1、(一)設(shè)計方案的確定用水吸收S02,為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收過程。因用水作 為吸收劑，且S02不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?二)填料的選擇該系統(tǒng)不屬于難分離的系統(tǒng)，操作溫度及壓力較低，可采用散裝 填料，系統(tǒng)中有SQ,有一定的腐蝕性，故考慮選用塑料鮑爾環(huán), 由于系統(tǒng)壓降無特殊要求，考慮到不同尺寸鮑爾環(huán)的傳質(zhì)性能選 用Dg38塑料鮑爾填料。(三)設(shè)計步驟本課程設(shè)計從以下幾個方面的內(nèi)容來進行設(shè)計吸收塔的物料衡算；填料塔的工藝尺寸計算；主要包括：塔徑，填料層高度， 填料層壓降；設(shè)計液體分布器及輔助設(shè)備的選型；繪制有關(guān)吸收操作圖紙。(四)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1、液相的物性數(shù)據(jù)對于低濃度的吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可

2、以近似取水的物性數(shù) 據(jù)，由手冊查得，20c時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度=998.2 kg/m3粘度5=0.001 Pa s=3.6 kg/(m - h)學(xué)海無涯，知識無盡頭!表面張力2；=L =73 dyn/cm=940 896 kg/hS02在水中的擴散系數(shù)-52-62DL =1.47X10 cm /s=5.29 x 10 m/h2、氣相的物性數(shù)據(jù)混合氣體的平衡摩爾質(zhì)量M =0.04X 64.06+0.96 X 29=30.40 g/mol混合氣體的平均密度-1013 30.403：G=1.222 kg/m8.314x (273 + 3。混合氣體的粘度可以近似取空氣的粘度，查手冊20c時空

3、氣的粘 度為Ng=1.81 x 10-5 Pa s=0.065 kg/(m h)查手冊得SC2在空氣中的擴散系數(shù)為22DG =0.108 cm /s =0.039 m/h3、氣液相平衡數(shù)據(jù)查手冊，常壓下20c時：S02在水中的亨利系數(shù)3_E=3.55X 1O kPa相平衡常數(shù)為m =E=3.55X 103/101.3=35.04溶解度系數(shù)H =998.2/3.55X 103/18.02=0.0156 kmol/hEMl4、填料的填料因子及比表面積數(shù)據(jù)泛點填料因子F =184 /m學(xué)海無涯，知識無盡頭!壓降填料因子P =114 /m比表面積1 t =151 m2/m3填料臨界表面張力2二 C=3

4、3 dyn/cm=427680 kg/h(五)物料衡算進塔氣相摩爾比出塔氣相摩爾比、2Yiy11 f0.041 -0.04= 0.042y2出塔氣相摩爾比、2Yiy11 f0.041 -0.04= 0.042y20.00151 -y21 -0.0015-3= 1.5X10進塔惰性氣相流量3500273G = (1 -0.04) =135.15 kmol/h22.4 273 30吸收過程屬于低濃度吸收，最小液氣比可按下式計算L、二，G)min 一丫 m-X2對于純?nèi)軇┑奈者^程，進塔液相組成為:X2=0L Y -丫2G)min丫 m-X2一一 一 ,一 一 一30.042-1.5 10=33.7

5、90.042 35.04-0取液氣操作比為1.5=1.5(L)min =1.5父33.79 = 50.685L=G 50.685 = 135.15 50.685 = 6850.08kmol/h學(xué)海無涯，知識無盡頭!塔底吸收液組成Xi：G(Y -丫2)= L(X1 -X2)XiG(Y *135.15 (0.042 -1.5 10)XiG(Y *135.15 (0.042 -1.5 10)6850.08= 8.0 104表1 ：氣相進出組成組成進口氣體出口氣體kg /h分數(shù) %kmol/ h摩爾 分數(shù) %kg / h質(zhì)量 分數(shù) %kmol / h摩爾 分數(shù) %空氣3919.3591.57135.1

6、5963919.3597.22135.1595.96S02360.668.435.63413.450.330.210.15H2O98.752.455.483.89S4280100140.781004031.55100140.84100表2:液相進出組成組成進口液體出口液體kg / h質(zhì) 量 分 數(shù) %kmol / h摩 爾 分 數(shù) %kg /h分數(shù) %kmol / h摩爾 分數(shù) %h2o123438.41006850.0810 0123339.799.726844.6099.92S02351.050.285.480.08E123438.41006850.0810 0123690.7510068

