1、 重慶理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目： 填料吸收礦石爐氣中的SO2 學(xué)生班級(jí)： 111150104 學(xué)生姓名： 王世春 學(xué)生學(xué)號(hào)： 21 指導(dǎo)教師： 白薇揚(yáng) 化學(xué)化工學(xué)院 2014 年 6 月 19 日目 錄摘要4第一章 緒論51.1吸收技術(shù)概況51.2吸收設(shè)備的發(fā)展51.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用8第二章 設(shè)計(jì)方案102.1吸收劑的選擇102.2 吸收流程的選擇112.2.1 氣體吸收過(guò)程分類11吸收裝置的流程112.3對(duì)填料的要求132.4填料的種類和特性132.5填料尺寸132.6填料材質(zhì)的選擇14第三章 工藝計(jì)算153.2吸收劑用量及操作線的確定16吸收劑用量的確定16操作線的確定1

2、73.3塔徑計(jì)算18采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)速率：18操作氣速19塔徑計(jì)算19噴淋密度U校核19單位高度填料層壓降的校核203.4填料層高度計(jì)算21傳質(zhì)系數(shù)的計(jì)算21填料高度的計(jì)算243.5填料塔附屬高度計(jì)算253.6塔內(nèi)件計(jì)算與選擇26液體分布器選型26布液孔數(shù)26塔底液體保持管高度26填料支撐板26填料壓板與床層限制板27氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置27塔頂除霧器283.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)的計(jì)算29吸收塔的壓力降29吸收塔的泛點(diǎn)率29氣體動(dòng)能因子29第四章 輔助設(shè)備的選型304.1管徑的選擇304.2泵的選取：314.3風(fēng)機(jī)的選型：31第五章 關(guān)于填料塔設(shè)計(jì)的選材31第六章 討

3、論與總結(jié)32參考文獻(xiàn)33附錄34摘要在化工生產(chǎn)中，氣體吸收過(guò)程是利用氣體混合物中，各組分在液體中溶解度或化學(xué)反應(yīng)活性的差異，在氣液兩相接觸是發(fā)生傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氣液混合物的分離。在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需將氣體混合物中的各個(gè)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(zhì)，以制取產(chǎn)品； 除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理；或除去工業(yè)放空尾氣中的有害物，以免污染大氣。根據(jù)不同性質(zhì)上的差異，可以開發(fā)出不同的分離方法。吸收操作僅為其中之一，它利用混合物中各組分在液體中溶解度或化學(xué)反應(yīng)活性的差異，在氣液兩相接觸時(shí)發(fā)生傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氣液混合物的分離。一般說(shuō)來(lái)，完整的吸收過(guò)程應(yīng)包括吸收和解

4、吸兩部分。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，原料氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體，保護(hù)環(huán)境等方面都要用到氣體吸收過(guò)程。填料塔作為主要設(shè)備之一，越來(lái)越受到青睞。二氧化硫填料吸收塔，以水為溶劑，經(jīng)濟(jì)合理，凈化度高，污染小。此外，由于水和二氧化硫反應(yīng)生成硫酸，具有很大的利用。本次化工原理課程設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的題目是：爐氣處理量為2410 m3/h爐氣吸過(guò)程填料吸收塔設(shè)計(jì)。本次任務(wù)為用清水吸收二氧化硫常壓填料塔。具體設(shè)計(jì)任務(wù)如下：1、爐氣冷卻到27，用18的清水吸收2、爐氣成分：空氣和二氧化硫3、二氧化硫的含量：0.04（摩爾分率）4、操作條件：壓力101.33 KPa；溫度 185、進(jìn)塔爐氣流量： 2410 m3

5、/h6、吸收率：96%7、操作時(shí)間：7200 h8、廠址：重慶地區(qū)第一章 緒論1.1吸收技術(shù)概況氣體吸收過(guò)程是化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作，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(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作。實(shí)際生產(chǎn)中，吸收過(guò)程所用的吸收劑常需回收利用，故一般來(lái)說(shuō)，完整的吸收過(guò)程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分，因而在設(shè)計(jì)上應(yīng)將兩部分綜合考慮，才能得到較為理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。作為吸收過(guò)程的工藝設(shè)計(jì)，其一般性問(wèn)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(jù)給定的分離任務(wù)，確定吸收方案；（2）根據(jù)流程進(jìn)行過(guò)程的物料和熱量衡算，確定工

