1、化工原理課程設計題目 處理量為1200nVh水吸收二氧化硫過程填料吸收塔的設計化工原理設計任務書專業：化學工程與工藝 班級：化工 2102 設計人：柯來烽一設計題目3處理量為 1200m3/h 水吸收二氧化硫過程填料吸收塔的設計二原始數據及條件進塔二氧化硫含量為8%（摩爾分率，下同），溫度25C。 塔頂易揮發組分回收率 94% 。進塔吸收劑溫度20C，由于氣液比比較大，溫度基本不變，吸收溫度可近似取清水溫度 二氧化硫回收率為操作壓強為常壓三設計要求1. 標題頁；2. 設計任務書；3. 目錄；4. 確定設計方案；5. 填料塔吸收的塔徑，填料層高度，塔高和填料層壓降的計算；6. 塔及主要附屬構件結

2、構尺寸設計；7. 設計一覽表；8. 對本設計的評述；9. 繪制填料塔裝備圖；10. 參考文獻。四設計日期： 2013 年 6 月 10 日 至 2013 年 6月 20 日目錄摘要 11 緒論 21.1 吸收技術概況 .21.2 吸收設備發展 21 .3吸收在工業生產中的應用 . . .32 設計方案 42.1 吸收方法及吸收劑的選擇 42.1.1 吸收方法 42.1.2 吸收劑的選擇 : 42.2 吸收工藝的流程 52.2.1 吸收工藝流程的確定 52.2.2 吸收工藝流程圖及工藝過程說明 62.3 操作參數選擇 . 72.3.1 操作溫度的選擇 .72.3.2 操作壓力的選擇 .72.3.

3、3 吸收因子的選擇 72.4 吸收塔設備及填料的選 82.4.1 吸收塔設備的選擇 82.4.2 填料的選擇 83 吸收塔工藝的算 103.1 基礎性物性數據 103.1.1 液相物性數據 103.1.2 氣相物性數據 .103.1.3 氣液平衡數據 .103.2 物料衡算 . 113.3塔徑的計算及校核 11塔徑的計算 11泛點率的計算 133.3.3 氣體能動因子 . 133.3.4 填料規格校核 . 133.3.5 液體噴淋密度校核 . . 133.4 填料層高度計算 . . 143.4.1 傳質單元數計算 . . 143.4.2 傳質單元高度計算 . . . 1 43.4.3 填料層高

4、度的計算 . . . . 153.5 填料塔附屬高度的計算 . . . . 163.6 液體分布器的簡要設計 . . . . . 163.6.1 分布點密度及布液孔數的計算 163.6.2 布液計算 173.6.3 塔底液體保持管高度的計算 1 73.7 其他附屬塔內件的選擇 . 1 8液體再分布器 . 183.7.2 填料支撐板 . . .183.7.3 填料壓緊裝置與床層限制板 . . 183.7.4 氣體進出口裝置與排液裝置 . . 183.8 吸收塔主要接管尺寸算 . . .1 93.9 填料層壓力降的計19工藝設計計算結果匯總與主要符號說明 .21結束語 . . 24主要符號說明 .

5、 . .25參考文獻 . . . .27摘要在化工生產中，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，在氣液兩相接觸是發生傳質，實現氣液混合物的分離。在化學工業中，經常需 將氣體混合物中的各個組分加以分離，其目的是： 回收或捕獲氣體混合物中的有用物質，以制取產品； 除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進一步加工處理；或除去工業放空尾氣中 的有害物，以免污染大氣。實際過程往往同時兼有凈化和回收雙重目的。根據氣體混合物的分離， 總是根據混合物中各組分間某種物理和化學性質的差異而進行的。 不同性質上的差異，可以開發出不同的分離方法。吸收操作僅為其中之一，它利用混

