课程设计-填料吸收塔工艺设计

XUZHOUCOLLEGEOFINDUSTRIALTECHNOLOGY填料吸收塔课程设计说明书专业化学制药班级制药112姓名陈珊班级学号1132104204指导老师刘郁日期20130410成绩目录摘要1第一章前言211填料塔的结构原理及其应用2（1）结构原理2（2）填料塔的应用312吸收操作原理313吸收技术的应用414工业吸收塔应具备以下基本要求5第二章用清水吸收炉气中的二氧化硫621任务及操作条件622吸收工艺流程的确定6第三章设计方案的选定7一、布置工艺流程711气体吸收的分类712吸收操作的选择7二、吸收剂的选择821选择的依据822工业上常用的吸收剂8三、填料的选择931填料的类型10散装填料10拉西环10鲍尔环10阶梯环11金属环矩鞍填料11瓷矩鞍填料11规整填料12格栅填料13波纹填料13四、填料选用准则13五、填料规格的选择13第四章吸收塔的工艺计算1541基础物性数据15411液相物性数据15412气相物性数据15413气液相平衡数据1542物料衡算16421操作线方程1743填料塔的工艺尺寸的计算17431空塔气速的确定17432液体喷淋密度的求法19433传质单元高度计算20434传质单元数的计算23435填料层高度2344填料层压降的计算2445液体分布器计算26451液体分布器26452液体分布器简要设计264521液体分布器的选型264522分布点密度计算264523布液计算2746其他附属塔内件的选择28461多孔型液体分布器28462直管式多孔分布器28463排管式多孔分布器28464填料支撑板29465填料压板与床层限制板29466气体进出口装置与排液装置29五、设计结果汇总31六、主要符号说明32七、总结34参考文献35摘要吸收是分离气体混合物的单元操作。吸收过程是利用气体混合物中各个组分在液体（吸收剂）中的溶解度不同，来分离气体混合物的操作。吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。但由于填料塔具有结构简单、生产能力大、分离效率高、压降小、持液量小、操作弹性大、阻力小、加工容易、吸收效果好等优点，因此在各个领域中应用广泛。填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。为了强化生产，提高气流速度，使在乳化状态下操作时，称乳化填料塔或乳化塔EMULSIFYINGTOWER。本设计任务是25清水吸收其中的二氧化硫。对于气体的吸收应该采用气液传质设备的填料塔，因为它具有较高的比表面积。用水吸收其中的二氧化硫属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。陶瓷填料（瓷环）具有优异的耐酸耐热性能、能耐除氟氧酸以外的各种酸、碱的腐蚀。陶瓷填料可用于化工、冶金、制酸、煤气、制氧、钢铁、制药、精细化工等行业的洗涤塔、冷却塔、回收再生塔、脱硫塔、干燥塔、吸收塔及反应器的内衬。瓷环包括三Y环、拉西环、十字隔板环、鲍尔环、矩鞍环、异鞍环、共轭环等等。其中陶瓷矩鞍环属于采用连续挤出的工艺进行加工，具有通量大、压降低、效率高等优点。矩鞍环填料床层具有较大的空隙率，床层内多为圆弧形液体通道，减少了气体通过床层的阻力，也使液体向下流动时的径向扩散系数减小。所以选用DN38的瓷矩鞍。关键词吸收二氧化硫填料塔逆流第一章前言11填料塔的结构原理及其应用（1）结构原理填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁收近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。1填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。填料塔结构示意图（2）填料塔的应用聚炳烯槽填料塔随着新型塔填料的相继开发和应用，填料塔的优点更显突出，应用范围日益扩大。在炼油、石油化工、精细化工、化肥、制药和原子能工业部门，以及环保领域的应用已趋于成熟。填料塔尤其适用于真空蒸馏、常压及中压下的蒸馏，当然还有大气量的两相接触过程如气体的吸收、冷却等，但在高压精馏塔中应用时要特别谨慎。人们正在对高压精馏填料塔进行研究，企图从填料塔的结构和操作方法上予以解决，例如有人提出填料层分段乳化操作或采用超重力场分离等。在突破高压精馏塔应用填料的局限性方面已取得了一些进展，其关键是彻底弄清高压高液相负荷对塔的处理能力和效率的影响，可利用浅床层和高性能塔构件如气体分布器、液体分布器及再分布器。也有人建议开发适用于高压蒸馏的组合式填料。填料塔应用的另一个新领域是空气分离装置。30年代以前的空分设备，主要是满足焊接、切割用氧及化工用氮。由于现代钢铁、氮肥、化工及火箭等技术的发展，氧、氮及稀有气体的用量迅速增加。