6、藝參數(shù)；（3）依據(jù)物料及熱量衡算進(jìn)行過(guò)程的設(shè)備選型或設(shè)備設(shè)計(jì)；（4）繪制工藝流程圖及主要設(shè)備的工藝條件圖；（5）編寫工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書。1.2吸收設(shè)備的發(fā)展在吸收過(guò)程中，質(zhì)量交換是在兩相接觸面上進(jìn)行的。因此，吸收設(shè)備應(yīng)具有較大的氣液接觸面，按吸收表面的形成方式，吸收設(shè)備可分為下列幾類：（1）表面吸收器 吸收器中兩相間的接觸面是靜止液面（表面吸收器本身的液面）或流動(dòng)的液膜表面（膜式吸收器）。這類設(shè)備中的接觸表面在相當(dāng)大的程度上決定于吸收器構(gòu)件的幾何表面。這類設(shè)備還可分為以下幾種基本類型： 水平液面的表面吸收器：在這類吸收器中，氣體在靜止不動(dòng)或緩慢流動(dòng)的液面上通過(guò)，液面即為傳質(zhì)表面，由于傳質(zhì)表面不大，

7、所以次種表面吸收器只適用于生產(chǎn)規(guī)模較小的場(chǎng)合。通常將若干個(gè)氣液逆流運(yùn)動(dòng)的吸收器串聯(lián)起來(lái)使用。為了能使液體自流，可將吸收器排列成階梯式，即沿流體的流向，后一個(gè)吸收器低于前一個(gè)吸收器。水平液面的表面吸收器的效率極低，現(xiàn)在應(yīng)用已很有限。只有從體積量不大的氣體中吸收易溶組分，并同時(shí)需要散除熱量的情況下才采用它們。這類吸收器有時(shí)還用于吸收高濃度氣體混合物中的某些組分。 液膜吸收器：在液膜吸收器中，氣液兩相在流動(dòng)的液膜表面上接觸。液膜是沿著圓管或平板的縱向表面流動(dòng)的。已知有三種類型的液膜吸收器：列管式吸收器：液膜沿垂直圓管的內(nèi)壁流動(dòng)；板狀填料吸收器：填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的兩測(cè)流動(dòng)； 升膜式

8、吸收器：液膜向上（反向）流動(dòng)。目前，液膜吸收器應(yīng)用比較少，其中最常見的是列管式吸收器，常用于從高濃度氣體混合物同時(shí)取出熱量的易溶氣體（氯化氫，二氧化硫）的吸收。填料吸收器 填料吸收器是裝有各種不同形狀填料的塔。噴淋液體沿填料表面流下，氣液兩相主要在填料的潤(rùn)濕表面上接觸。設(shè)備單位體積內(nèi)的填料表面積可以相當(dāng)大，因此，能在較小的體積內(nèi)得到很大的傳質(zhì)表面。但在很多情況下，填料的活性接觸表面小于其幾何表面。 填料吸收器：填料吸收器一般作成塔狀，塔內(nèi)裝有支撐板，板上堆放填料層。噴淋的液體通過(guò)分布器灑向填料。在吸收器內(nèi)，填料在整個(gè)塔內(nèi)堆成一個(gè)整體。有時(shí)也將填料裝成幾層，每層的下邊都設(shè)有單獨(dú)的支撐板。當(dāng)填料分