7、50.08100學(xué)海無涯，知識無盡頭!（六）填料塔工藝尺寸的計算1、塔徑的計算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速G=3500 1.222 = 4277kg / h液相的質(zhì)量流量（可以近似用純水的流量計算）L =6850.8 18.02 = 123438.4kg/h參照Eckert通用關(guān)聯(lián)圖0.8060.402040 060 040020CI O.OOS0.0060.0040.0020.0010,010.020 04 0.06 PJ 0.2 0.3 0.4 O 6 0.S 123 4 5 6 S 100.03 OOfl 0.0B知給學(xué)海無涯，知識無盡頭!圖1:填料塔泛點和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖（引

8、自化工原理） 圖中U0空塔氣速，m /s；小一一濕填料因子，簡稱填料因子，1/m；山 水的密度和液體的密度之比；2g重力加速度，m /s ;w、更一一分別為氣體和液體的密度，kg /m3；wv、wl分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg /so此圖適用于亂堆的顆粒形填料，如拉西環(huán)、弧鞍形填料、矩鞍形 填料、鮑爾環(huán)等，具上還繪制了整砌拉西環(huán)和弦柵填料兩種規(guī)整 填料的泛點曲線。對于其他填料，尚無可靠的填料因子數(shù)據(jù)。 橫坐標(biāo)為（為（%產(chǎn)=（1234384）（1222產(chǎn)=1.01G L4277998.2查Eckert通用關(guān)聯(lián)圖，縱坐標(biāo)為0.025 即2 -UF F Jj2 =0.025 g :l L表3 :

9、散裝填料泛點填料因子平均值填料類型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾環(huán)410一117160一金屬環(huán)矩鞍一170150135120金屬階梯環(huán)一一160140一塑料鮑爾環(huán)55028018414092塑料階梯環(huán)一260170127一瓷矩鞍1100550200226一瓷拉四環(huán)1300832600410一查得:學(xué)海無涯，知識無盡頭!Uf0.025g ：lF；：?GJL0.20.025 9.81 998.2 .184 1 1.222 10.2=1.04m/s取空塔氣速為泛點氣速的Uf0.025g ：lF；：?GJL0.20.025 9.81 998.2 .184 1 1.22

10、2 10.2=1.04m/s取空塔氣速為泛點氣速的0.65倍，則:u0 =0.65uf =0.65 1.04 =0.68m/s塔徑圓整塔徑校核泛點率校核3500 36001 二 1.42 4=0.63m/suUF0.63 100% =60.58%1.04填料規(guī)格校正液體噴淋密度校核D 1400 d - 38= 36.84 8取最小濕潤速率為3 ，(Lw)min = 0.08m /m hUmin =(Lw)min 1 t =151 0.08 = 12.08m3/m - h,123438.4/998.2= 80.37 UminU= 80.37 Umin二 1.42 4經(jīng)以上校核，填料塔直徑選用 D

11、=1400mm合理學(xué)海無涯，知識無盡頭!2、填料層高度的計算*_4丫 =mX1 =35.04 8 10 一 =0.0280一* - -丫2 = mX2 = 0脫吸因數(shù)mG35.04 135.156850.08= 0.691mG35.04 135.156850.08= 0.691氣相總傳質(zhì)單元數(shù)Nogln(1-S)* 丫-丫2* 丫Nogln(1-S)* 丫-丫2* 丫2 -丫2S11 -0.691ln(1 -0.691)0.042 -03 T1.5 10 -00.691 = 7.232氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算 液體的質(zhì)量通量=80227.74kg/(m3=80227.74kg

12、/(m3 h)Ul TOC o 1-5 h z 121.4 4表4:常見材質(zhì)的臨界表面張力值材質(zhì)碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯鋼石蠟表向張力，mN /m56617333407520 TOC o 1-5 h z 22曳=1 - expL/l)0.，4)0*%)0.2at二 L ：t： L g；LCL：t一 2產(chǎn)33、0.75,80227.74 必，80227.74 151、q.05,80227.74產(chǎn)=1 exp- 1.45( 一)()(；)(73151 3.6998.22 1.27 108998.2 940896 151=0. 596學(xué)海無涯，知識無盡頭!二 w -0.596： t =0.596 15