国外一些大公司，如德国的LINDE公司，美国的APCI公司空气制品与化学品公司、英国的BOC公司氧气公司和法国的空气液化公司等，均已开始把填料塔应用于空分方面的研究，瑞士SULZER公司作为填料生产厂商与上述公司积极合作，已取得可喜成绩。212吸收操作原理气体吸收是典型的化工单元操作过程。气体吸收的原理是，根据混合气体中各组分在某液体溶剂中的溶解度不同而将气体混合物进行分离。吸收操作所用的液体溶剂称为吸收剂，以S表示；混合气体中，能够显著溶解于吸收剂的组分称为吸收物质或溶质，以A表示；而几乎不被溶解的组分统称为惰性组分或载体，以B表示；吸收操作所得到的溶液称为吸收液或溶液，它是溶质A在溶剂S中的溶液；被吸收后排出的气体称为吸收尾气，其主要成分为惰性气体B，但仍含有少量未被吸收的溶质A。3吸收过程通常在吸收塔中进行。根据气、液两相的流动方向，分为逆流操作和并流操作两类，工业生产中以逆流操作为主。吸收塔操作示意图如图片21所示13吸收技术的应用吸收操作时分离气体混合物的一种重要方法，是传质过程的一种形式，在化工生产中已被广泛应用。归纳起来主要用于以下几个方面。原料气的净化。化工生产中，常遇到混合气体中含有对后工序有害的气1体，应设法将其出去，已达到净化气体的目的。如氨合成原料气中的CO2用水或碱液吸收，以防止氨合成催化剂中毒。回收混合气体中的有用组分。如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃。2制备气体的溶液作为产品。如用水吸收氯化氢气体制取盐酸；用水吸收3甲醛蒸汽制取福尔马林等。环境保护，综合利用。如烟道气中的CO2和SO2的脱除，既达到了回收4其中有用组分的目的，又解决了SO2等有害气体对空气的污染问题。所以，吸收操作在环境保护中是常用的方法之一。4下面举一个火电厂烟气湿法脱硫的例子烟气湿法脱硫是当今国际上85左右大型火电厂采用的工艺流程,而我国火电厂的烟气脱硫尚处于技术开发阶段。吸收塔是火电厂湿法脱硫FGD的核心设备。其作用是将除尘后的烟气中SO2被石灰浆液吸收,经除雾器除雾后进入烟道。吸收SO2后的浆液在塔体下部浆池内逐步氧化反应生成石膏作为商品外销。该塔操作压力不高3KPA左右,温度不高进气温度一般在140左右,出口温度小于50,但直径较大一般配30万KW机组,其直径约为13M14M。属大型薄壁容器。其特点一是开孔大,考虑为使入口烟气在塔内分布均匀,矩形入口管宽/高比较大,入口开孔之宽达塔径的80以上,加上开孔的上部有喷浆管及除雾器等较重部件沿轴向压下,故该设备的大开孔加强计算较复杂。二是塔体及各零部件所用材料要求既耐腐蚀,有些还要求耐浆液的冲刷及磨蚀。本塔为气液逆向反应的立式塔,其大致结构如图1所示。5图1吸收塔示意图14工业吸收塔应具备以下基本要求6塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。1气液两相应具有强烈扰动，减少传质阻力，提高吸收效率。2操作范围宽，运行稳定。3设备阻力小，能耗低。4具有足够的机械强度和耐腐蚀能力。5结构简单、便于制造和检修。6第二章用清水吸收炉气中的二氧化硫21任务及操作条件1操作方式连续操作；2生产能力处理气量2604；3/MH3操作温度25；4操作压力常压1013KPA；5进塔混合气含量；二氧化硫的体积分数为504；温度25；其余为空气；6进塔吸收剂清水；7二氧化硫回收率95；22吸收工艺流程的确定采用常规逆流操作流程流程如下。第三章设计方案的选定一、布置工艺流程11气体吸收的分类气体吸收过程通常按以下方法分类。1单组分吸收与多组分吸收吸收过程按被吸收组分数目的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收。若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶（或微溶）于吸收剂，这种吸收过程称为单组分吸收。反之，若在吸收过程中，混合气中进入液相的气体溶质不止一个，这样的吸收称为多组分吸收。2物理吸收与化学吸收在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，可以把吸收过程看成是气体溶质单纯地溶解于液相溶剂的物理过程，则称为物理吸收。相反，如果在吸收过程中气体溶质与溶剂或其中的活泼组分发生显著的化学反应，则称为化学吸收。3低浓度吸收与高浓度吸收在吸收过程中，若溶质在气液两相中的摩尔分率均较低（通常不超过01），这种吸收称为低浓度吸收；反之，则称为高浓度吸收。对于低浓度吸收过程，由于气相中溶质浓度较低，传递到液相中的溶质量相对于气、液相流率也较小，因此流经吸收塔的气、液相流率均可视为常数。