水吸收_低濃度二氧化硫_填料吸收塔_設計

1、水吸收低濃度SO2填料吸收塔設計第一部分 設計任務、依據和要求一、 設計任務及操作條件1、混合氣體（空氣中含SO2氣體的混合氣體）處理量為90 kmol/h2、混合氣體組成：SO2含量為7.6%（摩爾百分比），空氣為：92.4%（mol/%）3、要求出塔凈化氣含SO2為：0.145%（mol/%），H2O為：1.172 kmol/h4、吸收劑為水，不含SO2 5、常壓，氣體入塔溫度為25°C，水入塔溫度為20°C。二、 設計內容1、設計方案的確定2、填料吸收塔的塔徑、填料層高度及填料層壓強的計算。3、填料塔附屬結構的選型與設計。4、填料塔工藝條件圖。三、 H2O- SO2

2、在常壓20 °C下的平衡數據xyxy0.002810.07760.0004230.007630.0019650.05130.0002810.00420.0014050.03420.00014050.001580.0008450.01850.00005640.000660.0005640.0112四、 氣體與液體的物理性質數據氣體的物理性質：氣體粘度 氣體擴散系數 氣體密度液體的物理性質：液體粘度液體擴散系數液體密度 液體表面張力 五、 設計要求1、設計計算說明書一份2、填料塔圖（2號圖）一張第二部分 SO2凈化技術和設備一、SO2的來源、性質及其危害：1、二氧化硫的來源二氧化硫的來源

3、很廣泛，幾乎所有企業(yè)都要產生二氧化硫，最主要途徑是含硫化石燃料的燃燒。大約一噸煤中含有5-50kg硫，一噸石油中含有5-30kg硫。這些燃料經燃燒都產生并排放出二氧化硫，占所有排放總量的96%.二氧化硫的來源包括微生物活動，火山活動，森林火災以及海水飛沫。主要有自然來源和人為來源兩大類：自然來源主要是火山活動，噴出的火山氣體中含有大量的二氧化硫氣體，地質深處的天然硫元素在火山噴發(fā)過程中燃燒氧化為二氧化硫，隨火山灰一起噴射到大氣中。地球上57%的二氧化硫來自自然界，沼澤、洼地、大陸架等處所排放的硫化氫，進入大氣，被空氣中的氧氧化為二氧化硫。自然排放大約占大氣中全部二氧化硫的一半，通過自然循環(huán)過程

4、，自然排放的硫基本上是平衡的。人為來源則指在人類進行生產、生活活動中，使用含硫及其化合物的礦石進行燃燒，以及硫礦石的冶煉和硫酸、磷肥紙漿的生產等產生的工業(yè)廢氣，從而使其中一部分或全部的硫以二氧化硫的形式排放到大氣中，形成二氧化硫污染。這部分二氧化硫占地球上二氧化硫來源的43%。隨著化石燃料消費量的不斷增加，全世界認為排放的二氧化硫在不斷在增加，其中北半球排放的二氧化硫占人為排放總量的90%。我國的能源主要依靠煤炭和石油，而我國的煤炭、石油一般含硫量較高，因此，火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、冶煉廠、化工廠和煉油廠排放出的大量二氧化硫和二氧化碳是造成我國大氣污染的主要原因。由于我國部分地區(qū)燃用高硫煤，燃煤設

5、備未能采取脫硫措施，致使二氧化硫排放量不斷增加，造成嚴重的環(huán)境污染。2、二氧化硫的性質(1) 物理性質：二氧化硫又名亞硫酸酐，英文名稱： sulfur dioxide 。無色氣體，有強烈刺激性氣味。分子量64.07 密度為1.4337kg/m3 （標準狀況下） ，密度比空氣大。溶解度：9.4g/mL（25） 熔點76.1（200.75K） 沸點10 （263K） 蒸汽壓338.32kPa(2538mmHg，21.11)易溶于水，在338.32kPa水中溶解度為8.5%（25）；易容于甲醇和乙醇；容于硫酸、乙酸、氯仿和乙醚等。易液化（mp：10）。(2) 化學性質：二氧化硫是一種酸性氧化物，它極

