內(nèi)件的選擇187.1 填料支撐板187.2 填料壓緊裝置與床層限制板187.3氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置198、流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算208.1填料層壓力降的計(jì)算209、吸收塔主要接管的尺寸計(jì)算219.1液體進(jìn)料接管219.2氣體進(jìn)料接管219.3吸收劑輸送管路直徑及流速計(jì)算22四、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說(shuō)明231、填料塔工

5、藝尺寸計(jì)算結(jié)果表：232、流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總：243、附屬設(shè)備計(jì)算結(jié)果匯總：254、所用聚丙烯塑料階梯環(huán)填料主要性能參數(shù)匯總：255、主要符號(hào)說(shuō)明：26五、課程設(shè)計(jì)總結(jié)29附錄30附錄（一） 水的物性數(shù)據(jù)表30附錄（二） 塔徑與填料公稱直徑的比值D/d的推薦值30附錄（三）貝恩（Bain）-霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式中的A、K值31參考文獻(xiàn)32一、前言1、吸收技術(shù)概況化學(xué)工業(yè)中的廢氣二氧化硫主要來(lái)自化石燃料的燃燒、含硫礦石的冶煉、硫酸、磷肥等生產(chǎn)的工業(yè)廢氣。二氧化硫是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，其強(qiáng)烈的刺激性氣味對(duì)于人體健康和大氣環(huán)境都會(huì)造成破壞和污染，必須進(jìn)行凈化回收，具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的規(guī)

6、模應(yīng)充分回收利用，避免硫資源浪費(fèi)和造成大氣污染，危害人類生存發(fā)展。吸收是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度不同而達(dá)到分離的目的的單元操作。工業(yè)吸收操作是在吸收塔內(nèi)進(jìn)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(zhì)或吸收質(zhì)，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(jīng)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(zhì)從氣相轉(zhuǎn)入液相的過(guò)程1。吸收過(guò)程通常在吸收塔中進(jìn)行。根據(jù)氣、液兩相的流動(dòng)方向，分為逆流操作和并流操作兩類，工業(yè)生產(chǎn)中以逆流操作為主，吸收劑以塔頂加入自上

7、向下流動(dòng)，與從下向上流動(dòng)的氣體接觸，吸收了吸收質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。其操作示意圖如下圖所示：混合氣體（AB）吸收劑S吸收尾氣（B微量的A）吸收塔吸收液（AS）2、吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用） 、有用組分的回收：如用硫酸處理焦?fàn)t氣以回收其中的二氧化硫，用氣油處理焦?fàn)t氣以回收其中的芳烴，用液態(tài)烴處理裂解氣以回收其中的乙烯、丙烯等。） 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。） 某些產(chǎn)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。） 廢氣的治理。例如：電廠的鍋爐尾氣含二氧化硫

8、。硝酸生產(chǎn)尾氣含一氧化氮等有害氣體，均須用吸收方法除去。3、吸收設(shè)備吸收操作主要在填料塔和板式塔中進(jìn)行，幾種常用的吸收塔有填料塔、湍球塔、板式塔等。由于填料塔的基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力降小，傳質(zhì)效率高，便于采用耐腐蝕材料制造，對(duì)于熱敏性及容易發(fā)泡的物料，更顯出其優(yōu)越性，故填料塔的應(yīng)用較為廣泛。 填料塔由外殼、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(jìn)出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料，也可用塑料制造。填料是填料塔的核心，它提供了塔內(nèi)氣液兩相的接觸面，填料與塔的結(jié)構(gòu)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(rùn)濕性、耐腐蝕、一定的機(jī)械強(qiáng)度、密度小、價(jià)格

9、低廉等。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填料。二、填料塔設(shè)計(jì)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(zhì)。選擇吸收劑時(shí)在，主要考慮以下幾點(diǎn)：溶解度大 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度越大，則傳質(zhì)推動(dòng)力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少，操作費(fèi)用較低。 選擇性好 吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對(duì)混合氣體中的其它組分溶解度甚微，否則不能實(shí)現(xiàn)有效的分離。 揮發(fā)性好 在吸收過(guò)程中，吸收尾氣往往為吸收劑蒸汽所飽和。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。 粘度低 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動(dòng)阻力越小，擴(kuò)散系數(shù)越大，這有助于傳質(zhì)速率的提高。易