4等温吸收与非等温吸收气体溶质溶解于液体时，常由于溶解热或化学反应热，而产生热效应，热效应使液相的温度逐渐升高，这种吸收称为非等温吸收。若吸收过程的热效应很小，或虽然热效应较大，但吸收设备的散热效果很好，能及时移出吸收过程所产生的热量，此时液相的温度变化并不显著，这种吸收称为等温吸收。7工业生产中的吸收过程以低浓度吸收为主。12吸收操作的选择塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。二、吸收剂的选择21选择的依据吸收是气体溶质在吸收剂中溶解的过程。因此，吸收剂性能的优劣往往是决定吸收效果的关键。选择吸收剂应注意以下几点。1溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度越大，则传质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少。2选择性吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。3挥发度在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和。故在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小，以减少吸收剂的损失量。4粘度吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高。5其它所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。822工业上常用的吸收剂工业上常用的吸收剂有硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等，另外还有针对某种组分选择性吸收而研制的吸收材料。气体吸收分离成功与否，极大程度上依赖于吸收剂的性能，因此选择吸收剂是确定吸收操作的首要问题。常用吸收剂的性能简介如下BBJAXZ9HP活性氧化铝是由铝的水合物加热脱水制成，它的性质取决于最初氢氧化物的结构状态，一般都不是纯粹的AL2O3,而是部分水合无定形的多孔结构物质，其中不仅有无定形的凝胶，还有氢氧化物的晶体。由于它的毛细孔通道表面具有较高的活性，故又称活性氧化铝。它对水有较强的亲和力，是一种对微量水深度干燥用的吸收剂。在一定操作条件下，它的干燥深度可达露点以下。P6D4Z12活性炭是将木炭、果壳、煤等含碳原料经炭化、活化后制成的。活化方法可分为两大类，即药剂活化法和气体活化法。药剂活化法就是在原料里加入氯化锌、硫化钾等化学药品，在非活性气氛中加热进行炭化和活化。气体活化法是把活性炭原料在非活性气氛中加热，通常在700以下除去挥发组分以后，通入水蒸气、二氧化碳、烟道气、空气等，并在7001200温度范围内进行反应使其活化。活性炭含有很多毛细孔构造所以具有优异的吸收能力。因而它用途遍及水处理、脱色、气体吸收等各个方面。Y4ZY1Y9ZF3L4N3沸石分子筛G9/P9MXG又称合成沸石或分子筛，其化学组成通式为/DD9MC3N72SL纯吸收剂的流量；KMOL/HY1,Y2进出吸收塔气体的摩尔比；X1,X2出塔及进塔液体中溶质物质量的比。注意本课程设计中塔底截面一律以下标“L”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。进塔气体摩尔比Y100531Y11Y100504100504出塔气体摩尔比Y2Y11A005311095000266进塔惰性气体的流量V10050410113KMOL/H260422427327325由设计任务知该吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即MINLVY1Y2Y1/MX2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X20代入数值，得MIN3872LV00531000266005314076取实际液气比为最小液气比的14倍，即14MINLVLV所以1438725421LV又因为V10113KMOL/H所以L542110113548226KMOL/H由VY1Y2LX1X2，求得吸收液出塔浓度为X1000091011300531000266548226V,Y2L,X2V,Y1L,X1图212物料衡算示意图421操作线方程依操作线方程YXY2X2LVLV因为5421Y2000266X20LV所以Y5421X00026643填料塔的工艺尺寸的计算431空塔气速的确定通常由泛点气速来确定空塔操作气速。泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。