6、易溶于水，其水溶液呈酸性，為亞硫酸水溶液。實際上，二氧化硫水溶液中成分為SO2·7H2O，僅含有微量的亞硫酸，但是亞硫酸鹽含有亞硫酸根離子。所謂的亞硫酸水溶液能被空氣逐漸氧化成硫酸，其濃度越低氧化越快，而且一經加熱就會有自行氧化。二氧化硫在完全燃燒干燥時幾乎不與氧氣發(fā)生反應，當在有初生態(tài)氧的燃燒環(huán)境下，或者對二氧化硫與氧氣的混合物進行放電，則有氧化反應發(fā)生。氧化性：SO2+2H2S=3S+2H2O ；還原性：能被Cl2、Br2、I2、Fe3+、KMnO4、HNO3等強氧化劑氧化成高價態(tài)硫元素。 SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX 3 、二氧化硫的危害二氧化硫對人體及動物健康的

7、危害：主要是對眼角膜和上呼吸道粘膜的強烈刺激作用。其濃度與反應關系如下：0.4毫克/立方米時無不良反應；0.7毫克/立方米時，普遍感到上呼吸道及眼睛的刺激；2.6毫克/立方米時，短時間作用即可反射性的引起器官、支氣管平滑肌收縮，使呼吸道阻力增加。一般認為空氣中二氧化硫濃度達1.5毫克/立方米，對人體健康即為有危害，長期接觸主要引起鼻、咽、支氣管，嗅覺障礙和尿中硫酸鹽增加。吸入高濃度二氧化硫，可引起支氣管炎、肺炎，嚴重時可發(fā)生肺水腫及呼吸中樞麻痹。二氧化硫進入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滯在上呼吸道，在濕潤的粘膜上生成具有腐蝕性的亞硫酸、硫酸和硫酸鹽，使刺激作用增強。上呼吸道的平滑肌因有

8、末梢神經感受器，遇刺激就會產生窄縮反應，使氣管和支氣管的管腔縮小，氣道阻力增加。上呼吸道對二氧化硫的這種阻留作用，在一定程度上可減輕二氧化硫對肺部的刺激。但進入血液的二氧化硫仍可通過血液循環(huán)抵達肺部產生刺激作用。 二氧化硫進入血液可引起全身性毒作用，破壞酶的活性，影響糖及蛋白質的代謝；對肝臟有一定損害。液態(tài)二氧化硫可使角膜蛋白質變性引起視力障礙。二氧化硫與煙塵同時污染大氣時，兩者有協(xié)同作用。因煙塵中含有多種重金屬及其氧化物，能催化二氧化硫形成毒性更強的硫酸霧。因加劇其毒性作用。動物試驗證明，二氧化硫慢性中毒后，機體的免疫受到明顯抑制。大量吸入可引起肺水腫、喉水腫、聲帶痙攣而致窒息。急性中毒：輕

9、度中毒時，發(fā)生流淚、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等；嚴重中毒可在數小時內發(fā)生肺水腫；極高濃度吸入可引起反射性聲門痙攣而致窒息。皮膚或眼接觸發(fā)生炎癥或灼傷。慢性影響：長期低濃度接觸，可有頭痛、頭昏、乏力等全身癥狀以及慢性鼻炎、咽喉炎、支氣管炎、嗅覺及味覺減退等。少數工人有牙齒酸蝕癥。二氧化硫濃度為1015ppm時，呼吸道纖毛運動和粘膜的分泌功能均能受到抑制。濃度達20ppm時，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入濃度為100ppm 8小時，支氣管和肺部出現明顯的刺激癥狀，使肺組織受損。濃度達400ppm時可使人產生呼吸困難。二氧化硫與飄塵一起被吸入，飄塵氣溶膠微粒可把二氧化硫帶到肺部使毒性增加34倍。若飄塵

10、表面吸附金屬微粒，在其催化作用下，使二氧化硫氧化為硫酸霧，其刺激作用比二氧化硫增強約1倍。長期生活在大氣污染的環(huán)境中，由于二氧化硫和飄塵的聯合作用，可促使肺泡纖維增生。如果增生范圍波及廣泛，形成纖維性病變，發(fā)展下去可使纖維斷裂形成肺氣腫。二氧化硫可以加強致癌物苯并（）芘的致癌作用。據動物試驗，在二氧化硫和苯并（）芘的聯合作用下，動物肺癌的發(fā)病率高于單個因子的發(fā)病率，在短期內即可誘發(fā)肺部扁平細胞癌。二氧化硫對植物的危害：大氣中含二氧化硫過高，對葉子的危害首先是對葉肉的海綿狀軟組織部分，其次是對柵欄細胞部分。侵蝕開始時，葉子出現水浸透現象，特別是介于葉邊和葉脈之間的部分損害尤為嚴重。干燥后，受影響