10、再生 當(dāng)富液不作為產(chǎn)品時(shí)，吸收劑要易再生，以降低操作費(fèi)用。要求溶解度對(duì)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??；而且隨著溫度升高，溶解度應(yīng)迅速下降，平衡分壓應(yīng)迅速上升，則被吸收的氣體解吸，吸收劑再生方便。 其它：無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)安全1。在實(shí)際生產(chǎn)中滿足所有要求的吸收劑是不存在的。應(yīng)從滿足工藝要求出發(fā)，對(duì)可供選擇的吸收劑做全面的評(píng)價(jià)，作出科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的選擇。表2-1 物理吸收劑和化學(xué)吸收劑的選擇物理吸收劑化學(xué)吸收劑（1）吸收容量（溶解度）正比于溶質(zhì)分壓（2）吸收熱效應(yīng)很?。ń诘葴兀?）常用降壓閃蒸解吸（4）適于

11、溶質(zhì)含量高，而凈化度要求不太高的場(chǎng)合（5）對(duì)設(shè)備腐蝕性小，不易變質(zhì)（1）吸收容量對(duì)溶質(zhì)分壓不太敏感（2）吸收熱效應(yīng)顯著（3）用低壓蒸汽氣提解吸（4）適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場(chǎng)合（5）對(duì)設(shè)備腐蝕性大，易變質(zhì)綜上所述，考慮吸收劑的選用標(biāo)準(zhǔn)，在二氧化硫的吸收過(guò)程中，采用水為吸收劑。2、吸收流程的選擇2.1 氣體吸收過(guò)程分類氣體吸收過(guò)程通常按以下方法分類。 單組分吸收與多組分吸收:吸收過(guò)程按被吸收組分?jǐn)?shù)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(gè)組分進(jìn)入液相，其余組分不溶（或微溶）于吸收劑，這種吸收過(guò)程稱為單組分吸收。反之，若在吸收過(guò)程中，混合氣中進(jìn)入液相的氣體溶質(zhì)不止一個(gè)

12、，這樣的吸收稱為多組分吸收。 物理吸收與化學(xué)吸收: 在吸收過(guò)程中，如果溶質(zhì)與溶劑之間不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可以把吸收過(guò)程看成是氣體溶質(zhì)單純地溶解于液相溶劑的物理過(guò)程，則稱為物理吸收。相反，如果在吸收過(guò)程中氣體溶質(zhì)與溶劑(或其中的活潑組分)發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)吸收。 低濃度吸收與高濃度吸收: 在吸收過(guò)程中，若溶質(zhì)在氣液兩相中的摩爾分率均較低（通常不超過(guò)0.1），這種吸收稱為低濃度吸收；反之，則稱為高濃度吸收。對(duì)于低濃度吸收過(guò)程，由于氣相中溶質(zhì)濃度較低，傳遞到液相中的溶質(zhì)量相對(duì)于氣、液相流率也較小，因此流經(jīng)吸收塔的氣、液相流率均可視為常數(shù)。 等溫吸收與非等溫吸收: 氣體溶質(zhì)溶解于液體時(shí)，

13、常由于溶解熱或化學(xué)反應(yīng)熱，而產(chǎn)生熱效應(yīng)，熱效應(yīng)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(guò)程的熱效應(yīng)很小，或雖然熱效應(yīng)較大，但吸收設(shè)備的散熱效果很好，能及時(shí)移出吸收過(guò)程所產(chǎn)生的熱量，此時(shí)液相的溫度變化并不顯著，這種吸收稱為等溫吸收6。 2.2吸收裝置的流程吸收裝置的流程主要有以下幾種。逆流操作 氣相自塔底進(jìn)入塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是，傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。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(diǎn)是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常