13、1 =89.996氣膜吸收系數(shù)如下計算:23吠)0.7(_2)13(:GDG，atDGRT氣體的質(zhì)量通量為113500 1.222U113500 1.222UG1.4 4=2779.79kg/m2 hkG =0.237 (2779.79 嚴(0.065)i 3151 0.039151 0.0651.222 0.0398.314 kG =0.237 (2779.79 嚴(0.065)i 3151 0.039151 0.0651.222 0.0398.314 (273 20)=0.0331液膜吸收系數(shù)如下計算:kL =0.0095(Ul)2 3() 1 2(Lg )1 3：lDl：L= 0.009

14、5 (80227.7489.996 3.6)23(3.6998.2 5.29 10 上)42(3.6 1.27 10998.28_)1 3= 1.106m/hkG - -kG：-w；：1.1表5:常見填料塔的形狀系數(shù)填料類型球形棒形拉四環(huán)弧鞍開孔環(huán)W值0.720.7511.191.45學(xué)海無涯，知識無盡頭!查表 =1.45.1.1kG 二二kG；w： 11查表 =1.45.1.1kG 二二kG；w： 11= 0.0331 89.996 1.45 .=4.483 kmol/(m 3 - h - kPa)k=ki_：w：0.4-1.106 89.996 1.450.4= 115.485 1/huU

15、f= 60.58% 50%kGi =1 9.5(- -0.5)1.4kG：Uf-1 9.5 (0.6058 -0.5)1.4 4.483= 6.318u2 2kL： =1 2.6( - -0.5) . kL：Uf二1 2.6 (0.6058 -0.5)2.2 115.485= 117.63 1/hKg 二1kG： HkL;16.318 0.0156 117.63學(xué)海無涯，知識無盡頭!3= 1.422kmol /m h kPaH _G_ GH OGKY： A Kg： PA135.15121.422 101.3 二 1.44-0.601mZ =HOGN0G =0.601 7.232 = 4.346

16、m取安全系數(shù)為1.25,則：Z=1.25 4.346 = 5.65m所以，設(shè)計填料塔的高度為5.7m表6：散裝填料分段高度推薦值填料類型h/DHmax/m拉西壞2.50 4矩鞍58 6鮑爾環(huán)510 6階梯環(huán)815 6環(huán)矩鞍515W 6對于鮑爾環(huán)境料，9510, hmaxMh=5X 1400=7000 mm5700mm120042按Eckert建議值，因該塔液相負荷較大，設(shè)計取噴淋點密度為學(xué)海無涯，知識無盡頭!120 點/m2 。n=0.785 X1. 42X1 20=184.6 185 點（3）布液計算由重力型液體分布器布液能力計算由 Ls =：d02n2g H式中Ls液體流量，m3/s ;n

17、開孔數(shù)目（分布點數(shù)目）；小一一孔流系數(shù)，通常取 小=0.550.60 ;d0孔徑，m H開孔上方的液位高度，m.取4=0.60, AH =160mm,/054Ls d0 二 巾/ （nn%2gAH ,0.5I 4M 123438.4/998.2 父 3600= 二13.14父185M0.6乂 J2M9.81 父0.16 J= 0.015m設(shè)計取d0 =15mm液體分布器的安裝一般高于填料層表面150300 mm蝕決于操作彈性），槽式分布器主槽分槽高度均取210mm主槽寬度為塔徑的 0.70.8，這里取塔徑的0.7 ,分槽寬度由液體量及停留時間確定， 最低液位為50mncfc宜，最高液位由操作彈

18、性塔內(nèi)允許高度及造價 確定，一般為200 mm左右。3、填料支承裝置填料支承結(jié)構(gòu)用于支承塔內(nèi)填料及其所持有的氣體和液體的重量學(xué)海無涯，知識無盡頭!之裝置。對填料的基本要求是：有足夠的強度以支承填料的重量提供足夠的自由截面以使氣液兩相流體順利通過，防止在此產(chǎn)生 液泛；有利于液體的再分布；耐腐蝕，易制造，易裝卸等。常用 填料支承板有柵板式和氣體噴射式。這里選用氣液分流型支承裝 置，氣體在支承的上部噴射出，而液體在支承的下部流出，氣液 各行其道，不必在同一孔中逆流通過。4、填料床層定位器為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或者跳動，需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置。對于塑料散裝填料，本設(shè)計選用床層