6、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。一般說來，完整的吸收過程應包括吸收和解吸兩部分。在化工生產過程中，原料氣的凈化， 氣體產品的精制，治理有害氣體，保護環境等方面都要用到氣體吸收過程。填料塔作為主要 設備之一，越來越受到青睞。二氧化硫填料吸收塔，以水為溶劑，經濟合理，凈化度高，污 染小。此外，由于水和二氧化硫反應生成硫酸，具有很大的利用。1 緒論1.1 吸收技術概況在化學工業中， 利用不同氣體組分在液體溶劑中的溶解度的差異， 對其進行選擇性溶解， 從而將混合物各組分分離的傳質過程稱為吸收。氣體吸收過程是化工生產中常用的氣體混合 物

7、的分離操作，其基本原理是利用混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同，實 現各組分分離的單元操作。 實際生產中，吸收過程所用的吸收劑常需回收利用，故一般來說，完整的吸收過程應包括吸 收和解吸兩部分，因而在設計上應將兩部分綜合考慮，才能得到較為理想的設計結果。作為 吸收過程的工藝設計，其一般性問題是在給定混合氣體處理量、混合氣體組成、溫度、壓力 以及分離要求的條件下，完成以下工作：（1）根據給定的分離任務，確定吸收方案；（2）根據流程進行過程的物料和熱量衡算，確定工藝參數；（3）依據物料及熱量衡算進行過程的設備選型或設備設計；（4）繪制工藝流程圖及主要設備的工藝條件圖；（5）編寫工藝設計說

8、明書。1.2 吸收過程對設備的要求及設備的發展概況近年來隨著化工產業的發展，大規模的吸收設備已經廣泛用于實際生產過程中。對于吸 收過程，能夠完成分離任務的塔設備有多種，如何從眾多的塔設備中選擇合適類型是進行工 藝設計的首要任務。而進行這一項工作則需對吸收過程進行充分的研究后，并經多方面對比 方能得到滿意的結果。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，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，具有良好的傳質性 能，具有合適的操作彈性，結構簡單，造價低，便于安裝、操作和維修等。但是吸收過程，一般具有液氣比大的特點，因而更適用填料塔。此外，填料塔阻力小，

9、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。近年來隨著化工產 業的發展，大規模的吸收設備已經廣泛用于實際生產當中。具有了很高的吸收效率，以及在 節能方面也日趨完善。填料塔的工藝設計內容是在明確了裝置的處理量，操作溫度及操作壓 力及相應的相平衡關系的條件下，完成填料塔的工藝尺寸及其他塔內件設計。在今后的化學 工業的生產中，對吸收設備的要求及效率將會有更高的要求，所以日益完善的吸收設備會逐 漸應用于實際的工業生產中。1.3 吸收在工業生產中的應用1.3.1 吸收的應用概況在化工生產中，原料氣的凈化，氣體產品的精制，治理有害氣體保護環境等方面得到了 廣泛的應用，在研究和開發過程中

10、，在方法上多從吸收過程的傳質速率著手，希望在整個設 備中，氣液兩相為連續微分接觸過程，這一特點則與填料塔得到了良好的結合，由于填料塔 的通量大，阻力小，使得其在某些處理量大要求壓降小的分離過程中備受青睞，尤其近年高 效填料塔的開發，使得填料塔在分離過程中占據了重要的位置。吸收在化工的應用大致有以 下幾種：（1）原料氣的凈化。（2）有用組分的回收。（3）某些產品的制取。（4）廢氣的處理。1.3.2 典型吸收過程煤氣脫苯為例 : 在煉焦及制取城市煤氣的生產過程中， 焦爐煤氣內含有少量的苯、 甲苯類 低碳氫化合物的蒸汽（約 35 g / m3 ）應予以分離回收，所用的吸收溶劑為該工業生產過程中 的副