12填料的泛点气速可由ECKERT通用关联图查得，气相质量流量为WGQVVM26041260328104KMOL/H液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即WL5482261829977713KMOL/H采用ECEKERT通用关联图法计算泛点气速UF。通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下图一填料塔泛点和压降的通用关联图（引自化工原理）图中U0空塔气速，M/S；湿填料因子，简称填料因子，1/M；水的密度和液体的密度之比；G重力加速度，M/S2G、L分别为气体和液体的密度，KG/M3WG、WL分别为气体和液体的质量流量，KG/S。此图适用于散装填料，如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等，其上还绘制了整砌拉西环和弦栅填料两种规整填料的泛点曲线。对于其他填料，尚无可靠的填料因子数据。使用该图时首先根据塔的气液相负荷和气液密度计算横坐标参数X，然后在图中散堆填料泛点线上确定与其对应的纵坐标参数Y。12ECKERT通用关联图的横坐标为X05051081WLWGGL997771332810412609971查图得纵坐标值为Y02L0021UFFGGL式中WL液体的质量流速，KG/H；WG气体的质量流速，KG/H；G气体密度，KG/M3；L液体密度，KG/M3；实验填料因子，M1；液体的黏度，MPAS；UF泛点气速，M/S；水密度与液体之比。常用散装填料的泛点填料因子填料尺寸/MM填料名称DN16DN25DN38DN50DN76瓷拉西环1300832600410瓷矩鞍1100550200226塑料鲍尔环55028018414092金属鲍尔环410117160塑料阶梯环260170127金属阶梯环260160140金属环矩鞍170150135120（化工单元过程及设备课程设计表68）查表地F200M1UF0903M/S002198199712001126102取UUF0709030706321M/S因为D4VSU所以D1207M42604360031406321圆整塔径,取D14M泛点率校核由于泛点附近流体力学性能的不稳定性，一般较难稳定操作，故一般要求泛点率在5085之间，而对于易起泡的物系可低于40；13U0470M26043600078514207231538610052在允许范围5085内UUF04700903填料规格校核3688在允许范围内DD140038以上式中UF泛点气速，M/S；U空塔气速,M/S；L液体密度，KG/M3；G气体密度，KG/M3；WG，WL气液相质量流量，KG/H；G重力加速度，981M/S2；L液体黏度，MP/S；填料因子，1/M；432液体喷淋密度的求法填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其计算式为ULH0785D2式中U液体喷淋密度，M3/MH；LH液体喷淋量，M3/H；D填料塔直径，M。为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以UMIN表示。对于散装填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算UMINLWMINT式中UMIN最小喷淋密度,M3/M2H；（LW）MIN最小润湿速率,M3/MH；T填料的总比表面积,M2/M3。最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75MM的散装填料，可取最小润湿速率14LWMIN008M3/MH本次设计选用8ND瓷矩鞍填料，其T138M2/M3，代入数值，得最小喷淋密度为UMINLWMINT0081381104M3/M2H最小喷淋密度的校核求得液体喷淋密度为U6504UMINLH0785D29977713/99710785142所以液体喷淋密度符合要求，即填料塔直径D1400MM合理。433传质单元高度计算干填料比表面积为T，实际操作中润湿的填料比表面积为W，由于只有在润湿的填料表面才可能发生气、液传质，故W具有实际意义。下面介绍计算的恩田（ONDA）公式，该公式为1EXP145（）07501005（）02WTCLULTLUL2TL2GUL2LLT式中W单位体积填料层的润湿面积，M2/M3；T填料的总比表面积，M2/M3；L液体表面张力，N/M；C填料上液体铺展开的最大表面张力，N/M；UL液体通过空塔截面的质量流速，KG/M2S；，L液体的粘度，PAS；L液体的密度,KG/M3；G重力加速度,981M/S2。