水吸收二氧化硫填料吸收塔设计说明书

1、化工原理课程设计题目 处理量为1200n3/h水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计专业化学工程与工艺班级化工2102姓名柯来烽学 号 3102109230指导教师 胡章文化工原理设计任务书专业：化学工程与工艺班级：化工 2102设计人：柯来烽一设计题目3处理量为1200m3/h 水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计二原始数据及条件进塔二氧化硫含量为8%（摩尔分率，下同），温度25。塔顶易挥发组分回收率94% 。进塔吸收剂温度20，由于气液比比较大，温度基本不变，吸收温度可近似取清水温度。二氧化硫回收率为操作压强为常压三设计要求1. 标题页；2. 设计任务书；3. 目录；4. 确定设计方案；5. 填

2、料塔吸收的塔径，填料层高度，塔高和填料层压降的计算；6. 塔及主要附属构件结构尺寸设计；7. 设计一览表；8. 对本设计的评述；9. 绘制填料塔装备图；10. 参考文献。2013 年 6 月 10 日 至 2013 年 6 月 20 日摘要 11绪论 21.1 吸收技术概况 . .21.2 吸收设备发展 21.3 吸收在工业生产中的应用 .32设计方案 42.1 吸收方法及吸收剂的选择 42.1.1 吸收方法 42.1.2 吸收剂的选择： 42.2 吸收工艺的流程 52.2.1 吸收工艺流程的确定 52.2.2 吸收工艺流程图及工艺过程说明 62.3 操作参数选择 .72.3.1 操作温度的选

3、择.72.3.2 操作压力的选择 72.3.3 吸收因子的选择 72.4 吸收塔设备及填料的选 82.4.1 吸收塔设备的选择 82.4.2 填料的选择 83吸收塔工艺的算 .103.1 基础性物性数据 103.1.1 液相物性数据 103.1.2 气相物性数据.103.1.3 气液平衡数据 103.2 物料衡算 .113.3 塔径的计算及校核 113.3.1 塔径的计算113.3.2 泛点率的计算 133.3.3 气体能动因子 133.3.4 填料规格校核 133.3.5 液体喷淋密度校核. 133.4 填料层高度计算 143.4.1 传质单元数计算. 143.4.2 传质单兀图度计算 1.

4、 . . 143.4.3 填料层高度的计算 . .153.5 填料塔附属高度的计算. . 163.6 液体分布器的简要设计 . . 163.6.1 分布点密度及布液孔数的计算 163.6.2 布液计算. 173.6.3 塔底液体保持管高度的计算.173.7 其他附属塔内件的选择 183.7.1 液体再分布器 183.7.2 填料支撑板. . .183.7.3 填料压紧装置与床层限制板.183.7.4 气体进出口装置与排液装置 .-. .183.8 吸收塔主要接管尺寸算 .193.9 填料层压力降的计算 .19工艺设计计算结果汇总与主要符号说明.21结束语 .24主要符号说明 .25参考文献 .

5、 .27摘要在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触是发生传质，实现气液混合物的分离。在化学工业中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是： 回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品； 除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理；或除去工业放空尾气中的有害物，以免污染大气。实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。气体混合物的分离， 总是根据混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异而进行的。 根据不同性质上的差异，可以开发出不同的分离方法。吸收操作仅为其中之一，它利用混合物中各组分在液体中溶解度或化学反应活

6、性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。一般说来，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为主要设备之一，越来越受到青睐。二氧化硫填料吸收塔，以水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。此外，由于水和二氧化硫反应生成硫酸，具有很大的利用。91 绪论1.1 吸收技术概况在化学工业中， 利用不同气体组分在液体溶剂中的溶解度的差异， 对其进行选择性溶解，从而将混合物各组分分离的传质过程称为吸收。气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用混合物中各组分在特定的

7、液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。实际生产中，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括吸收和解吸两部分，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。作为吸收过程的工艺设计，其一般性问题是在给定混合气体处理量、混合气体组成、温度、压力以及分离要求的条件下，完成以下工作：（ 1）根据给定的分离任务，确定吸收方案；（ 2）根据流程进行过程的物料和热量衡算，确定工艺参数；（ 3）依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计；（ 4）绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图；（ 5）编写工艺设计说明书。1.2 吸收过程对设备的要求及设备的发展概况