11、的葉面部分呈白色或乳白色。如果二氧化硫的濃度為（0.3-0.5）×，并持續(xù)幾天后，就會對敏感性植物產生慢性損害。二氧化硫直接進入氣孔，葉肉中的植物細胞使其轉化為亞硫酸鹽，再轉化成硫酸鹽。當過量的二氧化硫存在時，植物細胞就不能盡快地把亞硫酸鹽轉化成硫酸鹽，并開始破壞細胞結構。菠菜，萵苣和其他葉狀蔬菜對二氧化硫最為敏感。棉花和苜蓿也都很敏感。松針也受其影響，不論葉尖或是整片針葉都會變成褐色，并且很脆弱。二氧化硫對建筑物及其它的危害：大氣中的二氧化硫及其生成的酸霧、酸滴等，能使金屬表面產生嚴重的腐蝕，使紡織品、紙品、皮革制品等腐蝕破損，使金屬涂料變質，降低其保護效果。造成金屬腐蝕最為有害的

12、污染物一般是二氧化硫，已觀察到城市大氣中金屬的腐蝕率約是農村環(huán)境中腐蝕率的1.5-5倍。溫度尤其是相對濕度皆顯著影響著腐蝕速度。含硫物質或硫酸會侵蝕多種建筑材料，如石灰石、大理石、花崗巖、水泥砂漿等，這些建筑材料先形成較易溶解的硫酸鹽，然后被雨水沖刷掉。尼龍織物，尤其是尼龍管道等，其老化顯然是由二氧化硫或硫酸氣溶膠造成的。長期的酸雨作用還將對土壤和水質產生不可估量的損失， 對生態(tài)環(huán)境會產生嚴重的影響。二、SO2的凈化技術：二氧化硫不僅在大氣中形成酸雨，造成空氣污染，而且嚴重腐蝕鍋爐尾部設備，影響生產和安全運行。電站鍋爐是我國二氧化硫的主要排放源，它的特點是煙氣量大，SO2濃度低，綜合利用難度大

13、。在電站煙氣脫硫的運行費中，脫硫劑的費用占有很高比例。我國發(fā)電用煤的平均含硫量高達1.15%，因此，電站煙氣脫硫對我國來說更為重要。控制SO2排放的工藝按其在燃燒過程中所處位置可分為燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫三種。燃燒前脫硫主要是洗煤、煤的氣化和液化。洗煤可用作脫硫的輔助手段，經濟適用的煤氣化和液化技術在進一步開發(fā)之中。就燃燒中脫硫的型煤和循環(huán)流化床燃燒來說，燃用型煤比直接燃用原煤節(jié)煤又干凈，較多用于中小鍋爐上。當前應用的脫硫方法，大致可分為兩類，即干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫：該法是用粉狀、粒狀吸收劑，吸附劑或催化劑去除廢氣中的二氧化硫。干法的最大優(yōu)點是治理中無廢水、廢酸排出，減少了二次污染

14、；缺點是脫硫效率低，設備龐大，操作要求高。濕法脫硫：該法是采用液體吸收劑如水或堿溶液洗滌含二氧化硫的煙氣，通過吸收去除其中的二氧化硫，濕法脫硫所用設備較簡單，操作容易，脫硫效率較高。但脫硫后煙氣溫度降低，于煙囪排煙擴散不利。由于使用不同的吸收劑可獲得不同的副產物而加以利用，因此濕法是全國研究最多的方法。濕法脫硫效率較高，而且設備簡單，操作運行方便，運行成本低，產生的副產物如硫酸鹽和壓硫酸鹽，可回收利用，作為工業(yè)原料。所以在本設計中選取濕法脫硫。三、吸收設備：板式塔與填料塔的比較一般為了強化吸收過程，降低設備的投資和運行費用，要求吸收設備應滿足以下基本要求：1. 氣液之間應有較大的接觸面積和一定