14、用于以下情況：當(dāng)吸收過(guò)程的平衡曲線較平坦時(shí)，流向?qū)ν苿?dòng)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。吸收劑部分再循環(huán)操作 在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排出液體的一部分冷卻后與補(bǔ)充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以下情況：當(dāng)吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度；對(duì)于非等溫吸收過(guò)程，為控制塔內(nèi)的溫升，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平蘅常數(shù)m植很小的情況，通過(guò)吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。應(yīng)予指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動(dòng)力要低，且需要設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用增加。多塔串聯(lián)操作 若設(shè)計(jì)的填料層高度

15、過(guò)大，或由于所處理物料等原因需要經(jīng)常清理調(diào)料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個(gè)串聯(lián)的塔內(nèi)，每個(gè)吸收塔通過(guò)的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作。此種操作因塔內(nèi)需要留較大空間，輸液、噴淋、支承板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。串聯(lián)并聯(lián)混合操作 若吸收過(guò)程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內(nèi)的噴淋密度過(guò)大，操作氣速勢(shì)必很小（否則易引起塔的液泛），塔的生產(chǎn)能力很低。實(shí)際生產(chǎn)中可采用氣相作串聯(lián)、液相作并聯(lián)的混合流程。用水吸收二氧化硫?qū)僦械热芙舛鹊奈者^(guò)程，為提高傳質(zhì)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(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?3、吸收塔設(shè)備及填料的選擇3.1 吸收塔設(shè)備對(duì)于

16、吸收過(guò)程，塔設(shè)備有多種，如何選擇合適的類型是進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)的首要工作。而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則主要對(duì)吸收過(guò)程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)過(guò)多方案對(duì)比方能得到較滿意的結(jié)果。一般而言，吸收用塔設(shè)備與精餾過(guò)程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求，即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，易于制造、安裝、操作和維修等。 但作為吸收過(guò)程，一般具有操作液氣比大的特點(diǎn)，因而更適用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過(guò)程節(jié)能，所以對(duì)于吸收過(guò)程來(lái)說(shuō)，以采用填料塔居多。但在液體流率很低難以充分潤(rùn)濕填料，或塔徑過(guò)大，使用填料不很經(jīng)濟(jì)的情況下，以采用板

17、式塔為宜。本設(shè)計(jì)過(guò)程采用填料塔作為吸收設(shè)備。3.2 填料的選擇塔填料是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)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(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。在選擇塔填料時(shí)應(yīng)考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：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，大的比表面積和良好的潤(rùn)濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。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(guò)的能力大，氣體流動(dòng)的阻力小，填料的空隙率一般在0.45-0.95范圍。堆積密度小 堆積密度是指單位體積填料的質(zhì)量，在機(jī)械強(qiáng)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

18、可增加空隙率。填料的幾何形狀 填料的幾何形狀對(duì)填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能有著重要的影響。填料的材質(zhì) 工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類，不同的材質(zhì)適應(yīng)于不同的操作條件。該流程的操作壓力及溫度較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料，在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用DN38聚丙烯階梯環(huán)填料。 階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個(gè)錐形翻邊。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料表面由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯

19、環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。其主要性能參數(shù)為：比表面積=250m 形狀修正系數(shù) =1.45 填料因子 =173m4、吸收劑再生方法的選擇依據(jù)所用的吸收劑不同可以采用不同的再生方案，工業(yè)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。A. 減壓再生（閃蒸）吸收劑的減壓再生是最簡(jiǎn)單的吸收劑再生方法之一。在吸收塔內(nèi)，吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔并減壓，使得融入吸收劑中的溶質(zhì)得以再生。該方法最適用于加壓吸收，而且吸收后的后續(xù)工藝處于常壓或較低壓力的條件，如吸收操作處于常壓條件下進(jìn)行，若采用減壓再生，那么解吸操作需要在真空條件下進(jìn)行，則過(guò)程可能不夠

20、經(jīng)濟(jì)B. 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(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔內(nèi)并加熱使其升溫，溶入吸收劑中的溶質(zhì)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(zhì)，加熱方法可依據(jù)具體情況采用直接蒸汽加熱或采用間接蒸汽加熱。5、操作參數(shù)的選擇5.1操作溫度的確定對(duì)于物理吸收而言,降低操作溫度,對(duì)吸收有利.但低于環(huán)境溫度的操作溫度因其要消耗大量的制冷動(dòng)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(duì)于特殊條件的吸收操作方可采用低于或高于