8、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过程中。对于吸收过程，能够完成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类型是进行工艺设计的首要任务。而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后，并经多方面对比方能得到满意的结果。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，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，便于安装、操作和维修等。但是吸收过程，一般具有液气比大的特点，因而更适用填料塔。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

9、。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他塔内件设计。在今后的化学工业的生产中，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 吸收在工业生产中的应用1.3.1 吸收的应用概况在化工生产中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体保护环境等方面得到了广泛的应用，在研究和开发过程中，在方法上多从吸收过程的传质速率着手，希望在整个设备中，气液两相为连续微分

10、接触过程，这一特点则与填料塔得到了良好的结合，由于填料塔的通量大，阻力小，使得其在某些处理量大要求压降小的分离过程中备受青睐，尤其近年高效填料塔的开发，使得填料塔在分离过程中占据了重要的位置。吸收在化工的应用大致有以下几种：（ 1）原料气的净化。（ 2）有用组分的回收。（ 3）某些产品的制取。（ 4）废气的处理。1.3.2 典型吸收过程煤气脱苯为例 : 在炼焦及制取城市煤气的生产过程中， 焦炉煤气内含有少量的苯、 甲苯类低碳氢化合物的蒸汽（约35 g /m3 ）应予以分离回收，所用的吸收溶剂为该工业生产过程中的副产物，即焦煤油的精制品称为洗油。回收苯系物质的流程包括吸收和解吸两个大部分。含苯煤

11、气在常温下由底部进入吸收塔，洗油从塔顶淋入，塔内装有木栅等填充物。在煤气与洗油接触过程中，煤气中的苯蒸汽溶解于洗油， 使塔顶离去的煤气苯含量降至某允许值（ 2g/ m3） ， 而溶有较多苯系物质的洗油（ 称富油 ） 由吸收塔底排出。为取出富油中的苯并使洗油能够再次使用 （ 称溶剂的再生） ，在另一个称为解吸塔的设备中进行与吸收相反的操作 解吸。为此，可先将富油预热到 170 C左右由解吸塔顶淋下，塔底通入过热水蒸气。洗油中的苯在高温下逸出而被水蒸气带走，经冷凝分层将水除去，最终可得苯类液体（粗苯） ，而脱除溶质的洗油（称贫油）经冷却后可作为吸收溶剂再次送入吸收塔循环使用 .2 设计方案吸收过程

12、的设计方案主要包括吸收剂的选择、吸收流程的选择、解吸方法选择、设备类型选择、操作参数的选择等内容.用水吸收S02s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。因用水作为吸收剂，且S02作为产品，故采用纯溶剂。2.1 吸收方法及吸收剂的选择2.1.1 吸收方法完成同一吸收任务，可选用不同吸收剂，从而构成了不同的吸收方法，如以合成氨厂变换器脱CO2 的为例，若配合焦炉气为原料的制氢工艺，宜选用水，碳酸丙烯酯，冷甲酸等作吸收剂，既能脱CO,又能脱除有机杂质。后继配以碱洗和低温液氨洗构成了一个完整的净化体 系，若以天然气为原料制H2和N2时，宜选用催化热碳酸钾溶液作吸收剂，净化度高。后继

13、再 配以甲烷化法，经济合理。其中，前者为物理吸收，后者则为化学吸收。一般而言，当溶剂含量较低，而要求净化度又高时，宜采用化学吸收法；若溶质含量较高，而净化度又不很高时，宜采用物理吸收法。2.1.2 吸收剂的选择对于吸收操作, 选择适宜的吸收剂 , 具有十分重要的意义. 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多溶质的溶解度大, 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

14、 , 在同样的吸收剂用量下, 液相的传质推动力大, 则可以提高吸收效率 , 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, 而对其他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.（ 三 ） 不易挥发吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压, 以避免吸收过程中吸收剂的损失, 提高吸收过程的经济性。（ 四 ） 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

15、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考虑的主要问题 ，其次,还应注意所选择的吸收剂应具有 良好的物理、化学性能和经济性。具良好的物理性能主要指吸收剂的粘要小，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其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用廉价易得的溶剂。表21物理吸收剂和化学吸收剂的特性物理吸收剂化学吸收剂(1)吸收容量(溶解度)正比于溶质分压(2)吸收热效应很小(近于等温)(3)常用降压闪