15、接觸時間；2. 分離效率高；操作穩(wěn)定，彈性大；3. 對氣體的阻力?。?. 結構簡單，制作維修方便，造價低廉；5. 相應的抗腐蝕能力和防堵塞能力。常用的吸收設備有噴淋塔、填料塔、板式塔、湍流塔、鼓泡塔等。這里我們主要比較板式塔和填料塔各自的特點：板式塔內沿塔高裝有若干層塔板(或稱塔盤)，液體靠重力作用由頂部逐板流向塔底，并在各塊板面上形成流動的液層；氣體則靠壓強差推動，由塔底向上依次穿過各塔板上的液層而流向塔頂。氣、液兩相在塔內進行逐級接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。 填料塔內裝有各種形式的固體填充物，即填料。液相由塔頂噴淋裝置分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面流下；氣相則在壓強差推動下穿

16、過填料的間隙，由塔的一端流向另一端。氣、液在填料的潤濕表面上進行接觸，其組成沿塔高連續(xù)地變化。 目前在工業(yè)生產中，當處理量大時多采用板式塔，而當處理量較小時多采用填料塔。蒸餾操作的規(guī)模往往較大，所需塔徑常達一米以上，故采用板式塔較多；吸收操作的規(guī)模一般較小，故采用填料塔較多。板式塔與填料塔的比較項目塔型備注板式塔填料塔造價600以下，安裝較困難普通填料塔800以下造價一般較板式塔便宜，直徑大則昂貴由于填料塔造價隨體積幾乎正比的增大，單位體積造價降低分離效率每塊塔板的效率較穩(wěn)定，大塔效率比小塔效率有所提高工業(yè)塔等板高度與板式塔差不多，但塔徑增大效率下降，高效填料可以達到高的分離效率，有利于塔高降

17、低生產能力允許空塔速度較高，生產能力較大允許空塔速度較高，生產能力較小壓降壓降較大壓降小，尤其是絲網填料操作彈性浮閥，泡罩等具有大的操作彈性操作彈性較小填料塔采用鮑爾環(huán)等操作彈性有了擴大液氣比L/V的范圍液氣比的適應范圍大小的LV時，分離效率差版式塔中，雖然L小，仍能保持一定液層，填料塔中噴淋密度太小，就不能充分潤濕清洗的方便性清洗較方便清洗費時對腐蝕介質的適應性因結構復雜，較難用防腐蝕材料制作，但無溢流柵板塔等可以易用防腐蝕材料制作塔中持液量持液量大持液量小，尤其是高效絲網填料有利于精密分離塔中換熱的可能性可以實現困難材料要求一般用金屬材料制作可用非金屬耐腐蝕材料安裝維修較容易較難重量較輕重

18、根據板式塔與填料塔的特點比較，以及根據設計的條件和要求，本次設計應采用填料塔最為合適。四、填料塔的結構：示意圖填料塔也是一種重要的氣液傳質設備。它的結構很簡單，在塔體內充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方為填料壓板及液體分布裝置。液體自填料層頂部分散后沿填料表面流下而潤濕填料表面；氣體在壓強差推動下，通過填料間的空隙由塔的一端流向另一端。氣液兩相間的傳質通常是在填料表面的液體與氣相間的界面上進行的。塔殼可由陶瓷、金屬、玻璃、塑料制成，必要時可在金屬筒體內襯以防腐材料。為保證液體在整個截面上的均勻分布，塔體應具有良好的垂直度。填料塔不僅結構簡單，而且有阻力小和便于用耐腐材料制造等優(yōu)點，尤其對

19、于直徑較小的塔、處理有腐蝕性的物料或要求壓強降小的真空蒸餾系統(tǒng)，填料塔都表現出明顯的優(yōu)越性。另外，對于某些液氣比甚大的蒸餾或吸收操作，若采用板式塔，則降液管將占用過多的塔截面積，此時也宜采用填料塔。主要結構如下所示：主要結構作用主要要求外殼操作系統(tǒng)與環(huán)境的隔離界面要具有一定的強度，需要時應能耐腐蝕填料氣液兩相的接觸元件，實現過程操作的關鍵結構具有一定的強度，比表面積大，空隙率大，可使氣、液的處理量大氣體壓力降低填料支承支承填料，并使氣流分布均勻自由截面積大，應>=65%。強度大液體分布器使液體均勻地噴淋在填料上噴灑均勻，防堵再分布器為防止液體的壁流效應，填料層需要分段，在段間使液體集中再