11、產物，即焦煤油的精制品稱為洗油。回收苯系物質的流程包括吸收和解吸兩個大部分。含苯煤氣在常溫下由底部進入吸收 塔，洗油從塔頂淋入，塔內裝有木柵等填充物。在煤氣與洗油接觸過程中，煤氣中的苯蒸汽 溶解于洗油，使塔頂離去的煤氣苯含量降至某允許值 （ 2g/ m3） ，而溶有較多苯系物質的洗油 （稱富油）由吸收塔底排出。為取出富油中的苯并使洗油能夠再次使用 （稱溶劑的再生 ） ，在另 一個稱為解吸塔的設備中進行與吸收相反的操作 解吸。為此，可先將富油預熱到 170 C左右由解吸塔頂淋下，塔底通入過熱水蒸氣。洗油中的苯在高溫下逸出而被水蒸氣帶走，經 冷凝分層將水除去，最終可得苯類液體（粗苯） ，而脫除溶質

12、的洗油（稱貧油）經冷卻后可作 為吸收溶劑再次送入吸收塔循環使用 .2 設計方案 吸收過程的設計方案主要包括吸收劑的選擇、吸收流程的選擇、解吸方法選擇、設備類 型選擇、操作參數的選擇等內容用水吸收S02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 S02不作為產品，故采用純溶劑。2.1 吸收方法及吸收劑的選擇2.1.1 吸收方法完成同一吸收任務，可選用不同吸收劑，從而構成了不同的吸收方法，如以合成氨廠變 換器脫CO的為例，若配合焦爐氣為原料的制氫工藝，宜選用水，碳酸丙烯酯，冷甲酸等作吸 收劑，既能脫CO,又能脫除有機雜質。后繼配以堿洗和低溫液氨洗構成了一個完整

13、的凈化體 系，若以天然氣為原料制H2和N2時，宜選用催化熱碳酸鉀溶液作吸收劑，凈化度高。后繼再 配以甲烷化法，經濟合理。其中，前者為物理吸收，后者則為化學吸收。一般而言，當溶劑 含量較低，而要求凈化度又高時，宜采用化學吸收法；若溶質含量較高，而凈化度又不很高 時，宜采用物理吸收法。2.1.2 吸收劑的選擇對于吸收操作 ,選擇適宜的吸收劑 ,具有十分重要的意義 . 其對吸收操作過程的經濟性有 著十分重要的影響 .一般情況下 ,選擇吸收劑 ,要著重考慮如下問題 .（ 一） 對溶質的溶解度大所選的吸收劑多溶質的溶解度大 , 則單位量的吸收劑能夠溶解較多的溶質 , 在一定的處理 量和分離要求下 ,吸收

14、劑的用量小 , 可以有效地減少吸收劑循環量 ,這對于減少過程功耗和再 生能量消耗十分有利 . 另一方面 , 在同樣的吸收劑用量下 , 液相的傳質推動力大 , 則可以提高吸 收效率 , 減小塔設備的尺寸 .（ 二） 對溶質有較高的選擇性對溶質有較高的選擇性 , 即要求選用的吸收劑應對溶質有較大的溶解度 , 而對其他組分則 溶解度要小或基本不溶 ,這樣, 不但可以減小惰性氣體組分的損失 ,而且可以提高解吸后溶質 氣體的純度 .（ 三 ） 不易揮發吸收劑在操作條件下應具有較低的蒸氣壓 , 以避免吸收過程中吸收劑的損失 ,提高吸收過 程的經濟性。（ 四） 再生性能好由于在吸收劑再生過程中 ,一般要對其

15、進行升溫或氣提等處理 ,能量消耗較大 ,因而,吸收 劑再生性能的好壞，對吸收過程能耗的影響極大，選用具有良好再生性能的吸收劑，往往能有 效地降低過程的能量消耗。以上四個方面是選擇吸收劑時應考慮的主要問題 ，其次,還應注意所選擇的吸收劑應具有 良好的物理、化學性能和經濟性。其良好的物理性能主要指吸收劑的粘要小，不易發泡，以保證吸收劑具有良好的流動性能和分布性能 良好的化學性能主要指其具有良好的化學穩定性 和熱穩定性，以防止在使用中發生變質，同時要求吸收劑盡可能無毒、無易燃易爆性，對相關設 備無腐蝕性（或較小的腐蝕性）.吸收劑的經濟性主要指應盡可能選用廉價易得的溶劑。表2 1物理吸收劑和化學吸收劑

