年处理量---吨二氧化硫气体吸收的设计任务书

1、 程设计任务书 1、设计题目：年处理量为3153.34吨SO2的工艺设计； 矿石焙烧炉送出的气体冷却到25后送入填料塔中，用20清水洗涤除去其中的SO2。入塔的炉气流量为3290m3/h，其中进塔SO2的摩尔分率为0.05，要求SO2的吸收率为98。吸收塔为常压操作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变，可近似取为清水的温度。吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。 2、工艺操作条件： （1）操作平均压力 常压 （2）操作温度 t=20 （3）每年生产时间：300天。 （4）选用填料类型及规格自选。 3、设计任务： 完成二氧化硫吸收的工艺设计与计算，有关附属设备的设计计算和选型，绘制吸收系统带控制点

2、工艺流程图和吸收塔的工艺条件图，编写设计说明书。（注：两图采用电子和手绘各一张） 目录 前言. 4第一章 绪论.5 1.1 吸收技术简介.5 1.2 吸收设备的发展.51.3 吸收在工业中的应用.6第二章 吸收塔的设计方案.7 2.1吸收剂的选择.72.2.1吸收工艺流程的确定62.2.2吸收工艺流程图及工艺过程说明72.3吸收塔设备及填料的选择92.3.1吸收塔设备的选择92.3.2填料的选择102.4吸收剂再生方法的选择122.5 操作参数的选择122.5.1操作温度的确定122.5.2操作压力的确定13第三章 吸收塔工艺条件的计算143.1基础物性数据143.1.1液相物性数据143.1

3、.2气相物性数据143.1.3气液两相平衡时的数据143.2物料衡算153.3填料塔的工艺尺寸计算163.3.1塔径的计算163.3.2泛点率校核和填料规格16填料规格校核163.3.3液体喷淋密度校核173.4填料层高度计算173.4.1传质单元数的计算173.4.2传质单元高度的计算173.4.3填料层高度的计算193.5填料塔附属高度的计算193.6液体分布器的简要设计203.6.1液体分布器的选型203.6.2分布点密度及布液孔数的计算213.6.3塔底液体保持管高度的计算213.7其它附属塔内件的选择223.7.1 填料支撑板223.7.2 填料压紧装置与床层限制板223.7.3气体

4、进出口装置与排液装置233.8流体力学参数计算233.8.1填料层压力降的计算233.8.2泛点率243.9附属设备的计算与选择253.9.1吸收塔主要接管的尺寸计算25工艺设计计算结果汇总与主要符号说明28设计方案讨论34附录35参考文献36结束语37设备条件图38一、 前言课程设计是本学科教程教学过程中综合性和实践性比较强的教学环节，通过课程设计，使得学生将理论与实际相联系，实际与理论相结合，实际不断完善，灵活应用理论知识。同时，也使得学生亲身体会实际问题的复杂多变，学习化工原理课程基本知识的初次尝试。在课程设计的过程中，促使学生充分应用本课程的基本知识，同时，查阅相关资料提升学生的知识面

5、，将理论与实际融会贯通。要求学生在规定时间内完成课程设计的任务，让学生得到化工设计的训练，了解化工设计的基本内容，掌握设计的程序和方法，培养学生提出问题，分析问题，解决问题的能力，提升分析能力和创新能力，以及实事求是，严谨认真，负责的工作态度。课程设计，增强学生工程的概念，提高独立思考的能力，将所学的基本知识灵活应用，有助于处理在生活中遇到的问题，为今后在工作中处理实际问题做好了准备。 第一章 绪论 1.1 吸收技术简介 当气体混合物与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分溶解于液体中，而不能溶解组分仍留在气体中，使气体得以分离，吸收过程使化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用

6、混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分的单元操作。 实际生产过程中，吸收过程所用的吸收剂常需回收利用，故一般来说，完整的吸收过程应包含吸收和解吸两部分，因而在设计上应将两部分综合考虑，才能得到较为理想的设计结果，所以应将吸收和解吸两部分作为一个完整的单元过程综合考虑其工艺设计，方可提高综合处理工程问题的能力。作为吸收过程的工艺设计，其一般性问题在给定混合气体处理量、混合气体组分、温度、压力以及分离要求的条件下，完成以下工作： 根据给定的分离任务，确定吸收方案。 根据流程进行过程的物料及热量衡算，确定工艺参数。 依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计。 绘制工艺流图及