20、重新分布噴灑均勻，截面積大，拉西環(huán)分段每段不超過4m，其他填料不超過56m除霧器防止氣速過大，在塔頂出塔的氣體中帶出大量液體除霧效率高，壓力降小結構示意圖如下所示：五、工藝流程及工藝流程圖氣體從填料塔的下端由鼓風機1鼓入，吸收液由填料塔上端進入從塔底流出，進行充分的接觸、吸收。送入貯液槽2中加藥、沉淀，然后被水泵打到進水管，循環(huán)進行吸收。在進水管處裝有轉子流量計4，測量進液管中吸收液的流量。第三部分 吸收塔的工藝計算（L、P、D、H）一、吸收劑用量的計算（最小液氣比）由原始數據已知：入口氣體量y1=7.6； 出口氣體量y2=0.145低濃度吸收時：Y1= y1 Y2= y2 進口液體不含二氧化

21、硫所以x2=0由H2OSO2在常壓20oC的平衡數據，得X1=0.00276= =27.011低濃度時有 GG=90 kmol/h吸收劑的最小用量：=×G =27.011×90=2430.99（kmol/h）L=(1.12.0) ，取L=1.5吸收劑實際用量為L=1.5×2430.99=3646.485（kmol/h）逆流吸收塔操作示意圖如下：YXX1Y1X2Y2X：表示水中含有溶質的摩爾分數Y：表示空氣中含有溶質氣體的摩爾分數二、氣液相進出口組成 1、氣相進口組成組成入口質量流速（kg/h）質量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)空氣2

22、411.6484.6483.1692.4SO2437.7615.366.847.6H2O2849.40100901002、氣相出口組成組成出口質量流速（kg/h）質量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)空氣2411.6498.814483.1698.468SO27.840.32120.12250.145H2O21.0960.86441.1721.3882440.57610084.45451003、液相進口組成組成入口質量流量（kg/h）質量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)SO2H2O65636.731003646.48510065636.

23、731003646.4851004、液相出口組成組成出口質量流速（kg/h）質量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)SO2429.920.6516.71750.184H2O65615.63499.3493645.31399.81666045.5541003652.0305100三、填料的選擇填料是填料塔的核心。填料塔操作性能的好壞，與所選用的填料有直接關系。填料的種類很多，可分為實體填料和網體填料兩大類。前者有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形、波紋填料等。塔填料的選擇是填料塔設計重要的環(huán)節(jié)之一。塔設備內裝入填料的目的是增加兩種介質的接觸表面積，從而促進傳質過程的進行。良好的填料，

24、應具有下列特性：(1) 單位容積的重量要小(其數值成為容重， 根據填料的堆積方法，即亂堆或整砌而不同)，這樣可使塔設備的自重減低，基礎的負荷減輕.這一特性常以符號(公斤力/米)表示之。(2) 比表面積要大(其數值也因填料的堆砌方法而不同)，比表面積就是單位體積填料的總表面積，常以a(米/米)表示之.比表面積大即意味著氣液的接觸表面大，有利于傳質的進行;亦即操作時可容許較高的氣、液體的流速.但必須注意填料的真正氣液接觸表面，并不一定與比表面積成正比例，而決定于噴淋液所實際潤濕的表面，且也和噴淋液在填料層中的分布有關。(3) 空隙體積要大(其數值也因填料的堆積方法而不同)，空隙體積亦稱自由體積，就

25、是單位體積填料中的總空隙量，常以V(米/米)表示之。(4) 要有較高的空隙率。單位體積填料層所具有的空隙體積稱為填料的空隙率。以 表示，其單位為 m3/m3 。一般說來，填料的空隙率多在 0.450.95 范圍以內。當填料的空隙率較高時，氣、液通過能力大且氣流阻力小，操作彈性范圍較寬。(5) 制造容易，價格低廉。(6) 具有化學耐蝕性。(7) 具有足夠的機械強度，不易破裂，否則損耗變，檢修頻繁，增加操作費用。填料的幾何特性數據：填料的幾何特性數據主要包括比表面積、空隙率、填料因子等，是評價填料性能的基本參數。填料性能的優(yōu)劣通常根據效率、通量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越