不同填料材质的临界表面张力C材质C/DYN/CM材质C/DYN/CM材质C/DYN/CM表面涂石蜡20石墨56钢75聚四氟乙烯185陶瓷61聚乙烯75聚苯乙烯31玻璃73聚丙烯54（化工单元过程及设备课程设计表611）得C61DYN/CM790560KG/H2UL648493KG/M2H99777130785142代入数值,得0840WT气膜吸收系数由下式计算KG0237071/3（）UVTVVVDVTDVRT式中T填料的总比表面积,M2/M3；UV气体通过空塔截面的质量流速,KG/M2S；V气体的粘度,PAS；V气体的密度,KG/M3；G重力加速度,981M/S2。气体质量通量为UV213248KG/（M2H）260412600785142得KG023707（）1/3（）21324813800660066126000511380051831429800310液膜传质系数由下式计算KL000952/305（）1/3ULWLLLDLLGL式中L液体的密度，KG/M3；UL液体的质量流速KG/MSL液相的黏度，PAS；G重力加速度，981M/S2；UL液体通过空塔截面的质量流速，KG/M2S；W单位体积填料层的润湿面积，M2/M3；DL溶质在液相中的扩散系数，M2/S。代入数值得KL00095（）2/364849308921383232997162061061/21/30928M/S3210812609971由KGKGW11常见填料塔的形状系数填料类型球形棒形拉西环弧鞍开孔环值0720751119145本设计填料类型为开孔环所以145；得KGKGW11003100840138145115408KMOL/M3HKPA由KLKLW04得KL092808401381450412481L/H1005250UUF04700903因为KG,1950514KGUUFKL,126（05）22KLUUF所以KG,195052051454085623KMOL/（M3HKPA）KL,12605205221248112487L/H因为1KG1K1G1HK1L所以KG119因为HOGVKYVKGP式中HOG气相传质单元高度，M；KG气膜传质系数，KMOL/（M2SKPA）；P所选用的压强，KPA；塔截面积，M。所以HOG0545M1011311910130785142434传质单元数的计算因为YMX所以Y1MX140760000900367Y2MX2407600气相总传质单元数为NOGYMY1Y2YM式中Y1，Y2进出吸收塔气体的摩尔比；其中Y100531Y2000266Y100367Y20则NOG668M435填料层高度ZHOGNOG0545668364M式中Z填料层高度，M；HOG气相传质单元高度，M；NOG气相传质单元数。设计取填料层高度为因为Z,1215Z所以Z,1536455M圆整后，取Z,6M。散装填料分段高度推荐值填料类型H/DHMAX/M拉西环2534矩鞍586鲍尔环5106阶梯环8156环矩鞍5156（化工原理及设备课程设计表317）查上述表得散装填料分段高度推荐值13H/D58,HMAX6取H/D8则H8140011200MM计算填料层高度为6000MM,小于11200MM,故不需分段。44填料层压降的计算在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。15散装填料的压降可采用ECKERT通用关联图计算。计算时，先根据气液负荷及有关物性数据，求出横坐标1/2值，再根据操作空塔系数U及有关物LVVL性数据，求出纵坐标（L02值，通过作图得出交点，读出过焦点UF2GVL的等压线数值，即得出每米填料层压降值。式中U空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，M/S；WV，WL气液相质量流量，KG/H；L液体密度，KG/M3；V气体密度，KG/M3；L液体黏度，MPS；填料因子，1/M；G重力加速度，981M/S。散装填料压降填料因子平均值填料类型填料因子,1/MDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环30611498金属环矩鞍1389347136金属阶梯环11882塑料鲍尔环34323211412562塑料阶梯环17611689瓷矩鞍环700215140160瓷拉西环1050576450288经上表查得，1401/M横坐标1/21/21081WLWGGL997771332810412609971纵坐标（L02（）UF2GGL0470214014598112609971320200073式中WL液体的质量流速，KG/H；WG气体的质量流速，KG/H；G气体密度，KG/M3；L液体密度，KG/M3；实验填料因子，M1；液体的黏度，MPAS；U泛点气速，M/S。水密度与液体之比。查化工过程及设备设计手册得从ECKERT通用关联图中可查得P/Z1598147PA/M式中P分布器压力降，PA；Z填料层高度，M。