7、设备的工艺条件图。 编写工艺设计说明书。1.2吸收设备的发展 吸收设备有多种类型，如填料塔、板式塔、喷洒塔和鼓泡塔等，最常用的有填料塔与板式塔。填料塔中装有诸如瓷环之类的填料；气液接触在填料中进行，板式塔中有筛孔塔板，气液亮相在塔板上鼓泡进行接触。 工业模型的填料塔始于1881年的蒸馏操作中，1904年采用于炼油工业，当时的填料是碎砖瓦、小石块和管子缩节等。20世纪初，填料塔进入一个新的发展阶段，在瓷环填料亦称拉西环填料被广泛采用后，弧鞍型填料继问世，特别是出现了斯特曼填料后，便大大的促进了规整填料的发展，除了各种填料大大涌现外，还发展了多管塔、乳化塔等成为高效填料塔的新塔型。 从20世纪60

8、年代起新型填料有了较多的发展，属于颗粒型填料的有：海佐涅尔填料、阶梯环填料、多角螺旋填料、金属鞍环填料、比阿雷茨基环、莱瓦填料以及它们的改进形式。属于规整填料有：苏采尔填料、重叠式丝网波纹板填料、重叠式金属波形板填料、格里希栅格填料、格子填料、拉伸金属网填料、塑料蜂窝填料、Z 形格子填料、Perform 喷射式填料和脉冲填料等。同时还创建了使小球浮动来强化传质的湍球格。 进入20世纪70年代后，至于新型填料的研究，希望找到有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。近年来随着化工产业的发展，大规模的吸收设备已经广泛用于实际生产当中。具有了很高的吸收效率，以及在节能方面也日趋完善。填料塔的工艺设计

9、内容是在明确了装置的处理量，操作温度及操作压力及相应的相平衡关系的条件下，完成填料塔的工艺尺寸及其它塔内设计。在今后的化学工艺的生产中，对吸收设备的要求及效率将会有更高的要求，所以日益完善的吸收设备会逐渐应用于实际的工业生产中。1.3吸收在工业中的应用 在化工生产中所处理的原料中间产物粗产品等几乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，为进一步加工和使用，常需将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。对于均相物系，要想进行组分间的分离，必须要造成一两个物系，利用原物系中各组分间某种物性的差异，而使其中某个组分（或某些组分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。物质在相间的转移过程称为物质传递过程。

10、吸收单元操作是化学工业中常见的传质过程。气体的吸收在化工生产中主要用来达到以下几种目的 ：有用组分的回收。例如用硫酸处理焦炉气以回收其中的二氧化硫，用气油处理焦炉气以回收其中的芳烃，用液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等。原料气的净化。例如用水和碱液脱除合成二氧化硫原料气中的二氧化碳，用丙酮脱除裂解气中的乙炔等。某些产品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氢以制备盐酸，用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等。废气的治理。例如：电厂的锅炉尾气含二氧化硫。硝酸生产尾气含一氧化氮等有害气体，均须用吸收方法除去。 第二章 吸收塔的设计方案2.1 吸收剂的选择吸收操作，选择适宜的吸收剂，具

11、有十分重要的意义。其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响。一般情况下，选择吸收剂，要着重考虑如下问题：1 对溶质的溶解度大所选的吸收剂对溶质的溶解度大，则单位量的吸收剂能够溶解较多的溶质，在一定的处理量和分离要求条件下，吸收剂的用量小，可以有效地减少吸收剂循环量，这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面，在同样的吸收剂用量下，液相的传质推动力大，则可以提高吸收速率，减小塔设备的尺寸。2 对溶质有较高的选择性 对溶质有较高的选择性，即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度，而对其它组分则溶解度要小或基本不溶，这样，不但可以减小惰性气体组分的损失，而且可以提高解吸后溶质气体的纯度。3