26、大，氣液分布越均勻，表面的潤濕性能越好，則傳質效率越高；填料的空隙率越大，結構越開敞，則通量越大，壓降亦越低。填料名稱特性拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料是最早提出的工業(yè)填料，其結構為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金屬等材質制造。拉西環(huán)的缺點是結構不敞開， 有效空隙率比實際空隙率小得多，故壓力降較大；布液能力差，堆放后整個床層不易宜均勻；向壁偏流嚴重。鮑爾環(huán)填料鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎上改進而得。其結構為在拉西環(huán)的側壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側仍與壁面相連，另一側向環(huán)內彎曲，形成內伸的舌葉，諸舌葉的側邊在環(huán)中心相搭，可用陶瓷、塑料、金屬等材質制造。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內空

27、間及環(huán)內表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，具有生產能力大、阻力低、效率高、操作彈性大等特點。在一般情況下，同樣壓降時，處理量可以比拉西環(huán)大50%以上；同樣處理量時，壓降可相應降低；傳質效率可提高20%左右，故鮑爾環(huán)是目前適用于工業(yè)大塔的一種良好填料。 階梯環(huán)填料階梯環(huán)是今年來新發(fā)展的填料。階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進。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錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿

28、填料表面流動的匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利于傳質效率的提高。階梯環(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?；“疤盍匣“疤盍蠈侔靶翁盍系囊环N，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質材料制成。弧鞍填料的特點是表面全部敞開，不分內外，液體在表面兩側均勻流動，表面利用率高，流道呈弧形，流動阻力小。其缺點是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，填料表面不能得以充分利用，在流體力學和傳值性能方面均不如弧鞍填料。弧鞍填料強度較差，容易破碎。目前國內這種填料使用較少。矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時不會套疊，液體分布較均勻；強度

29、也較好。它的流體阻力小，處理物料能力大，傳質效率高，比鮑爾環(huán)制造方便， 是一種性能良好的填料。環(huán)矩鞍填料環(huán)矩鞍填料(國外稱為Intalox)是兼顧環(huán)形和鞍形結構特點而設計出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，是工業(yè)應用最為普遍的一種金屬散裝填料。 共軛環(huán)共軛環(huán)是華南理工大學開發(fā)的一種新型填料，是一種高效散堆填料，這種填料的特點是：在塔內堆放時不會發(fā)生沿軸向重疊。其內肋結構呈共軛形狀，在塔內堆放時很均勻，故使液體在填料表面上的分布均勻。相鄰填料的內肋與表面接觸的點多，可以加速液體的聚散和

30、表面更新。以上特點使共軛環(huán)對流體的阻力小，而提供氣、液相接觸的表面大，從而改善了填料的流體力學和傳質性質。制造共軛環(huán)填料所需金屬和塑料用量在相同傳質單元高度及塔徑下比目前工業(yè)上使用的各種國產散堆填料用量少。填料的選擇是一個復雜的問題：1）.填料用材的選擇：設備操作溫度低，塑料能長期操作無變形，體系對塑料無溶脹的情況下可考慮塑料，因其價格低廉，性能良好，有較好的耐腐蝕性。而陶瓷填料一般用于腐蝕性介質，金屬填料一般耐高溫，但價格昂貴。是水吸收低濃度SO，介質具有輕微腐蝕性，所以本次課程設計用陶瓷填料。2）.填料類型的選擇：要在眾多的填料中選出最適宜的塔填料，須對這些填料在規(guī)定的工藝條件下，做出全面

31、的技術經濟評價。因為亂堆填料較規(guī)則填料經濟，所以本次課程設計采用亂堆填料法。對于不同類型的亂堆填料，同樣的尺寸、材質的鮑爾環(huán)在同壓降、處理量比拉西環(huán)達50%以上，效率高出30%以上。但是，本次課程設計的處理量較小，用鮑爾環(huán)浪費，所以本次課程設計選用拉西環(huán)。3）.填料尺寸的選擇：一般來說，填料尺寸小，單位堆積體積的數目增加，填料層的比表面積增大而空隙減小，氣體的流動阻力相應增加。實踐證明，塔徑與材料外徑的合適比值有一個限值，瓷拉西環(huán)為20-30。拉西環(huán)填料是最古老、最典型的一種填料。由于它結構簡單，制造容易，價格低廉，性能數據較齊全以及機械強度高，因此，長久以來，盡管它存在嚴重缺點，但仍受廠家歡