21、環(huán)境的溫度操作.對(duì)于化學(xué)吸收,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定,既要考慮溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的影響,也要考慮對(duì)化學(xué)平衡的影響,使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度.對(duì)于再生操作,較高的操作溫度可以降低溶質(zhì)的溶解度,因而有利于吸收劑的再生.而對(duì)本設(shè)計(jì)而言，由吸收過(guò)程的氣液關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應(yīng)有吸收系統(tǒng)的具體情況決定。依據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，操作溫度定為20。5.2操作壓力的確定操作壓力的選擇根據(jù)具體情況的不同分為三種：對(duì)于物理吸收,加壓操作一方面有利于提高吸收過(guò)程的傳質(zhì)推動(dòng)力而提高過(guò)程的傳質(zhì)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

22、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(guò)程的經(jīng)濟(jì)性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的壓力參數(shù)下可以進(jìn)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(duì)于化學(xué)吸收,若過(guò)程由質(zhì)量傳遞過(guò)程控制,則提高操作壓力有利,若為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程控制,則操作壓力對(duì)過(guò)程的影響不大,可以完全根據(jù)前后工序的壓力參數(shù)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(duì)減小塔徑仍然是有利的.對(duì)于減壓再生(閃蒸)操作,其操作壓力應(yīng)以吸收劑的再生要求而定,逐次或一次從吸收壓力減至再生操作壓力,逐次閃蒸的再生效果一般要優(yōu)于一次閃蒸效果.本設(shè)計(jì)中由吸收過(guò)程的氣液平衡可知，壓力升高可增加

23、溶質(zhì)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(duì)設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加，綜合考慮，采用常壓101.3KPa。三、填料塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算1、基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)1.1液相物性數(shù)據(jù)對(duì)于低濃度的吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取純水的物性數(shù)據(jù)查得20時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度L=998.2(kg/m3)粘度L=0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h) 表面張力L=72.69(dyn/cm)=942062.4(kg/h2)SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)=1.47×10-5(m2/s)=5.29×10-6(m2/h)1.2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Mm =

24、0.05×64.06+0.95×29=30.75g/mol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(cè)的20 C°空氣的粘度為 (m·h) 20時(shí)SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)=0.108×10-4(m2/s)=0.039(m2/h)1.3氣液兩相平衡時(shí)的數(shù)據(jù)常壓下20在水中的亨利系數(shù)為相平衡常數(shù)為 溶解度系數(shù)為2、物料衡算因?yàn)楣紾（Y1-Y2）=L(X1-X2)無(wú)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(jìn)塔氣相摩爾比為出塔氣相摩爾比為進(jìn)塔惰性氣相流量為 該吸收過(guò)程屬于低濃度吸收，平衡曲線可近似為直線，最小液氣比可

25、按下式計(jì)算，即對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為, 取操作液氣比46L=50.46×55.32=2791.31(Kmol/h) + X2=55.32(0.0526-0.002104)/2791.31 +0=0.0013、填料塔的工藝尺寸計(jì)算3.1塔徑的計(jì)算考慮到填料塔內(nèi)部的壓力降，塔的操作壓力為101.3KPa混合氣體的密度 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即=L×M=2791.31×18.02=50959.84kg/h氣相質(zhì)量流量為=1400×1.257=1759.8kg/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為：用圖橫坐標(biāo)的1.014與亂堆填料的泛點(diǎn)線

26、，查的縱坐標(biāo)：對(duì)于DN38塑料階梯環(huán)的填料因子：，又因?yàn)橐合酁榍逅?，故液體密度校正系數(shù)，水的黏度為0.001004(Pa.S)，故泛點(diǎn)氣速為：本次設(shè)計(jì)選用塑料階梯環(huán)類型填料。對(duì)于散裝填料，泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為，泛點(diǎn)率的選擇，對(duì)于加壓操作，選擇較高的泛點(diǎn)率，減壓操作選擇較低的泛點(diǎn)率，此處取圓整后取D=0.7(m)=700(mm)3.2泛點(diǎn)率校核和填料規(guī)格泛點(diǎn)率校核在（50%-80%）之間，所以符合要求.氣體動(dòng)能因子 塔的截面積 D²=×0.7²=0.3847m²填料規(guī)格校核階梯環(huán)的徑比要求：>8有即符合要求， 3.3液體噴淋密度校核取最小潤(rùn)濕速率為：查化