16、的特性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（1 ）吸收容量對溶質分壓不太敏感（2）吸收熱效應很小（近于等溫）（2 ）吸收熱效應顯著（3）常用降壓閃蒸解吸（3）用低壓蒸汽氣提解吸（4）適于溶質含量咼，而凈化度要求不太咼的場合（4）適于溶質含量不咼，而凈化度要求很咼的場合（5）對設備腐蝕性小，不易變質（5 ）對設備腐蝕性大，易變質2.2吸收工藝的流程吸收工藝流程的確定工業上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同角度進行分類，從所選用的吸收劑的種類 看，有僅用一種吸收劑的一步吸收流程和使用兩種吸收劑的兩步吸收流程，從所用的塔設備 數量看，可分為單塔吸收流程和多塔吸收流程，從塔內氣液

17、兩相的流向可分為逆流吸收流程、 并流吸收流程等基本流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環流程。（一）一步吸收流程和兩步吸收流程一步流程一般用于混合氣體溶質濃度較低，同時過程的分離要求不高，選用一種吸收劑 即可完成任務的情況。若混合氣體中溶質濃度較高且吸收要求也高，難以用一步吸收達到規 定的吸收要求，但過程的操作費用較高，從經濟性的角度分析不夠適宜時，可以考慮采用兩 步吸收流程。（二）單塔吸收流程和多塔吸收流程單塔吸收流程是吸收過程中最常用的流程，如過程無特別需要，則一般采用單塔吸收流 程。若過程的分離要求較高，使用單塔操作時，所需要的塔體過高，或采用兩步吸收流程時， 則需要采用多塔流程（

18、通常是雙塔吸收流程）（三）逆流吸收與并流吸收吸收塔或再生塔內氣液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有傳質推動力大，分離效率高（具有多個理論級的分離能力）的顯著優點而廣泛應用。工程上，如無特別需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶劑循環吸收流程由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大，當液相噴淋量過小時，將降 低填料塔的分離效率，因此當塔的液相負荷過小而難以充分潤濕填料表面時，可以采用部分 溶劑循環吸收流程，以提高液相噴淋量，改善踏的操作條件。吸收工藝流程圖及工藝過程說明峻收塔T2.3操作參數的選擇231操作溫度的選擇對于物理吸收而言，降低操作溫度，對吸收有利。但低于環境

19、溫度的操作溫度因其要消耗 大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 吸收操作必須采用低于環境的溫度操作。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232操作壓力的選擇對于物理吸收，加壓操作一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

20、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 q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。233吸收因子的選擇吸收因子A是一個關聯了氣體處理量 qn,v,吸收劑用量qn, L以及氣液相平衡常數m的綜合的過程參數.式中qn,v 通過吸收塔的惰性氣體處理量，kmol/h.m 氣體相平衡常數.壯）i（Y

21、 丫2）（X* X2）吸收因子的值的大小對過程的經濟性影響很大，選取較大的吸收因子，則過程的設備費用降低 而操作費用升高，在設計上，兩者的數值應以過程的總費用最低為目標函數進行優化設計后確 定.從經驗上看，吸收操作的目的不同，該值也有所不同。一般若以凈化氣體或提高溶質的回收 率為目的,則A值宜在1.22.0之間,一般情況可近似取A=1.4。而對于以制取液相產品為目 的吸收操作，A值可以取小于1.工程上更常用的確定吸收劑用量（或氣提氣用量）的方法是利 用求過程的最小液氣比（對于再生過程求最小氣液比）,進而確定適宜的液氣比，即qn, Lqn, V0.2 2.0）（栄）“I”min qnVX*Yim

22、對于低濃度氣體吸收過程，由于吸收過程中氣液相量變化較小，則有q±)iinqn，V(yi祠(x* X2)qn, Lqn, VX*yimqn, L(1.2 2.0)()m.qn,v2.4吸收塔設備及填料的選擇吸收塔的設備選擇對于吸收過程，能夠完成其分離任務的塔設備有多種，如何從眾多的塔設備中選出合適的 類型是進行工藝設計的首要工作.而進行這一項工作則需對吸收過程進行充分的研究后，并經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 好的傳質性能，具有合適的操作彈性，結構