填料塔压降为P1473441PA其他塔内件的压力降很小可以忽略，所以填料层压降为441PA。45液体分布器计算451液体分布器液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点的布液布液均匀性，各布液点上的液相组成的均匀性决定设计液体分布器主要是确定决定这些参数的结构尺寸。为使液体分布器具有较好的分布性能，必须合理确定布液孔数，布液孔数应依所用填料所需的质量要求决定。在通常情况下，满足各种填料质量分布要求的适宜喷淋点见下表，在选择填料的喷淋点密度时应该遵循填料的效率越高，所需的喷淋点密度越大这一规律，依所选用的填料，确定单位面积的喷淋点后，在根据塔的截面积即可求得分布器的布液孔数。ECKERT的散装填料塔分布点密度推荐值塔径/MM分布点密度/点M2塔截面D400330D750170D120042（化工原理及设备课程设计表320）452液体分布器简要设计4521液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式孔流型液体分布器。其靠重力分布液体，因而属重力型液体分布器。其中，二级槽式分布器具有良好的布液性能，结构简单，气相阻力小，应用较为广泛，而单级槽式液体分布器空间占位低，常在塔内空间高度受到阻制时使用。134522分布点密度计算按ECKERT建议值，D1200时，喷淋点密度为42点/M2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为100点/M2。布液点数为N078514210015386点154点液体保持管高度。取布液孔直径为5MM，则液位保持管中的液位高度可由式得出H2/2G2/（2981）1020M4VSD2NK式中VS液体流量，M3/S；D布液孔直径，M；N开孔数目K孔流系数，通常取055065；H液体高度，M；G重力加速度，M/S。液体高度的确定应和布液孔的直径协调设计，使各项参数均在适宜的范围内。最高液位的范围通常在200500MM，而布液孔的直径宜在3MM以上。13则液位保持管高度为H,11510201173MM4523布液计算由LSD20N取42GH取060，H160MM则D01/21/200147M147MM液体分布器的安装一般高于填料层表面150300MM取决于操作弹性，槽式分布器主槽分槽高度均取210MM，主槽宽度为塔径的0708，这里取塔径的07，分槽宽度由液体量及停留时间确定，最低液位为50MM为宜，最高液位由操作弹性塔内允许高度及造价确定，一般为200MM左右。46其他附属塔内件的选择本装置的直径较小可采用简单的进气分布装置,同时排放的净化气体中的液相夹带要求严格,应设除液沫装置,为防止填料由于气流过大而是翻,应在填料上放置一个筛网装置,防止填料上浮461多孔型液体分布器多孔型液体分布器系借助孔口以上的液层静压或泵送压力使液体通过小孔注入塔内。462直管式多孔分布器根据直管液量的大小，在直管下方开24排对称小孔，孔径与孔数依液体的流量范围确定，通常取孔径26，孔的总面积与及进液管截面积大致相等，喷雾角根据塔径采用30或45，直管安装在填料层顶部以上约300。此形分布器用于塔径600800，对液体的均布要求不高的场合。根据要求，也可以采用环形管式多孔分布器。463排管式多孔分布器支管上孔径一般为35，孔数依喷淋点要求决定。支管排数、管心距及孔心距依塔径和液体负荷调整。一般每根支管上可开13排小孔，孔中心线与垂直线的夹角可取15、225、30或45等，取决于液流达到填料表面时的均布状况。主管与支管直径由送液推动力决定，如用液柱静压送液，中间垂直管和水平主管内的流速为0203M/S，支管流速取为01502M/S；采用泵送液则流速可提高。16464填料支撑板填料支撑板用于支撑塔填料及其所特有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及其体均布作用。故要求支撑板上气液流动阻力太大，将影响塔的稳定操作甚至引起塔的液泛。支撑板大体分为两类，一类为气液逆流通过的平板支撑板，板上有筛孔或为栅板式；另一类斯气体喷射型，可分为圆柱升气管式的气体喷射型支撑板和梁式气体喷射型支撑板。平板型支撑板结构简单，但自由截面分率小，且因气液流同时通过板上筛孔或栅缝，故板上存在液位头。气体喷射性支撑板气液分道，即有利于气体的均匀分配，又避免了液体在板上聚集。梁式结构强度好，装卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允许气液负荷较大，其应用日益受到重视。当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时，塔内填料将发生浮动或相互撞击，破坏塔的正常操作甚至损坏填料，为此，一般在填料层顶部设压板或床层限制板。