9、層堆放時(shí)，層與層之間常裝有液體再分布裝置。在填料吸收器中，氣體和液體的運(yùn)動(dòng)經(jīng)常是逆流的。而很少采用并流操作。但近年來(lái)對(duì)在高氣速條件下操作的并流填料吸收器給予另外很大的關(guān)注。在這樣高的氣速下，不但可以強(qiáng)化過(guò)程和縮小設(shè)備尺寸，而且并流的阻力降也要比逆流時(shí)顯著降低。這樣高的氣速在逆流時(shí)因?yàn)闀?huì)造成液泛，是不可能達(dá)到的。如果兩相的運(yùn)動(dòng)方向?qū)ν苿?dòng)力沒(méi)有明顯的影響，就可以采用這種并流吸收器。填料吸收器的不足之處是難于除去吸收過(guò)程中的熱量。通常使用外接冷卻器的辦法循環(huán)排走熱量。通常使用外接冷卻器的辦法循環(huán)排走熱量。曾有人提出在填料層中間安裝冷卻元件從內(nèi)部除熱的設(shè)想，但這種結(jié)構(gòu)的吸收器沒(méi)有得到推廣。 機(jī)械液膜吸

10、收器：機(jī)械液膜吸收器可分為兩類。在第一類設(shè)備中，機(jī)械作用用來(lái)生成和保持液膜。屬于這一類的有圓盤式液膜吸收器。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到液面上方時(shí)，便被生成的液膜所覆蓋，吸收過(guò)程就在這一層液膜表面上進(jìn)行。圓盤的圓周速度為0.20.3米/秒。這種吸收器的傳質(zhì)系數(shù)與填料吸收器相近。第一類設(shè)備沒(méi)有什么明顯的優(yōu)點(diǎn)，并由于有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的存在而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，同時(shí)還增加了能量消耗。因此這類設(shè)備沒(méi)有得到推廣。第二類設(shè)備的實(shí)用意義較大。在這類設(shè)備中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)用來(lái)使兩相混合，促使傳質(zhì)過(guò)程得到強(qiáng)化。這種設(shè)備稱之為“轉(zhuǎn)子液膜塔”，常用于熱穩(wěn)定性較差物質(zhì)的精餾。顯然，這種設(shè)備也可用于吸收操作。（2）鼓泡吸收器在這種吸收器中，接觸表面是隨

11、氣流而擴(kuò)展。在液體中呈小氣泡和噴射狀態(tài)分布。這樣的氣體運(yùn)動(dòng)（鼓泡）是以其通過(guò)充滿液體的設(shè)備（連續(xù)的鼓泡）或通過(guò)具有不同形式塔板的塔來(lái)實(shí)現(xiàn)。在充填填料的吸收器中，也可看到氣體和液體相互作用的特征。這一類吸收器也包括以機(jī)械攪拌混合液體的鼓泡吸收器。鼓泡吸收器中，接觸表面是由流體動(dòng)力狀態(tài)（氣體和液體的流量）所決定的。（3）噴灑吸收器噴灑吸收器中的接觸表面是在氣相介質(zhì)中噴灑細(xì)小液滴的方法而形成的。接觸表面取決于流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)（液體流量）。這一類的吸收器有：吸收器中液體的噴灑是用噴霧器（噴灑或空心的吸收器）；用高速氣體運(yùn)動(dòng)流的高速并流噴灑吸收器；或用旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的機(jī)械噴灑吸收器。在這些不同形式的設(shè)備中，

12、現(xiàn)在最通用的是填料及鼓泡塔板吸收器。1.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用在化工生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)物粗產(chǎn)品等幾乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，為進(jìn)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(tài)的物質(zhì)。對(duì)于均相物系，要想進(jìn)行組分間的分離，必須要造成一兩個(gè)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(gè)組分（或某些組分）從一相轉(zhuǎn)移到另一相，以達(dá)到分離的目的。物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過(guò)程稱為物質(zhì)傳遞過(guò)程。吸收單元操作是化學(xué)工業(yè)中常見的傳質(zhì)過(guò)程。氣體的吸收在化工生產(chǎn)中主要用來(lái)達(dá)到以下幾種目的：(1)分離混合氣體以獲得一定的組分。例如用硫酸處理焦?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

13、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。(2)除去有害組分以凈化氣體。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)制備某種氣體的溶液。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)保護(hù)環(huán)境。例如：電廠的鍋爐尾氣含二氧化硫。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。(5)用液體吸收氣體獲得半成品或成品。例如：用水吸收氯化氫制取鹽酸；在硫酸生產(chǎn)中SO3吸收；用水或堿溶液吸收氮氧化物生產(chǎn)硝酸或硝酸鹽。這類吸收，吸收后就不再進(jìn)行解吸了。(6)從氣體混合物中回收有價(jià)值的組分。為了防止有價(jià)