23、簡單,造價低,易于制造、安裝、操作和維修等.但作為吸收過程，一般具有操作液起比大的特點，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，使用填料塔不經濟的情況下，以采用板式塔為宜.填料的選擇各種填料的結構差異較大，具有不同的優缺點，因此在使用上應根據具體情況選擇不同的 塔填料。在選擇塔填料時，應該考慮如下幾個問題：(1) 選擇填料材質 選擇填料材質應根據吸收系統的介質以及操作溫度而定，一般情況下， 可以選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對于腐蝕性介質應采用相應的抗腐蝕性材料，如陶瓷， 塑料，玻璃

24、，石墨，不銹鋼等，對于溫度較高的情況，應考慮材料的耐溫性能。(2) 填料類型的選擇填料類型的選擇是一個比較復雜的問題。 一般來說，同一類填料塔中，比表面積大的填料雖然具有較高的分離效率，但是由于在同樣的處理量下，所需要的塔徑較大，塔體造價升高。（3）對于水吸收 S02 的過程、操作、溫度及操作壓力較低，工業上通常選用所了散裝填料。在所了散裝填料中，塑料階梯環填料的綜合性能較好，故此選用 DN38 聚丙稀階梯環填料。其主要性能參數為 2 ： 比表面積 孔隙率 形狀修正系數 填料因子Aat =132.5m2=0.91=1.451F =170m 10.204C 33 dyn / cm臨界張力3塔的工

25、藝計算3.1基礎物性數據液相物性數據20 C時水的有關物性數據：密度 l 998.2(kg/m3)粘度 l 0.01(Pa s) 3.6kg/(m h) 表面張力 l 75 10 3(N /m)SO2在水中的擴散系數Dl 1.47 10 9(m2/s)氣相物性數據混合氣體的平均摩爾質量為:vmyiMi 0.08 64.06 0.92 2931.805混合氣體的平均密度為PMVmvmRT101.3 31.8058.314 2981.301kg/m3混合氣體粘度近似于空氣粘度，直接查得20攝氏度空氣的粘度為:1.81 10-5Pa S 0.065kg/(m h)SO2在空氣中的擴散系數為：Dv 0

26、.108cm2/s 0.039m2/h氣液平衡數據查得常壓下20攝氏度時SO2在水中的亨利系數為：E 3.55 103KPa相平衡常數為:Em P3.55 103cs101.325OU.UH-溶解系數為：Hl998.2330.0156kmol /(kPa m )EMs3.55 1018.023.2物料衡算進塔氣相摩爾比為:出塔氣相摩爾比為:丫21 0.080.0870yii yi進塔惰性氣相流量為：qn,v 1200273(1 0.08)45.151kmol/h22.4 273 250.0870 (1 0.94) 0.00522該吸收過程屬低濃度吸 收，平衡關系為直線,最小液氣比可按下式計算:

27、半丫2第/m X2對于純溶劑吸收過程進塔液相組成為：X20qn丄).minqn ,V0.0870 0.005220.0.0870/35.04 032.9376取操作液氣比為：q"L 1.4(qn，L)min 1.4 32.9376 46.11264qn, Vqn, Vqn,L 46.11264 45.151 2082.032kmol / hqn,V(丫 丫 L(X1 X2)745.151 (0.0870 0.00522)X10.001772082.0323.3塔徑的計算及校核3.3.1塔徑的計算考慮到填料塔內塔的壓力降,塔的操作壓力為101.325 KPaPM101.325 1033