12、 不易挥发 吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸汽压，以避免吸收过程中吸收剂的损失，提高吸收过程的经济性。4 再生性能好 由于在吸收剂再生过程中，一般要对其进行升温或气提等处理，能量消耗较大，因而，吸收剂再生性能的好坏，对吸收过程能耗的影响极大，选用具有良好再生性能的吸收剂，往往能有效地降低过程的能量消耗。以上四个方面是选择吸收剂时应该考虑的主要问题，其次，还应该注意所选择地吸收剂应该具有良好的物理、化学性能和经济性。其良好的物理性能主要指吸收剂的粘度要小，不易发泡，以保证吸收剂具有良好的流动性能和分布性能。良好的化学性能主要指具有良好的化学稳定性和热稳定性，以防止在使用中发生变质，同时要求吸收剂

13、尽可能无毒、无易燃易爆性，对相关设备无腐蚀性（或较小的腐蚀性）。吸收剂的经济性主要指应尽可能选择用廉价易得的溶剂，两种吸收剂如下：物理吸收剂：吸收容量（溶解度）正比于溶质分压；吸收热效应很小（适用于等温）；常用降压闪蒸解吸；适用于溶质含量高，而净化度要求不太高的场合；对设备腐蚀性小，不易变质。化学吸收剂：吸收容量对溶质分压不太敏感；吸收热效应显著；用低压蒸汽提解吸；适于溶质含量不高，而净化度要求很高的场合；对设备腐蚀性大，易变质。 2.2 吸收流程选择.2.2.1吸收工艺流程的确定 工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同的角度进行分类，从所用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和

14、使用两种吸收剂的两部吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程很多塔吸收流程，从塔内气液两相得流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。（一）一步吸收流程和两部吸收流程 一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以考虑采用两步吸收流程。（二）单塔吸收流程和多塔吸收流程 单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程，如过程无特别需要，则一般采用单塔吸收流程。若过程的分

15、离要求较高，使用单塔操作时，所需要的塔体过高，或采用两步吸收流程时，则需要采用多塔流程（通常是双塔吸收流程）（三）逆流吸收与并流吸收 吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高（具有多个理论级的分离能力）的显着优点而 广泛应用。工程上，如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶剂循环吸收流程由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，当液相喷淋量过小时，将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善塔的操作条件。本设计采用单塔逆流操作。2.2.2吸收工艺

16、流程图及工艺过程说明 图2-1吸收SO2的流程包括吸收和解吸两大部分。混合气体冷却至20 下进入吸收塔底部，水从塔顶淋下，塔内装有填料以扩大气液接触面积。在气体与液体接触的过程中，气体中的SO2 溶解于水，使离开吸收塔顶的气体二氧化硫含量降低至允许值，而溶有较多二氧化硫的液体由吸收塔底排出。为了回收二氧化硫并再次利用水，需要将水和二氧化硫分离开，称为溶剂的再生。解吸是溶剂再生的一种方法，含二氧化硫的水溶液经过加热后送入解吸塔，与上升的过热蒸汽接触，二氧化硫从液相中解吸至气相。二氧化硫被解吸后，水溶剂得到再生，经过冷却后再重新作为吸收剂送入吸收塔循环使用。设计填料吸收塔实体主体结构示意图如下：

17、图 2-22.3吸收塔设备及填料的选择2.3.1吸收塔设备的选择对于吸收过程，能够完成其分离任务的塔设备有多种，如何从众多的塔设备中选择合适的类型是进行工艺设计得首要工作。而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后，并经多方案对比方能得到较满意的结果。一般而言，吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求，即用较小直径的塔设备完成规定的处理量，塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，具有合适的操作弹性，结构简单，造价低，易于制造、安装、操作和维修等。在液体流率很低难以充分润湿填料，或塔径过大，使用填料塔不很经济的情况下，以采用板式塔为宜。但作为吸收过程，一般具有操作液气比大的特