14、值組分的損失并污染環(huán)境，例如：易揮發(fā)性溶劑如醇、酮、醚等的回收。在吸收過(guò)程中，傳質(zhì)是在兩相接觸表面上進(jìn)行的。吸收設(shè)備應(yīng)具有較大的氣液接觸表面，按吸收表面的形成方式，吸收設(shè)備有表面吸收器（如填料吸收塔）、鼓泡吸收器（如不同形式的板式塔）、以及噴灑吸收器（如噴灑或空心吸收器）等三類。本設(shè)計(jì)中采用填料吸收塔。第二章 設(shè)計(jì)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(zhì)。選擇吸收劑時(shí)在，主要考慮以下幾點(diǎn)：(1) 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。 (2) 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

15、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。 (3) 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。 (4) 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。（5）易再生 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，平衡分壓要小；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。 (6) 其它 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)

16、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。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，采用清水為吸收劑。2.2 吸收流程的選擇 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。 (1) 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)，這樣的吸收稱為多組分吸收。 (2) 物理吸收

17、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。 (3) 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)。 (4) 等溫吸收與非等溫吸收: 氣體溶質(zhì)溶解于液體時(shí)，常由于溶解熱或化學(xué)反應(yīng)

18、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。 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(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。（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(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。并流操作通常用于以下情況：當(dāng)

19、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。（3）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。（4）多塔串聯(lián)操作 若設(shè)計(jì)的填料層高度過(guò)大

20、，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。（5）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?2.3對(duì)填料的要求填料塔對(duì)填料的要求具體表現(xiàn)在

21、以下幾個(gè)方面：(1)比表面積a要大，比表面積a是指單位堆積體積填料所具有的表面積； (2)能提供大的流體流量，即所選用的結(jié)構(gòu)填料要敞開，使于死角區(qū)域的空間小，有效空隙率大； (3)液體的再分布性能要好；(4)填料要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，尤其是非金屬填料；(5)價(jià)格低廉； 2.4填料的種類和特性工業(yè)填料按形狀和結(jié)構(gòu)分為顆粒填料和規(guī)整填料：(一)顆粒填料一般為濕法亂堆或干法亂的散裝填料。主要有以下類型：拉西環(huán)填料，鮑爾環(huán)填料，階梯環(huán)填料等環(huán)形填料；弧鞍形填料，環(huán)矩鞍填料等鞍形填料等。(二)規(guī)整填料以一定的幾何形狀，整齊堆砌，工業(yè)用多為波紋填料，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、傳質(zhì)效率高、處理量大，但不易處理粘度大或

22、有懸浮物的物料，且造價(jià)高。綜合考慮上述因素，此次設(shè)計(jì)過(guò)程我選擇階梯環(huán)填料。2.5填料尺寸填料尺寸直接影響塔底操作和設(shè)備投資。實(shí)踐證明，塔徑（D）與填料外徑（d）之比值有一個(gè)下限值，若徑比低于此下限值時(shí)，塔壁附近的填料空隙率大而不均勻，氣流易短路及液體壁流等現(xiàn)象劇增。各種填料的徑比的下限：拉西環(huán) 2030 （最小不低于810）鮑爾環(huán) 1015 （最小不低于8）階梯環(huán) 15 （最小不低于8）對(duì)一定塔徑，滿足徑比下限的填料可能有幾種尺寸，應(yīng)綜合考慮填料性能及經(jīng)濟(jì)因素選定。一般推薦:D300時(shí)，選25的填料；時(shí)，選2538的填料。時(shí)，選用的填料。但一般大塔中常用的填料，但通量的提高不能補(bǔ)償成本的降低。