27、工原理（表3.6常用散裝填料的特性參數(shù)）得 > 故滿足最小噴淋密度的要求.經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=700mm合理4、填料層高度計(jì)算4.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算解吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為4.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算查表(常見(jiàn)材質(zhì)的臨界表面張力值) ，液體質(zhì)量通量為aw=at×0.4295=132.5×0.4295=56.91(m ²/m ³)氣體質(zhì)量通量為氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算 由，查附得， 則因?yàn)?，故需要校正。由，?則有由4.3填料層高度的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層設(shè)計(jì)高度一般為 因

28、此取,通過(guò)圓整的8.5m.由于>m故填料層分為兩段，一段高度為4m，一段高度為4.5m。5、填料塔附屬高度的計(jì)算塔上部空間高度，通過(guò)相關(guān)資料可知，可取為1.2m，塔底液相停留時(shí)間按1.0min考慮，則塔釜液所占空間高度為： 考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取3.0m；法蘭、填料壓緊裝置、液體分布器及在分布?xì)飧叨热?.8m；所以塔的附屬空間高度可以取為1.2+3+0.8=5米。因此塔的實(shí)際高度取H=8.5+5=13.5(m)6、液體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)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(yè)應(yīng)用以管式、槽式、及槽盤式為主。性能優(yōu)良的液

29、體分布器設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足以下幾點(diǎn)：A液體分布均勻 評(píng)價(jià)液體分布均勻的標(biāo)準(zhǔn)是：足夠的分布點(diǎn)密度；分布點(diǎn)的幾何均勻性；降液點(diǎn)間流量的均勻性。分布點(diǎn)密度。液體分布器分布點(diǎn)密度的選取與填料類型及規(guī)格、塔徑大小、操作條件等密切相關(guān)，各種文獻(xiàn)推薦的值也相差較大。大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點(diǎn)密度越??；液體噴淋密度越小，分布點(diǎn)密度越大。對(duì)于散裝填料，填料尺寸越大，分布點(diǎn)密度越小。表3-1列出了散裝填料塔的分布點(diǎn)密度推薦值表3-1 Eckert的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦值塔徑，mm分布點(diǎn)密度，塔截面D=400330D=750170D120042分布點(diǎn)的幾何均勻性。分布點(diǎn)在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點(diǎn)密度更為

30、重要的問(wèn)題。設(shè)計(jì)中，一般需通過(guò)反復(fù)計(jì)算和繪圖排列，進(jìn)行比較，選擇較佳方案。分布點(diǎn)的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降夜點(diǎn)間流量的均勻性。為保證各分布點(diǎn)的流量均勻，需要分布器總體的合理設(shè)計(jì)、精細(xì)的制作和正確的安裝。高性能的液體分布器，要求個(gè)分布點(diǎn)與平均流量的偏差小于6%。B操作彈性大 液體分布器的操作彈性是指液體的最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之比。設(shè)計(jì)中，一般要求液體分布器的操作彈性為24，對(duì)于液體負(fù)荷變化很大的工藝過(guò)程，有時(shí)要求操作彈性達(dá)到10以上，此時(shí)，分布器必須特殊設(shè)計(jì)。C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(yīng)在35%以上。D其它 液體分布器應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、制

31、造容易、調(diào)整和維修方便由于該吸收塔的液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式液體分布器。當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，填料層需分段。在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集自上一填料層來(lái)的液體，為下一填料層提供均勻的液體分布。由3.4.3節(jié)中知，本次設(shè)計(jì)的填料層不需要分段,故不需要安裝液體再分布器。6.2分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算按照Eckert建議值，D=700mm 時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為195點(diǎn)/m2；因此布液點(diǎn)數(shù)為：n=×0.7²×195=0.785×0.49×195=75.00775點(diǎn)取圓盤直徑為塔徑的0.65-0.8倍，分布盤厚