18、点，因而更适用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能，所以对于吸收过程来说，以采用填料塔居多。 本次吸收塔设计选择填料吸收塔。2.3.2填料的选择塔填料是填料塔中的气液相间传质组件，是填料塔的核心部分。其种类繁多，性能上各有差异。 图 2-31.散堆填料 目前散堆填料主要有环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料。所用的材质有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金属等（1）拉西环填料拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环，如图片拉西环所示。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。（2） 鲍尔环填料如图片鲍耳环所

19、示，鲍尔环是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。（3） 阶梯环(Stairs wreath)填料如图片阶梯环所示，填料的阶梯环结构与鲍尔环填料相似，环壁上开有长方形小孔，环内有两层交错 45°的十字形叶片，环的高度为直径的一半，环的一端成喇叭口形状的翻边。这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的

20、基础上又有提高，其生产能力可提高约10%，压降则可降低25%，且由于填料间呈多点接触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料，因此获得广泛的应用。（4） 矩鞍填料如图片矩鞍填料所示，将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。（5） 金属环矩鞍填料如图片金属换环聚鞍填料所示，环矩鞍填料（国外称为Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以

21、金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装填料中应用较多。2规整填料 规整填料是由许多相同尺寸和形状的材料组成的填料单元，以整砌的方式装填在塔体中。规整填料主要包括板波纹填料、丝网波纹填料、格利希格栅、脉冲填料等，其中尤以板波纹填料和丝网波纹填料所用材料主要有金属丝网和塑料丝网。（1）格栅填料(Space grid filler)是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为如图片3-12（a）所示的木格栅填料。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等，其

22、中以图片3-12（b）所示的格里奇格栅填料最具代表性。格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。（2）波纹填料(Ripples filler)目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90°排列。波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。金属丝网波纹填料的压降低，分离效率很高，特别适用于精密精馏及

23、真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因其性能优良仍得到了广泛的应用。（d）所示，金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。（3）金属压延孔板波纹填料(The metals presses to postpone the bore plank ripples filler)是另一种有代表性的板波纹填料。它与金属孔板

24、波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.40.5mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价格便宜，应用较为广泛。波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等几种）。波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。（4）脉冲填料(Pulse filler)是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一种规整填料，如图片3-12（e）所示。脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收

25、缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质。在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少，故特别适用于大塔径的场合。工业上常用规整填料的特性参数可参阅有关手册。由于该过程处理量不大，所以所用的塔直径不会太大，以采用填料塔较为适宜，所以采用聚丙烯塑料阶梯环填料。其主要性能参数为：比表面积 =132.5m孔隙率 =0.91形状修正系数 =1.45填料因子 =170mA=0.204临界张力 2.4吸收剂再生方法的选择依据所用

26、的吸收剂不同可以采用不同的再生方案，工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生、加热再生及气提再生等。A. 减压再生（闪蒸）吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得融入吸收剂中的溶质得以再生。该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需要在真空条件下进行，则过程可能不够经济B. 加热再生加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于吸收温度，因而，该方法最适用

27、于常温吸收或在接近于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸气作为加热介质，加热方法可依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热。2.5 操作参数的选择2.5.1操作温度的确定对于物理吸收而言,降低操作温度,对吸收有利.但低于环境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的,所以一般情况下,取常温吸收较为有利.对于特殊条件的吸收操作方可采用低于或高于环境的温度操作.对于化学吸收,操作温度应根据化学反应的性质而定,既要考虑温度对化学反应速度常数的影响,也要考虑对化学平衡的影响,使吸收反应具有适宜的反应速度.对于再生操作,较

28、高的操作温度可以降低溶质的溶解度,因而有利于吸收剂的再生.而对本设计而言，由吸收过程的气液关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度，即低温有利于吸收，但操作温度的低限应有吸收系统的具体情况决定。依据本次设计要求，操作温度定为20。2.5.2操作压力的确定操作压力的选择根据具体情况的不同分为三种：对于物理吸收,加压操作一方面有利于提高吸收过程的传质推动力而提高过程的传质速率,另一方面,也可以减小气体的体积流率,减小吸收塔径.所以操作十分有利.但工程上,专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下,一般是以前道工序的压力作为吸收