23、2.6填料材質(zhì)的選擇填料材質(zhì)根據(jù)物系的腐蝕性，操作溫度，材質(zhì)的耐腐蝕性并綜合考慮填料性能及經(jīng)濟(jì)因素來(lái)選擇。(1)陶瓷 具有耐腐性及耐熱性，但質(zhì)脆、易碎，價(jià)格便宜。(2)金屬 金屬材質(zhì)主要有碳鋼，不銹鋼，鋁和鋁合金等。(3)塑料 主要包括聚丙烯、聚乙烯、 聚氯乙烯等，塑料耐腐蝕性、耐低熱性好，但具有冷脆性，表面潤(rùn)濕性較差。一般講，操作溫度較高但無(wú)顯著腐蝕性時(shí)，選用金屬填料；溫度較低選用塑料填料；物系具有腐蝕性、操作溫度高，宜采用陶瓷填料。考慮到本設(shè)計(jì)是利用清水吸收SO吸收液顯弱酸性，有一定的腐蝕性，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)的合理性及吸收的效率，故選用聚乙烯階梯環(huán)。第三章 工藝計(jì)算已知數(shù)據(jù)整理記錄：3.1

24、基礎(chǔ)物性計(jì)算 3.1.1 液相物性計(jì)算對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似的取純水的物性數(shù)據(jù)。查手冊(cè)得，18時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度： 粘度： 表面張力： 3.1.2 氣相物性計(jì)算 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為： 混合氣體的平均密度： 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)得27空氣的粘度： 查手冊(cè)得SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為：3.1.3 氣液平衡的關(guān)系由若干氣體水溶液的亨利系數(shù)表查得18查得SO2在水中的亨利系數(shù)E=3.55×103 KPa相平衡常數(shù) 溶解度系數(shù)為 H = 3.2吸收劑用量及操作線的確定3.2.1吸收劑用量的確定（1）最小吸收劑用量最小液氣比：進(jìn)塔惰性氣體

25、流量為V：對(duì)于純?nèi)軇┪眨M(jìn)塔液相組成為 （2）吸收劑用量：3.2.2操作線的確定對(duì)逆流操作吸收塔在任一截面m-n與塔頂間列物料衡算： 既： 3.3塔徑計(jì)算3.3.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)速率：氣相質(zhì)量流量為： 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算即 由貝恩霍根關(guān)聯(lián)式查表5-10 可知： A=0.204 K=1.75在此設(shè)計(jì)中我選擇的是d=50mm的塑料階梯環(huán)，查化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明指導(dǎo)書表3.1 階梯環(huán)特性： 表3.1 階梯環(huán)特性（亂堆）材材質(zhì)外徑高*厚比表面積空隙率個(gè)數(shù)堆積密度干填料因子填料因子塑塑料2517.5x1.42280.98150097.83132403819x1.0

26、132.50.912720057.5175.61305030x1.5121.80.915998076.815980金金屬3819x0.81400.958289001591591615025x1.01140.94912500377133137可知： 3.3.2操作氣速填料塔塔徑的大小是根據(jù)生產(chǎn)能力與空塔氣速來(lái)計(jì)算。空塔氣速有下面經(jīng)驗(yàn)公式： 取3.3.3塔徑計(jì)算由公式：3.3.4噴淋密度U校核單位時(shí)間內(nèi)每立方米塔截面上的吸收劑用量：最小噴淋密度：由于 3.3.5單位高度填料層壓降的校核查表39壓降填料因子查的圖1. 埃克特通用關(guān)聯(lián)圖3.4填料層高度計(jì)算3.4.1傳質(zhì)系數(shù)的計(jì)算（1）有效面積（潤(rùn)濕面

27、積）查化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3.2填料材質(zhì)的臨界表面張力聚乙烯=33dyn/cm;表3.2 填料材質(zhì)的臨界表面張力值材質(zhì)鋼陶瓷聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯玻璃涂石蠟的表面dyn/cm75613333407320查化工原理上冊(cè)（夏清 陳常貴）(天津大學(xué)出版社) 附錄（331頁(yè)）中水的物理性質(zhì)中水的表面張力=73.05mN/m （化工原理附錄1單位換算因子中知：，所以，所以）查化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明指導(dǎo)書表3-3 階梯環(huán)特性，可知：,水的粘度： 查化工原理下冊(cè)（夏清 陳常貴）（95頁(yè)）表2-4一些元素的原子體積與簡(jiǎn)單氣體的分子體積中查=44.8cm/mol, =29.9cm/mol, =8cm/mol；已