32、度5mm.布液計(jì)算如下：由 L: 液體流量 m3/sn: 開(kāi)孔數(shù)目: 孔流系數(shù)，取0.550.60d0: 孔徑，m: 開(kāi)孔上方的液位高度，m 取，do=設(shè)計(jì)取 do=15mm設(shè)計(jì)結(jié)果為： 二級(jí)槽共設(shè)五道，在槽側(cè)面開(kāi)孔，槽寬度為72mm, 槽高度為200mm, 兩槽的中心距為144mm,分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)分布點(diǎn)數(shù)為n=75點(diǎn)。6.3塔底液體保持管高度的計(jì)算 取布液孔的直徑為15mm，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(shù)：孔流系數(shù)（ 值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定，可取，?。阂后w高度，m ：重力加速度，m/s2根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ，則液位

33、保持管高度為：7、其它附屬塔內(nèi)件的選擇7.1 填料支撐板填料支撐板的作用是支撐塔內(nèi)的填料。常用的填料支撐裝置由柵板型，孔管型，駝峰型等。對(duì)于散裝填料，通常選用孔管型，駝峰型支撐裝置；設(shè)計(jì)中，為防止在填料支撐裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生液泛，要求填料支撐裝置的自由截面積應(yīng)大于75% 。本次設(shè)計(jì)選用駝峰型支撐裝置。7.2 填料壓緊裝置與床層限制板對(duì)于散裝填料，可以選用壓緊柵板，也可以選用壓緊網(wǎng)板，在其下方根據(jù)填料的規(guī)格鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定。設(shè)計(jì)中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過(guò)高甚至發(fā)生液泛，要求壓板或限制板自由截面分率大于70。本次設(shè)計(jì)選用壓緊網(wǎng)板。7.3氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置A、氣體

34、進(jìn)出口裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對(duì)500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)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(zhuǎn)向上。對(duì)1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b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(jiǎn)單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。本設(shè)計(jì)中選用折板除霧器。折板除霧器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，除霧板由的角鋼組成，板間橫向距離為25mm，垂直流過(guò)的氣速可按下式計(jì)算：式中 氣速，m； 液相及氣相密度，； 系數(shù)，0.085

35、-0.10；本設(shè)計(jì)中取k=0.09，則流過(guò)的氣速所需除霧板組的橫斷面為 m²由上式確定的氣速范圍，除霧板的阻力為49-98pa，此時(shí)能除去的最小霧滴直徑約為0.05mm，即50.B、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(nèi)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(jìn)出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口流速可取0.81.5m/s（必要時(shí)可加大些）管徑依氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)定進(jìn)行圓整.在以后的各節(jié)中會(huì)有計(jì)算。8、流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算8.1填料層壓力降的計(jì)算A、氣體進(jìn)出口壓力降由后面主要接管尺寸計(jì)算可知，氣體的進(jìn)出口接管內(nèi)徑為。則氣體的進(jìn)

36、出口流速為:則進(jìn)口（突然擴(kuò)大 =1）出口(突然縮小 =0.5）B、填料層壓力降氣體通過(guò)填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算，有前面計(jì)算可知其中橫坐標(biāo)為 查散裝填料壓降填料因子平均值得m-1縱坐標(biāo)為 =0.0758查Eckert關(guān)聯(lián)圖得所以填料層壓力降其它塔內(nèi)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9、吸收塔主要接管的尺寸計(jì)算本設(shè)計(jì)中填料塔有多處接管，但主要的是氣體和液體的進(jìn)料口和出料口接管。在此分別以液體進(jìn)料管和氣體進(jìn)料管的管徑計(jì)算為例進(jìn)行說(shuō)明。氣體和液體在管道中流速的選擇原則為：常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口流速可取0.83.0m/