16、蒸解吸(4)适于溶质含量高，而净化度要求不太高的场合(5)对设备腐蚀性小，不易变质(1)吸收容量对溶质分压小太敏感(2)吸收热效应显著(3)用低压蒸汽气提解吸(4)适于溶质含量小高，叫净化度要求很高的场合(5)对设备腐蚀性大，易变质2.2 吸收工艺的流程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，可以从不同角度进行分类，从所选用的吸收剂的种类 看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两步吸收流程，从所用的塔设备 数量看，可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程，从塔内气液两相的流向可分为逆流吸收流程、 并流吸收流程等基本流程，止匕外，还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。(

17、一)一步吸收流程和两步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

18、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）的显著优点而广泛应用。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，改善踏的操作条件。2.2.2 吸收工艺流程图及工艺过程说明混合气脱绢分气体A吸收剂吸收塔加热落解吸塔过热或汽¥1用液瓜程 施 诚 瑜 与 收 吸2.3 操作参数的选择2.3.1 操作温度的选择对于物理吸收而言，降低操作温度，对吸收有利。但低

19、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 吸收操作必须采用低于环境的温度操作。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2.3.2 操作压力的选择对于物理吸收，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

20、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 q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。2.3.3 吸收因子的选择吸收因子A是一个关联了气体处理量qn，v ,吸收剂用量qn，L以及气液相平衡常数m的综合的过程参数.式中qn,v 通过吸收塔的惰性气体处理量，kmol/h.m 气体相

21、平衡常数.吸收因子的值的大小对过程的经济性影响很大，选取较大的吸收因子，则过程的设备费用降低 而操作费用升高，在设计上，两者的数值应以过程的总费用最低为目标函数进行优化设计后确 定.从经验上看，吸收操作的目的不同，该值也有所不同。一般若以净化气体或提高溶质的回收 率为目的，则A值宜在1.22.0之间，一般情况可近似取A=1.4。而对于以制取液相产品为目 的吸收操作，A值可以取小于1.工程上更常用的确定吸收剂用量（或气提气用量）的方法是利 用求过程的最小液气比（对于再生过程求最小气液比），进而确定适宜的液气比，即qn,L (q ). min qn,V(Y Y2)(X* X2)qn, Lqn, L

22、qn, Vqn,Vq (1.22.0)(q)m.X*Yi对于低浓度气体吸收过程，由于吸收过程中气液相量变化较小，则有/qn，L(yi y2)()min qn，V (x* X2)qn,Lqn,Lq (1.2 2.0)(q h所qn,Vqn,Vx*yim2.4 吸收塔设备及填料的选择2.4.1 吸收塔的设备选择对于吸收过程，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出合适的 类型是进行工艺设计的首要工作.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，吸收用塔设备与精储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

23、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.但作为吸收过程，一般具有操作液起比大的特点，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U过程来说，以采用填料塔居多.但在液体流率很低 难以充分?闰湿填料，或塔径过大，使用填料塔不经济的情况下，以采用板式塔为宜.2.4.2 填料的选择各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的 塔填料。在选择塔填料时，应该考虑如下几个问题：(1)选择填料材质 选择填料材质应根据吸收系统的介质以及操作温度而定，一般情况下， 可

24、以选用塑料，金属，陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷， 塑料，玻璃，石墨，不锈钢等，对于温度较高的情况，应考虑材料的耐温性能。(2)填料类型的选择 填料类型的选择是一个比较复杂的问题。 一般来说，同一类填料塔中， 比表面积大的填料虽然具有较高的分离效率，但是由于在同样的处理量下，所需要的塔径较大，塔体造价升高。（3）对于水吸收S02 的过程、操作、温度及操作压力较低，工业上通常选用所了散装填料。在所了散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用 DN38 聚丙稀阶梯环填料。其主要性能参数为 2 ：比表面积孔隙率形状修正系数填料因子Aat =132.5m2=0.91

25、=1.451F =170m0.204C 33 dyn/ cm临界张力3塔的工艺计算113.1基础物性数据3.1.1液相物性数据20 C时水的有关物性数据:密度 l 998.2(kg/m3) 粘度 l 0.01(Pa s)3.6kg/(m h)表面张力 l 75 103(N /m)SO2在水中的扩散系数Dl 1.47 10 9(m2/s)3.1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为:混合气体的平均密度为VmMvmPMvmRTyMi101.30.08 64.06 0.92 29 31.80531.8058.314 2981.301kg/m3混合气体粘度近似于空气粘度，直接查得20摄氏度空气的粘度