28、1.805 10RT8.3142732531.301 Kg /m液體密度可以近似取為3l 998.2 Kg /mWl 2082.032 18.0237518.2kg/ hWv 1200 1.3011561 .2kg/h采用Eckert通用關聯圖計算泛點氣速。Eckert通用關聯圖的橫坐標為L式中：uf :泛點氣速m/sg:重力加速度9.81m/sV， L：氣相，液相密度kg/m3WiV .0.537518.21.301 .0.5() ()WVl 1561.2998.20.868查Eckert通用關聯圖得,(V) L0.20.021l ：液體粘度mPa sf：試驗填料因子，m:水密度與液體密度之

29、比；（此處為1）本次設計選用的是塑料階梯環類型填料。查表，其填料因子泛點氣速：0.021g l0.2F V Lf 170m0.021 9.81 998.2 170 1 1.301 10.20.9298m/ su對于散裝填料，泛點率的經驗值為uF0 5 0 850.85，泛點率的選擇，對于加壓操作，選擇較高的泛點率，減壓操作選擇較低的泛點率，此處取 u 0.8uf 0.8 0.9298 0.744 m/s4qv,v4 1200/3600 3.14 0.7440.755m圓整塔徑D取800mm4qv,vD20.663 m/suuf100 000.6630.9298100°。71.31&#

30、176;。在(50%-80%)之間,所以符合要求.3.3.3氣體動能因子吸收塔內氣體的動能因子為F u. g 0.663 d.301O.756m/s(kg/m3)0.5氣體動能因子在常用范圍內。3.3.4填料規格校核D 800 d 3821.058 ,符合要求.3.3.5液體噴淋密度校核最小濕潤速率為：(Lw)min 0.08m3/(m h)at 132.5m2 /m3查附錄五得 Umin (Lw)min at 0.08 132.5 10.6m3/m2 h37518.2/998.20.765 0.800274.80 Umin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=800mr

31、合理332泛點率校核4 120023600 3.14 0.8003.4填料層高度計算341傳質單元數計算Yi* mXi 35.04 0.00177 0.06202丫2* mX20S mqn,V 35.04 27.20.7599qn, l 2082.0321Y1 Y2*Nogln (1 S) 12 S1S丫2 丫2*10.7599ln(1 0.7599)0.0870 00.00522 00.75996.49973.4.2傳質單元高度的計算氣相總傳質單元高度采用修正恩田關聯式計算aw at 1 exp0.751.45 二i0.1atl2U l at2L g0.05UlL l at0.2UlWL-D

32、2437512.20.785 0.82274666.003kg /(m .h)awat1 exp0.754276809408960.174666.003132.520.0574666.003132.5998.22 9.8174666.00320.2998.2 940896 132.5awat0.58氣膜吸收系數由下式計算:0.237 ( Uv 廠氣一v)1/3(atDv)at v vDv RT氣體質量通量為:1561.20.785 0.823107.48kg/(m2 h)kG20.0337kmol /(m h kPa)0 233107.480.065)i/3(132.5 0.039)(132.

33、5 0.065)(1.301 0.039)( 8.314 293)液膜吸收系數由下式計算：由 kGa kGaw 1.1,查表 5-14 得： 1.45da 則kLa1.10.4kL aw0.0337 0.604 132.5 1.454.059kmol /(m3 h kPa)1.165 0.604 132.5 1.450.4108.175l/h；九31%50%kla 1 9.5( U0.5)1.4kGaUF1 9.5(0.7131 0.5)1.4 4.059 8.487kmol/(m3 h kPa)k'l a 1 2.6( U0.5)2.2kLaUF2 231 2.6(0.7131 0.

34、5) . 108.175 117.55kmol /(m h kPa)則KGa11 1k'G a Hk'l a3 1.508 kmol /(m h kPa)1 18.4870.0156 117.55H OGqn,VKYaqn,VaaP45.151 20.588 m 1.508 101.325 0.785 0.8填料層高度計算Z Hog Nog0.588 6.4997 3.82mZ' 1.25 3.82 4.78m所以設計取填料層高度為Z' 5m查附表5，對于階梯環填料，h/D=815, hmax 6mh取D 8,則計算得填料層高度為：5000mmh 8 80064