32、迎，沿用至今。綜上考慮，本次課程設計用的填料是：瓷拉西環(huán)Dg25。其：外徑 d=25mm比表面積 at=190(m/m)空隙率 (m/m)堆積密度 =505(kg/m)臨界表面張力 L=61(dyn/cm)=6.1×10 (N/m)濕填料因子 =400 (1/m)四、吸收塔的塔徑和壓強的計算：1、塔徑的計算：液相的質量流速 W=65636.73kg/h氣相的質量流速 W=2849.40kg/h氣體的密度 G=1.383kg/m液相的密度 L=998.2 kg/m?？颂赝ㄓ藐P聯圖的橫坐標X=WW=0.86查亂堆填料塔液泛速度通用關聯圖，橫坐標X=0.86的縱坐標為Y=0.0267縱坐標

33、公式 Y=式中：=400m/m為液體校正系數，水的密度和液體的密度之比將各項數據代入公式經計算，得液泛氣速 Vf=0.7m/s實際氣速取泛點氣速的50%80%，取65%操作氣速 V=Vf·70%=0.7×65%=0.455m/s氣體處理量 Qv=2060.30（m3/h）=0.5723(m/s)塔徑 DT=1.2658m圓整為DT=1.2m則塔截面面積A= =1.1304（m2）由DT=1.2m，計算實際操作的空塔氣速：V=0.0.506m/s 安全系數 =0.723=72.3% 范圍在50%80%，所以符合要求計算最小噴淋密度，因填料尺寸小于75mm，故取(L)=0.08

34、 m/(mh)L=(L)a=0.08×190=15.2m/(mh)操作條件下的噴淋密度為：L=24.02m/(mh)> 15.2m/(mh)校核=48>30 可以避免避流現象2、壓降的計算為求壓降，需找出設計氣速V下的縱坐標Y現Y與Y的差別僅是氣速不同Y= Y()=0.0267×()=0.014查關聯圖Y=0.014， X=0.86，點處得： =392 Pa/m五、吸收塔塔高的計算： h=HOG×NOG1、氣相總傳質單元數：NOG= 由定積分的幾何意義，通過圖解法求得曲線下的面積。步驟：（1）先求出操作線方程；（2）在y1與y2之間任意取定y值，通過操

35、作線方程得到x；（3）查“H2OSO2在常壓20下的平衡數據”得ye ；（4）求出的值。求解過程： (1)低濃度氣體吸收的操作線方程：y=x+(y-x) 代入數據得：y=x+(0.00145-×0) =40.5165x+0.00145(3) 在y1與y2之間任意取定y值，通過操作線方程得到xx00.00005640.00014050.000281y0.001450.003740.007140.012800.000660.00180.0042689.655324.675179.856116.279x0.0004230.0005640.0008450.001840y0.018590.02

36、430.03570.0760.007630.01120.01850.047491.24176.33658.14034.965(4) 用坐標紙，圖解法(以y為橫坐標，以為縱坐標，在坐標紙上作圖)由定積分的幾何意義，得：NOG= =計量小格的數目，不滿半格不計，超過半格的按一格計，共4092個格，則可求出NOG =6.138。2、氣相總傳質單元高度的計算(可通過實際測量和關聯式計算等方法實現).(1)傳質系數關聯式： 恩田模型及修正公式單位不換算成國標單位。在恩田式中：填料的潤濕表面積 aw = 有效比表面積 a 式中：填料的潤濕表面積 aw =_ m2/m3 填料的比表面積a=190 m2/m3

37、液體的質量流量 L =58065.05 kg/（m2h）填料材質的臨界表面張力 L=61dyn/cm (陶瓷)液體的表面張力=73dyn/cm =92.71×10kg/h 液體的粘度 uLKg/(mh)重力加速度 g=1.27*108m/h2 代入數據得：=1-exp(-1.45×()×()×()×()=0.69a=0.69a=0.69×190=131.1m/m(2)氣相傳質系數公式：式中：氣體的質量流量 V=2520.70 kg/(m2/h氣體粘度G = 0.0652 kg/(mh)氣體擴散系數 DG = 0.0393m2/s 液體