19、定位器。5、氣體和液體的進出口裝置管道的公稱 7580 90100120130140160185205235260315通徑(1)氣體和液體的進出口直徑的計算Vs為流體的體積流量，吊/su為適宜的流體流速，m/s .常壓氣體進出口管氣速可取1020m/s；液體進出口速度可取0.81.5 m/s選氣體流速為15 m/s由V=3500/3600=0.972 m3/s代入上公式得d=287.2mm圓整之后，氣體進出口管徑為 d=288mm選液體流速為2.0 m/s ,由學(xué)海無涯，知識無盡頭!VS=6850.08 X 18.02 / (3600X 998.2 ) =0.034mi/s代入上公式得d=1

20、48 mm圓整之后液體進出口管徑為d=150mm(2)底液出口管徑：選擇d= 75 mm(3)泵的選型由計算結(jié)果可以選用：IS100-80-125型的泵(4)塔附屬高的確定塔的附屬空間高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器 和液體再分度器所需的空間高度，塔的底部空間高度以及塔的群 坐高度。塔的上部空間高度是指塔填料層以上，應(yīng)有一足夠的空 間高度，以使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來，該高度 一般取1.2-1.5。安裝液體再分布器所需的塔空間高度依據(jù)所用 分布器的形式而定一般需要1-1.5m的高度。塔的底部空間高度是指塔底最下一塊塔板到塔底封頭之間的垂直 距離。該空間高度含釜液所占的高

21、度及釜液面上方的氣液分離高 度的兩部分。釜液所占空間高度的確定是依據(jù)塔的釜液流量以及 釜液在塔內(nèi)的停留時間確定出空間容積，然后根據(jù)該容積和塔徑 計算出塔釜所占的空間高度。塔底液相液相停留時間按1min考慮，則塔釜液所占空間為=1.34m1 60 =1.34m20.785 3600 998.2 1.42考慮到氣相接管所占的空間高度，底部空間高度可取1.5考慮到氣相接管所占的空間高度，底部空間高度可取1.5米，所以總塔高取10.38m。(5)人孔學(xué)海無涯，知識無盡頭!公稱壓力公稱直徑密封向型標(biāo)準號常壓450 mm平囿（FS）HG21515-95（八）設(shè)計結(jié)果匯總課程設(shè)計 名稱水吸收SO填料吸收塔的

22、設(shè)計操作條件操作溫度20攝氏度操作壓力：常壓物性數(shù)據(jù)液相氣相液體密度998.2kg/m3混合氣體平均 摩爾質(zhì)量30.40kg/kmol液體粘度3.6kg/(m h)混合氣體的平 均密度1.222.,3 kg/m液體表向張 力940896混合氣體的粘 度0.065kg/(m h)SO在水中 的擴散系數(shù)_ -65.29 X10m/hSO在空氣中的 擴散系數(shù)0.039吊/h重力加速度1.27 X 108m/h氣相平衡數(shù)據(jù)SO在水中的亨利系數(shù) E相平衡常數(shù)m溶解度系數(shù)H3.55 X 103 kpa35.040.0156kmol/kPam3物料翻算數(shù)據(jù)Yi丫2X1X2氣相流量G液相流量L最小液氣 比操作液氣比0.0421.5 X 10-3-48X 100135.15 kmol/ h6850.08 kmol/ h33. 7950.685工藝數(shù)據(jù)氣相質(zhì)里 流里液相質(zhì)量流量塔徑氣相總 傳質(zhì)單 元數(shù)氣相總 傳質(zhì)單 兀（Wj度填料層圖 度填料層壓降學(xué)海無涯，知識無盡頭!4277123438.41.4m7.2320.601m5.7m588.64pa填料塔附件除沫器液體分布器填料限定裝置填料支承板絲網(wǎng)式床層限制版氣液分流型三、主要符號說明at填料的總比表面積，m2/m3aw填料的潤濕比表面積，mVm3d填料直徑，mD塔徑，m；dl液體擴散系數(shù)，m/s ；Dv氣