35、00mm因此不需分段3.5填料塔附屬高度的計算塔上部空間高度，通過相關資料可知，可取為1.3m，塔底液相停留時間按1min考慮，則塔釜液所占空間高度為:qv,LwLL 360037518.23600 998.20.0104(m3/s)1 60 qv,L0.785 0.821 60 0.01040.785 0.821.25(m)2.5m，所以塔的附屬空間高度可以取考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取 為 1.25+2.5=3.75 米。因此塔的實際高度取 H=5+3.75=8.75（m）3.6液體分布器的簡要設計分布點密度及布液孔數的計算液體在填料塔頂噴淋的均勻狀況是提供塔內氣液均勻分布

36、的先決條件，也是使填料達到 預期分離效果的保證。為此，分布器設計中應注意以下幾點：（1） 、為保證液體在塔截面上均布，顆粒型（散裝）填料的噴淋點數為4080個/m2（環 形填料自分布性能差應取高值），此外，為減少壁流效應，噴淋孔的分布應使近塔壁 5 20 %區域內的液體流量不超過總液量的 10%。規整填料一般為100200個/川噴淋點。（2）、噴淋孔徑不宜小于2伽，以免引起堵塞，孔徑也不宜過大，否則液位高度難維持穩定 按照Eckert建議，D 800mm時，采用盤式分布器（篩孔式）。設計取噴淋點密度為170點/2m。布液點數為 n=0.785 >0.82 X170=85.408 點&qu

37、ot;86 點按Eckert建議值，D=800伽時，每60 cm 2搭接面設一個噴淋點。按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為：盤式分布器（篩孔式）：【5】分布盤直徑：600mm【5】分布盤厚度：4mm【5】362布液計算qv, ld2n4,2g Hqv,L：液體流量m3/sn:開孔數目:孔流系數，取0.550.60do： 孔徑，mH :開孔上方的液位高度，m0.60 , H 160mm計算得：d0=12.5伽設計取13 mm。3.6.3塔底液體保持管高度的計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:qv,L d2nkJ2gh 得，即：h4q；“ /2g

38、:4d nk7式中：d :布液孔直徑，mqV,L :液體流率，m/sn :布液孔數k :孔流系數h :液體高度，mg :重力加速度，m/sk值由小孔液體流動雷諾數決定可取 k 0.60 0.62因此，取k 0.6024qV, ld2nk/2g4 37518.2998.2 3600 3.14 0.0132 86 0.62/ 2 9.810.1186(m)根據經驗，則液位保持管高度為:h' 1.15h 1.15 0.1186 0.1363(m)3.7 其他附屬塔內件的選擇3.7.1 液體再分布器當塔頂噴淋液體沿填料層下流時，存在向塔壁流動的趨勢，導致壁流增加。此外，塔體 傾斜、保溫不良等也

39、會加劇壁流現象。為提高塔的傳質效果，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，以收集自傷以填料層來的液體，為下一填料層提供均勻的 液體分布。3.7.2 填料支撐板填料支撐板用于支撐塔填料及其所特有的氣體、液體的質量，同時起著氣液流道及其體 均布作用。故要求支撐板上氣液流動阻力太大，將影響塔的穩定操作甚至引起塔的液泛。支撐板大體分為兩類，一類為氣液逆流通過的平板支撐板，板上有篩孔或為柵板式；另 一類斯氣體噴射型，可分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支撐板和梁式氣體噴射型支撐板。平板型支撐板結構簡單，但自由截面分率小，且因氣液流同時通過板上篩孔或柵縫，故 板

40、上存在液位頭。氣體噴射性支撐板氣液分道，即有利于氣體的均勻分配，又避免了液體在 板上聚集。梁式結構強度好，裝卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允許氣液負荷較 大，其應用日益受到重視。當塔內氣液負荷較大或負荷波動較大時，塔內填料將發生浮動或相互撞擊，破壞塔的正 常操作甚至損壞填料，為此，一般在填料層頂部設壓板或床層限制板。3.7.3 填料壓板與床層限制板填料壓板系藉自身質量壓住填料但不致壓壞填料；限制板的質量輕，需固定于塔壁上般要求壓板或限制板自由截面分率大于 70。3.7.4 氣體進出口裝置與排液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。對500mnfi徑以下的小塔，