29、单元的操作压力.对于化学吸收,若过程由质量传递过程控制,则提高操作压力有利,若为化学反应过程控制,则操作压力对过程的影响不大,可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压力,但加大吸收压力依然可以减小气相的体积流率,对减小塔径仍然是有利的.对于减压再生(闪蒸)操作,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定,逐次或一次从吸收压力减至再生操作压力,逐次闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果.本设计中由吸收过程的气液平衡可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加，综合考虑，采用常压101.325kPa。. 第三章 吸收塔工艺条件的计算3

30、.1基础物性数据3.1.1液相物性数据对于低浓度的吸收过程，溶液的物性数据可以近似取纯水的物性数据20时水的有关物性数据如下：密度L=998.2(kg/m3)粘度L=0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h) 表面张力L=72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)SO2在水中的扩散系数DL=1.47×10-5(2/s)=5.29×10-6(m2/h) 密度=996.95kg/m3 粘度=90.285Pa·s 饱和蒸汽压P=3.219kPa3.1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mvm =yiMi=0.05×64.06+0.95

31、×29=30.75混合气体的平均密度为 kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20 C°空气的粘度为(m·h) 在空气中的扩散系数为m2/s)=0.039 (m2/h)3.1.3气液两相平衡时的数据常压下20在水中的亨利系数为相平衡常数为 溶解度系数为3.2物料衡算由公式GB（Y1-Y2）=Ls(X1-X2)无论是低浓度吸收还是高浓度吸收均适用，故物料衡算利用此式。（以下计算过程分别以G和L表示GB 和 Ls）进塔气相摩尔比为出塔气相摩尔比为进塔惰性气相流量为 该吸收过程属于低浓度吸收，平衡曲线可近似为直线，最小液气比可按下式计算，即对于纯溶剂吸收

32、过程，进塔液相组成为 取操作液气比L=51.51×130.01=6696.82(kmol/h) + X2=130.01(0.0526-0.000512)/6696.82+0 =0.0005 3.3填料塔的工艺尺寸计算3.3.1塔径的计算液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即=6696.82×18.02=120676.70kg/h气相质量流量为=3290×1.278=4204.62kg/h由贝思-霍夫泛点关联式得查表塑料阶梯环有L=132.5m A=0.204 K=1.75 =0.91则 取圆顶塔径取D=1300mm3.3.2泛点率校核和填料规格泛点率校核(在允许范

33、围50%-80%内)填料规格校核阶梯环的径比要求：>8有即符合要求3.3.3液体喷淋密度校核对于直径不超过75mm的散装材料，可取最小润湿速率m3/(m.h)对于直径超过75mm的散装材料，可取最小润湿速率m3/(m.h)取最小润湿速率为：故满足最小喷淋密度的要求.经以上校核可知，填料塔直径选用D=1300mm合理3.4填料层高度计算3.4.1传质单元数的计算解吸因数为 气相总传质单元数为3.4.2传质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算查表(常见材质的临界表面张力值) ，液体质量通量为w=L×0.632=132.5×0.632=83.74气体质量

34、通量为气膜系数： 液膜吸收系数由下式计算 由，查附得，则因为，故需要校正。由，得 则有 由3.4.3填料层高度的计算根据设计经验，填料层设计高度一般为 因此取所以设计取填料层高度为查附，对于阶梯环填料，h/D=815,m 取则计算得填料层高度为7700mm，故不需要分段。3.5填料塔附属高度的计算塔上部空间高度，通过相关资料可知，可取为1.3m，塔底液相停留时间按1.5min考虑，则塔釜液所占空间高度为： 考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取2.8m，所以塔的附属空间高度可以取为1.3+2.8=4.1米。因此塔的实际高度取H=7.7+4.1=11.8(m)3.6液体分布器的简要设计3.