28、知：.=（2）液相傳質(zhì)系數(shù)k18下SO在水中的擴(kuò)散系數(shù)由=0.0095得：（3）氣相傳質(zhì)系數(shù)由于空氣中SO含量很低，所以氣體粘度近似為空氣粘度，查化工原理上冊(cè)（夏清 陳常貴）(天津大學(xué)出版社) 附錄6（330頁(yè)）中:下空氣的粘度為由 查表3.3常見填料的形狀系數(shù)得表3.3 常見填料的形狀系數(shù)填料類型球形棒形拉西環(huán)弧鞍開孔環(huán)值0.720.7511.191.45則由于所以需要校正。則3.4.2填料高度的計(jì)算塔高： 傳質(zhì)單元高度：傳質(zhì)單元數(shù): 所以： 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層的設(shè)計(jì)高度一般為對(duì)于階梯環(huán)填料，建議分段高度得條件為取，則計(jì)算得填料高度為7000mm，故在本設(shè)計(jì)中不需要分層。3.5填料塔附屬高

29、度計(jì)算塔上部空間高度可取1.2m,塔底液相停留時(shí)間按1min考慮,則塔釜所占空間高度為塔底儲(chǔ)存液體的高度取1.2m，氣體分配器至塔底液面高度取1m。所以總附屬高度為3.4m。所以塔高為3.6塔內(nèi)件計(jì)算與選擇液體分布器選型該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較小，故選用槽式液體分布器。布液孔數(shù)按Eckert建議值，時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為120點(diǎn)布液點(diǎn)數(shù)為點(diǎn)按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：二級(jí)槽共八道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為75，槽高度為210，兩槽中心距為150。分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)點(diǎn)。3.6.3塔底液體保持管高

30、度液體保持管高度:取布液孔直徑為10mm,則液體保持管高度可由式k為孔流系數(shù),其值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定;在雷諾數(shù)大于1000的情況下,可取0.60-0.62,液位高度的確定應(yīng)和布液孔徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),使各項(xiàng)參數(shù)均在一定范圍內(nèi). 在200mm-500mm之間,符合要求3.6.4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(zhì)量，同時(shí)起著氣液流道及其體均布作用。故要求支撐板上氣液流動(dòng)阻力太大，將影響塔的穩(wěn)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(guò)的平板支撐板，板上有篩孔或?yàn)闁虐迨剑涣硪活愃箽怏w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

31、撐板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但自由截面分率小，且因氣液流同時(shí)通過(guò)板上篩孔或柵縫，故板上存在液位頭。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(jié)構(gòu)強(qiáng)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(fù)荷較大，其應(yīng)用日益受到重視。當(dāng)塔內(nèi)氣液負(fù)荷較大或負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動(dòng)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(shè)壓板或床層限制板。3.6.5填料壓板與床層限制板填料壓板系藉自身質(zhì)量壓住填料但不致壓壞填料；限制板的質(zhì)量輕，需固定于塔壁上。一般要求壓板或限制板自由截面分率大于70。3.6.6氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體

32、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。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)出口氣速可取0.81.5m/s（必要時(shí)可加大些）管徑依

33、氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)定進(jìn)行圓整.3.6.7塔頂除霧器由于氣體在塔頂離開填料塔時(shí)，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液相，經(jīng)常需要在頂設(shè)置除沫器。常用的除沫器有以下幾種：折流板式除沫器，它是一種利用慣性使液滴得以分離的裝置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器，由幾塊固定的旋流板片組成，氣體通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，造成一個(gè)離心力場(chǎng)，液滴在離心力作用下，向塔壁運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了氣液分離。適用于大塔徑凈化要求高的場(chǎng)合。絲網(wǎng)除沫器，它由金屬絲卷成高度為100-150的盤狀使用。安裝方式多種多樣，氣體通過(guò)除霧沫器的壓強(qiáng)降約為120-250Kp，絲網(wǎng)除沫器的直徑由氣體通過(guò)絲網(wǎng)的最大氣速?zèng)Q定14。根據(jù)本吸收特點(diǎn)及要求