37、s（必要時(shí)可加大些）9.1液體進(jìn)料接管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下1查流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管規(guī)格：GB/T 14976-94可知，可選用熱軋無(wú)縫鋼管管徑為。則實(shí)際管內(nèi)徑為109mm.實(shí)際通過(guò)液體接管的液速為：。9.2氣體進(jìn)料接管采用直管進(jìn)料。取氣速 所以查流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管規(guī)格：GB/T 14976-94可知取管徑為實(shí)際管內(nèi)徑為。則實(shí)際通過(guò)氣體接管的氣速為：9.3吸收劑輸送管路直徑及流速計(jì)算根據(jù)管材規(guī)范，選擇型的熱軋無(wú)縫管道，其內(nèi)徑為145mm，其實(shí)際流速為：。四、填料塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說(shuō)明1、填料塔工藝尺寸計(jì)

38、算結(jié)果表： 表-1項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位氣相質(zhì)量流量1759.8kg/h液相質(zhì)量流量50959.84kg/h塔徑 700mm空塔氣速1.011泛點(diǎn)率50.9%噴淋密度U132.72 m3/(m2.h)解吸因數(shù)S0.6854氣相總傳質(zhì)單元數(shù)6.821液體質(zhì)量通量UL132483.7氣體質(zhì)量通量UG4575.07氣膜吸收系數(shù)0.0446kmol/(m².h.kpa)液膜吸收系數(shù)2.097 (m/h)氣相總吸收系數(shù)(校正后)3.87kmol/(m3.h.kpa)液相總吸收系數(shù)（校正后）138.47(l/h)氣相總傳質(zhì)系數(shù)1.386 kmol/(m3.h.kpa)氣相傳質(zhì)單元高度1.0243

39、填料層高度Z8.37，圓整后8.5m填料塔上部空間高度1.2填料塔下部空間高度3.0塔附屬高度4.2塔高12.7布液孔數(shù)75點(diǎn)孔徑d00.015m開(kāi)孔上方高度h0.162m液位保持管高度 h0.186m2、流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總： 表-2項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位氣體進(jìn)口壓力降P1321.492 Pa;氣體出口壓力降P2160.746 Pa;填料層壓力降P310271.070 Pa;吸收塔總壓力降P10753.308 Pa;泛點(diǎn)率50.9%氣體動(dòng)能因子F3、附屬設(shè)備計(jì)算結(jié)果匯總： 表-3項(xiàng)目選型數(shù)值與計(jì)量單位液體進(jìn)出口接管熱軋無(wú)縫鋼管液體實(shí)際流速氣體進(jìn)出口接管熱軋無(wú)縫鋼管氣體實(shí)際流速吸收劑輸送管

40、路熱軋無(wú)縫鋼管吸收劑實(shí)際流速4、所用聚丙烯塑料階梯環(huán)填料主要性能參數(shù)匯總： 表-4項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位公稱直徑38mm塔徑與填料公稱直徑比值D/d>8填料因子平均值173臨界表面張力值33形狀修正系數(shù)1.45填料分段高度推薦值h/D=815m壓降填料因子平均值116m-15、主要符號(hào)說(shuō)明：5.1英文字母 表-5填料層的潤(rùn)滑比表面積m²/m³；S脫吸因數(shù);無(wú)因次;填料層的有效傳質(zhì)比表面積（m²/m³） 擴(kuò)散系數(shù)，m²/s; 塔徑,m;液體質(zhì)量通量氣體質(zhì)量通量亨利系數(shù)，KPa;重力加速度，kg/(m².h);溶解度系數(shù)，kmol

41、/(m³.KPa);氣相傳質(zhì)單元高度 ，m;液相傳質(zhì)單元高度，m;氣相總傳質(zhì)單元高度，m;液相總傳質(zhì)單元高度，m;液體噴淋密度;相平衡常數(shù)，無(wú)因次;氣相傳質(zhì)單元數(shù)，無(wú)因次;液相傳質(zhì)單元數(shù)，無(wú)因次;氣相總傳質(zhì)系數(shù)，無(wú)因次 液相總傳質(zhì)系數(shù)，無(wú)因次;總壓，KPa ; 溫度，0C; 氣體通用常數(shù)，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(shù) m/h;氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m².h.kpa);氣相總吸收系數(shù)kmol/(m3.h.kpa); 液相總吸收系數(shù)，l/h;氣相總傳質(zhì)系數(shù) kmol/(m3.