35、6.1液体分布器的选型液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：液体分布均匀 评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。分布点密度。液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差较大。大致规律是：塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。表3-1列出了散装填料塔的分布点密度推荐值表3-1 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径，mm分

36、布点密度，塔截面D=400330D=750170D120042分布点的几何均匀性。分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题。设计中，一般需通过反复计算和绘图排列，进行比较，选择较佳方案。分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降夜点间流量的均匀性。为保证各分布点的流量均匀，需要分布器总体的合理设计、精细的制作和正确的安装。高性能的液体分布器，要求个分布点与平均流量的偏差小于6%。操作弹性大 液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为24，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊

37、设计。自由截面积大 液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35%以上。其它 液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便由于该吸收塔的液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。当填料层高度与塔径之比超过某一数值时，填料层需分段。在各段填料层之间安设液体再分布器，以收集自上一填料层来的液体，为下一填料层提供均匀的液体分布。由3.4.3节中知，本次设计的填料层不需要分段,故不需要安装液体再分布器。3.6.2分布点密度及布液孔数的计算按照Eckert建议值，D1200mm 时，喷淋点密度为42点/m2,因为该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为120点/ m2

38、 。布液点数为按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设七道，槽侧面开孔，槽宽度为80mm,槽高度为210mm,两槽中心矩为160mm,分布点采用三角形排列。实际设计布点数为n=132点.布液计算 ： 由 L: 液体流量 m3/sn: 开孔数目: 孔流系数，取0.550.60d0: 孔径，m: 开孔上方的液位高度，m 取，设计取d0=18mm3.6.3塔底液体保持管高度的计算 取布液孔的直径为18mm，则液位保持管中的液位高度可由公式：得，即： 式中：布液孔直径，m L：液体流率，m3/s ：布液孔数 ：孔流系数 ：液体高度，m ：重力加速度，m/s2 值由小孔液体

39、流动雷诺数决定 可取 因此，取 根据经验 ，则液位保持管高度为： 3.7其它附属塔内件的选择3.7.1 填料支撑板填料支撑板的作用是支撑塔内的填料。常用的填料支撑装置由栅板型，孔管型，驼峰型等。对于散装填料，通常选用孔管型，驼峰型支撑装置；设计中，为防止在填料支撑装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支撑装置的自由截面积应大于75% 。本次设计选用驼峰型支撑装置。3.7.2 填料压紧装置与床层限制板对于散装填料，可以选用压紧栅板，也可以选用压紧网板，在其下方根据填料的规格铺设一层金属网，并将其与压紧栅板固定。设计中，为防止在填料压紧装置处压降过高甚至发生液泛，要求压板或限制板自由截面分率大于70

40、。本次设计选用压紧网板。3.7.3气体进出口装置与排液装置（1）气体进出口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1.5m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。本设计中选用折板除雾器。折板除雾器的结构简单有效，除雾板由的角钢组成，板间横向距离为25mm，垂直流过的气速

41、可按下式计算：式中 气速，m； 液相及气相密度，； 系数，0.085-0.10；本设计中取 ，则流过的气速所需除雾板组的横断面为 由上式确定的气速范围，除雾板的阻力为49-98pa，此时能除去的最小雾滴直径约为0.05mm，即50.（2）排液装置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）；液体进出口流速可取0.81.5m/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.在以后的各节中会有计算。3.8流体力学参数计算3.8.1填料层压力降的计算（1）气体进出口压力降由后面主

42、要接管尺寸计算可知，气体的进出口接管内径为。则气体的进出口流速为:则进口（突然扩大 =1）出口(突然缩小 =0.5）（2）填料层压力降气体通过填料层的压力降采用Eckert关联图计算，有前面计算可知其中横坐标为 查散装填料压降填料因子平均值得m-1纵坐标为 查Eckert关联图得所以填料层压力降其它塔内间的压力降较小,因此可忽略于是得到吸收塔的总压力降为3.8.2泛点率吸收塔操作气速为0.689m/s.泛点气速为1.0981m/s.所以泛点率为对于散装填料，其泛点率的经验值为：所以该塔的泛点率合适。3.9附属设备的计算与选择3.9.1吸收塔主要接管的尺寸计算本设计中填料塔有多处接管，但主要的是气体和液体的进料口和出料口接管。在此分别以液体进料管和气体进料管的管径计