41、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。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）；液體進出口氣速可取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3.8吸

42、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0.81.5m/s （必要時可加大些）21 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，管徑計算如下取 u 液20m/s設計取進料管管內徑 D1 嚴“丄 J4 37518.2 0.105mV u端V 998.2 3600 3.14 1.22 氣體進料接管采用直管進料。取氣速u氣

43、18.0m/s設計取進料管管徑4qv,vD2U氣4 1200/3600.3.14 18.00.153m3.9填料層壓力降的計算（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254mm則氣體的進出口流速為：1200u 20.663m/ s3600 0.785 0.8則進口 P1 12 VU2 2301 0632 0.286Pa(突然擴大出口 P21 1 Vu22 21 122 忖 0.66320.143Pa(突然縮小=1)=0.5)(2)填料層壓力降氣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Wl ( V)0.5 0.868W/L查散

44、裝填料壓降填料因子平均值得-1p 116m1縱坐標為2U_ (亠)L0.2 0.021gL查Eckert關聯圖得P313 9.81127.53Pa/mZ所以填料層壓力降P3 127.53 5 637.65Pa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PP1P2P3 0.286 0.143 637.65 638.079Pa工藝設計計算結果匯總與主要符號說明基礎物性數據和物料衡算結果匯總:表-1項目符號數值與計量單位吸收劑（水）的密度P L998.2(kg/m3)溶劑的粘度卩L0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)溶劑表面張力S L940896(kg/h2)1.47

45、 X 10-5( cm 2/s)=5.29 X二氧化硫在水中擴散系數DL106(m2/h)混合氣體的平均摩爾質量M Vm30.75 gfmol混合氣體的平均密度V1.278 kg/m30.108 X二氧化硫在空氣中擴散系數D-4 2 210 (m /s)=0.039(m /h)亨利系數E33.55 X 10 KPa;氣液相平衡常數m35.04溶解度系數H0.0156 kmol /(m3.KPa);二氧化硫進塔摩爾比Yi0.0870二氧化硫出塔摩爾比Y20.00522惰性氣體摩爾流量G45.151 kmol/h ;吸收劑摩爾流量L2082.032 kmol/h液相進口摩爾比X0液相出口摩爾比X0

46、.00177填料塔工藝尺寸計算結果表:表-2項目符號數值與計量單位氣相質里流里Wv1561.2kg/h液相質里流里WL37518.2kg/h塔徑D800mm空塔氣速u0.663m；' s泛點率u/Uf66.35%噴淋密度U3274.80m/(m .h)解吸因數S0.7599氣相總傳質單元數N OG6.4997液體質量通量UL74666.003 kg /(m2 h)氣體質里通量UV3107.48kg /(m2 h)氣膜吸收系數kG0.033 7kmol/(m2.h.kpa)液膜吸收系數k.1.165 (m/h)氣相總吸收系數（校正后）kGa38.487kmol/(m.h.kpa)液相總吸

47、收系數（校正后）k, a117.55(l/h)氣相總傳質系數''-*1FKg331.508 kmol/(m.h.kpa)氣相傳質單元咼度Hog0.588m填料層高度Z，5m填料塔上部空間高度hi1.3m填料塔下部空間高度h22.5m塔附屬高度h33.8m塔高H8.8m布液孔數n86點孔徑d00.013m開孔上方高度H0.16m液位保持管高度h'0.1363m流體力學參數計算結果匯總:表-3項目符號數值與計量單位氣體進口壓力降 Pl0.286 Pa;氣體出口壓力降 P20.143 Pa;填料層壓力降 P3637.65 Pa;吸收塔總壓力降 P638.079Pa;泛點率U,Uf71.31%氣體動能因子FO.756m/s(kg/m3)05所用Dn38聚丙烯塑料階梯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DN38mm塔徑與填料公稱直徑比值D/d>8填料因子平均值F