34、，本吸收操作選用金屬絲網(wǎng)除沫器。絲網(wǎng)除霧器的設(shè)計(jì)計(jì)算如下:3.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)的計(jì)算吸收塔的壓力降（1）填料壓力降氣體通過(guò)填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算其中橫坐標(biāo)為查表39壓降填料因子查的填料層壓力降吸收塔的泛點(diǎn)率吸收塔操作氣速為0.7751m/s ，泛點(diǎn)氣速為1.2918m/s 所以泛點(diǎn)率為該塔的泛點(diǎn)率合適氣體動(dòng)能因子吸收塔內(nèi)氣體動(dòng)能因子為氣體動(dòng)能因子在常用的范圍內(nèi)。第四章 輔助設(shè)備的選型4.1管徑的選擇氣相體積流量；液相體積流量；1、進(jìn)液管管徑：由于清水無(wú)腐蝕性故可選擇無(wú)縫鋼管（GB8163-87）,取， 核算u：，滿足條件。2、出液口管徑：由于本吸收操作中SO在空氣中含量

35、極低故吸收液吸收前后密度變化不大，故出液口管徑仍取3、進(jìn)氣口管徑：由于SO遇水呈弱酸性故對(duì)管道有腐蝕所以選取無(wú)縫不銹鋼管（GB/T14976-94）進(jìn)氣管進(jìn)氣為常壓進(jìn)氣， 采用直管進(jìn)料，取氣速4、出氣管管徑由于本吸收操作中SO在空氣中含量極低故吸收前后氣體體積變換不大，故管徑仍取4.2泵的選取：由于輸送清水，故泵可選清水泵。由化工原理（上）知可選取IS-125-100-200型泵。泵特性參數(shù)：;核算軸功率：；故泵的選取符合要求；4.3風(fēng)機(jī)的選型：輸送氣體SO可選離心通風(fēng)機(jī)；由伯努利方程可得：， 故可選用4-72-118C型離心通風(fēng)機(jī)，其特性參數(shù)為：。第五章 關(guān)于填料塔設(shè)計(jì)的選材本設(shè)計(jì)填料塔的設(shè)

36、計(jì)溫度為18，設(shè)計(jì)壓力位101.33kPa；由于塔設(shè)備常年暴露在室外，要求有足夠的強(qiáng)度和塑度，所以筒體，封頭和塔裙選用合金鋼，其它部件選用的鋼材制成。塔設(shè)備的筒體不包括腐蝕度的最小厚度要求內(nèi)徑不小于4mm；綜上所述，筒管厚度為10mm，根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)查D=1200mm、，可知橢圓形封頭的厚度為12mm。第六章 討論與總結(jié)對(duì)吸收單元的操作型設(shè)計(jì)與計(jì)算，在工業(yè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用，要求也很嚴(yán)格，設(shè)計(jì)必須遵守合理性、先進(jìn)性、可靠性。為使化工生產(chǎn)更加便捷，操作費(fèi)用低廉，對(duì)吸收劑的合理選擇以及有些工藝材質(zhì)需要加以改進(jìn)，如塔填料。同時(shí)也要注意相關(guān)附屬設(shè)備的選擇，如選泵，要從多方面考慮，管道的直徑、管中流速、流量等。（1）對(duì)吸收劑的討論：吸收酸性氣體SO2還可用稀堿液如氫氧化鈉、氨水等，稀堿液可用于生產(chǎn)副產(chǎn)品等場(chǎng)合，但在苯設(shè)計(jì)中無(wú)需生產(chǎn)相關(guān)的副產(chǎn)品；稀堿液相對(duì)于清水的價(jià)格較高并且對(duì)設(shè)備有一定的腐蝕作用，并且在吸收過(guò)程中易發(fā)泡，影響操作；而清水做吸收劑不易揮發(fā)、粘度小，不易發(fā)泡，具有良好的流動(dòng)性能和分布性能；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，無(wú)毒、無(wú)易燃易爆性，對(duì)設(shè)備幾乎無(wú)腐蝕性并且廉價(jià)易得。故綜合考慮后，選擇清水做吸收劑最為合適。（2）對(duì)填料的討論