38、擴散系數 DL = m2/sR=8.314kJ/(kmol*K) 氣體密度 = 1.383kg/m3溫度 T = 298 K 填料的環(huán)狀修正系數 =1 (拉西環(huán)) 代入數據計算得；k=0.237×()×()×()×1=0.0312(kmol/mhkpa)(3)液相傳質系數公式：式中：液體粘度L = kg/(mh)=0.0095×()×()×()×1=0.694當V 50%Vf時，須對上兩式求出的kL 、kG進行修正實際氣速V=0.506m/s，則V=V=72.3%， V>50%Vf ，所以需對kL 、kG進行

39、修正：x=1+9.5(-0.5)=1+9.5(0.723-0.5)=2.198x=1+2.6(-0.5)=1+2.6(0.723-0.5)=1.096所以：k·a=xk·a=1.096×0.694×131.1=99.718 k·a=xk·a=2.198×0.0312×131.1=8.991根據=+ 其中代入數據得： =+ 即得ka=1.720H=0.422=0.422×6.138=2.590m安全系數為1.31.7，取1.5，則實際填料高度h=1.5×2.590=3.89m圓整為：h=4m，不需

40、要分層壓降P=392kPa/m×4m=1568kPa第四部分 填料塔的設計計算一、塔體的組成：填料塔由塔底段、吸收段、塔帽三部分組成。1、塔底段（進氣段、貯液槽段）塔底段的主要組件有：進氣管、貯液槽、進液管、供水管、放空管、維修人孔、窺視鏡（一對）2、吸收段吸收段的主要組件有：支承板、填料、維修人孔、氣液再分布器、填料投加口、進液管、布水器、除霧板3、塔帽：排氣管二、塔體各部分的設計計算：1、塔底段（進氣段、貯液槽段）H1（1）貯液槽：貯液槽的主要作用是貯存吸收液，在吸收液循環(huán)的過程中可以起到一個緩沖的作用，使吸收液的流量均勻。在貯液槽中可以對吸收液進行加藥，去除吸收液中的二氧化硫，

41、使吸收液可以循環(huán)利用。取有效液面高度=700mm（500-1000mm）則貯液槽的容積為：V=1.13040.7=0.8m3（2）進氣管：進氣管管徑的選取，影響到氣體進入時的流速，選取較小的管徑，氣體流速大，不利于氣體在氣體分布器上的分布；選取較大管徑，氣體流速較小，有利于氣體在塔內的均勻分布，使氣液結合充分。一般可將進氣管做成斜切口以改善氣體分布或采用較大管徑使其流速降低，達到氣體分布均勻的目的。對于直徑1.5米的塔，管的末端可做成向下的喇叭行擴大口。對于更大的塔，應考慮盤管式分布結構。進氣管直徑 250mm(250-300mm)進氣管中心線距支承板下表面距離 350mm進氣管中心線距貯液槽

42、液面高度 350mm(300-350mm)進氣管口的半徑為155mm（3）進液管：進液管中心線與有效液面相平。進液管直徑：100mm（中心線與液面持平）（4）設于氣液進出口或塔底和塔釜，通過維修人孔可以對塔內進行維修維修人孔直徑 500mm（500-600mm） 外部長100mm維修人孔中心線距塔底高度 700mm（5）放空管：通過放空管可以去除操作過程中產生的廢渣放空管直徑 150mm（100-150mm） 長 100mm（6）窺視孔中心線與有效液面相平，且直徑 200mm塔底段總高度為：H1=2200mm2、吸收段：H2（1）支承板：安裝在填料層底部；作用是支承填料，并使氣流分布均勻，保證足夠的開孔率，使氣液兩相能自由通過；支承板的開孔面積要占總面積的75%，選用塑料覆蓋的金屬柵格，增強塑性；種類有十字型，柵條型，多孔板升氣管式。根據塔徑大小，柵板可制成整塊式或分塊式，對于直徑D500毫米的塔，采用整塊柵板，對于直徑D>500毫米的塔，可采用分塊式柵板，每塊板寬270-390毫米，以便通過塔的入口裝卸。D=1200時，分成三塊。當用柵板