465填料压板与床层限制板填料压板系藉自身质量压住填料但不致压坏填料；限制板的质量轻，需固定于塔壁上。一般要求压板或限制板自由截面分率大于70。466气体进出口装置与排液装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500MM直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对15M以下直径的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其它均布气流的装置。气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。最简单的装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采用旋流板除雾器。液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。常压塔气体进出口管气速可取1020M/S（高压塔气速低于此值）；液体进出口气速可取0815M/S（必要时可加大些）管径依气速决定后，应按标准管规定进行圆整。五、设计结果汇总课程设计名称清水吸收SO2填料吸收塔的设计操作条件操作温度25摄氏度操作压力1013KPA物性数据液相气相液体密度9971KG/M3混合气体平均摩尔质量3031KG/KMOL液体粘度32KG/MH混合气体的平均密度1260KG/M3液体表面张力931824混合气体的粘度0066KG/MHSO2在水中的扩散系数6206106M2/HSO2在空气中的扩散系数0051M2/H重力加速度981M/S2气相平衡数据SO2在水中的亨利系数E相平衡常数M溶解度系数H413103KPA407600134KMOL/KPAM3物料衡算数据Y1Y2X1X2气相流量G液相流量L最小液气比操作液气比0053100026600009010113KMOL/H548226KMOL/H38725421工艺数据气相质量流量液相质量流量塔径NOGHOGZ,填料层压降21324864849314M668030M3M441PA六、主要符号说明T填料的总比表面积，M2/M3W填料的润湿比表面积，M2/M3D填料直径，M；D塔径，M；DL液体扩散系数，M2/S；DV气体扩散系数，M2/S；EV液沫夹带量,KG液/KG气；G重力加速度，981M/S2；H填料层分段高度，M；HETP关联式常数；HMAX允许的最大填料层高度，M；HB塔底空间高度，M；HD塔顶空间高度，M；HOG气相总传质单元高度，M；KG气膜吸收系数，KMOL/M2SKPA；KL液膜吸收系数，M/S；KG气相总吸收系数，KMOL/M2SKPA；LB液体体积流量，M3/H；LS液体体积流量，M3/S；LW润湿速率，M3/MS；M相平衡常数，无因次；N筛孔数目；NOG气相总传质单元数；P操作压力，PA；P压力降，PA；U空塔气速，M/S；UF泛点气速，M/SU0MIN漏液点气速，M/S；U0液体通过降液管底隙的速度，M/S；U液体喷淋密度，M3/M2HUL液体质量通量，KG/M2HUMIN最小液体喷淋密度，M3/M2HUV气体质量通量，KG/M2HVH气体体积流量，M3/H；VS气体体积流量，KG/S；WL液体质量流量，KG/S；WG气体质量流量，KG/S；X液相摩尔分数；X液相摩尔比ZY气相摩尔分数；Y气相摩尔比；Z板式塔的有效高度，M；填料层高度，M。希腊字母空隙率，无因次；粘度，PAS；密度，KG/M3；表面张力，N/M；开孔率或孔流系数，无因次；填料因子，L/M；液体密度校正系数，无因次。七、总结这次课程设计需要我们用计算机来完成，在设计的过程中,我遇到了许多问题，有计算机方面的，还有其他的。而且有些公式不知如何去打。这就需要我们查找资料、问同学等等。因此，发挥主观能动性独立地去通过书籍、网络等各种途径查阅资料、查找数据，确定设计方案。对于我们来说是至关重要的。而且也为我们以后的工作和学习打下了良好的基础，通过这次课程设计提高了我认识问题、分析问题、解决问题的能力。更加重要的是还学会了一种认真做事的态度。这无疑会对自己的工作和生活产生影响。总得来说受益匪浅。任务的完成过程是艰辛的，也是快乐的。艰辛是由于缺少这方面的知识和经验，从一开始的不知所措，到现在数据的基本完成，一路走来是坎坎坷坷的。快乐是因为在这次设计中，我得到了同学的无限帮助和鼓舞，并且学到了一些知识，增加了实践经验。与此同时也强化了我们的计算机能力。设计过程中遇到的问题主要有（1）未知条件的选取；（2）文献检索的能力；（3）对吸收过程的理解和理论的运用；（4）对实际操作过程中设备的选择和条件的最优化；（5）对工艺流程图的理解