26、为:v 1.81 10-5Pa S 0.065kg/(m h)$。2在空气中的扩散系数为：Dv 0.108cm2/s 0.039m2/h3.1.3气液平衡数据查得常压下20摄氏度时SO2在水中的亨利系数为：E 3.55 103KPa相平衡常数为：m EP溶解系数为：H EMs3.55 103 35.04101.325998.233 0.0156kmol /(kPa m3)3.55 1018.023.2物料衡算进塔气相摩尔比为:出塔气相摩尔比为:yiiyi0.081 0.080.0870丫2 Yi(1- a) 0.0870 (1 0.94) 0.00522进塔惰性气相流量为:qn,V120027

27、3 一(122.4 273 250.08) 45.151kmol/h该吸收过程属低浓度吸 收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计 算:Y 丫2丫/m X2对于纯溶剂吸收过程进塔液相组成为：X2 0qn,L (q ).minqn,V0.0870 0.005220.0.0870/35.04 032.9376r.i-t- f r 、r。" L。门，L取操作放气比为："1.4()min 1.4 32.9376 46.11264qn, Vqn, Vqn,L 46.11264 45.151 2082.032kmol / hqn,v(Y Y2) L(X1 X2)X145.151 (0.

28、0870 0.00522)2082.0320.001773.3塔径的计算及校核3.3.1 塔径的计算考虑到填料塔内塔的压力降，塔的操作压力为101.325 KPaPM 101.325 103 31.805 10 33v1.301 Kg/mRT 8.314 273 25液体密度可以近似取为3l 998.2 Kg /mWl 2082.032 18.02 37518.2kg/ hWv 1200 1.301 1561.2kg/h采用Eckert通用关联图计算泛点气速。Eckert通用关联图的横坐标为Wl / V 0.5()WV L0.86837518.2 (1.301 .0.51561.2998.2查

29、Eckert通用关联图得,V 0.2( V) L 0.021L式中:Uf :泛点气速m/s:重力加速度9.81m/s 2V, L：气相，液相密度kg/m3l ：液体粘度mPa - sf：试验填料因子，m:水密度与液体密度之比；（此处为1）本次设计选用的是塑料阶梯环类型填料。查表，其填料因子F 170mUf0.021g L0.2F V L泛点气速:0.9298m/s.0.021 9.81 998.2,170 1 1.301 10.2 0 5-0 85.、.对于散装填料，泛点率的经验值为UF 0.5,泛点率的选择，对于加压操作，选择较高的泛点率，减压操作选择较低的泛点率，此处取 u 0.8UF 0

30、.8 0.9298 0.744 m/sD4qV,Vu4 1200/3600 3.14 0.7440.755m圆整塔径D取800mm3.3.2泛点率校核4qv,v4 1200u 220.663 m/sD 3600 3.14 0.80013uUF100 000.6630.9298100 0071.3100在(50%-80%)之间，所以符合要求.3.3.3气体动能因子吸收塔内气体的动能因子为F u. g 0.663 1301 0.75qm/s(kg/m3)°.5气体动能因子在常用范围内。3.3.4 填料规格校核D 800 21.05 8,符合要求.d 383.3.5 液体喷淋密度校核最小湿

31、润速率为：(Lw)min 0.08m3/(m h)at 132.5m2/m3查附录五得 Umin(Lw)min at 0.08 132.5 10.6m3/m2 h74.80 Umin37518.2/998.220.765 0.8002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=800mrm理3.4填料层高度计算153.4.1传质单元数计算Y1*mX135.04 0.00177 0.06202Y2*mX2mqi,VN OGqn, L135.04 27.2 0.75992082.032ln(1 s)Y2 工S1 0.7599ln(1 0.7599)0.0870 00.00522

32、00.75996.49973.4.2传质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正恩田关联式计算at 1 exp 1.45 cl0.750.12U l U L at0.0520.2UlUlWl37512.2 _ _20.785 0.82atlL l atawatexpaw0.58at274666.003kg/(m2.h)0.751 45 42768094089674666.003274666.003132.50.20.120.0574666.003 132.5998.22 9.81998.2 940896 132.5气膜吸收系数由下式计算:kG 0.237 ( Uv )0.7(一v )1/3(a

33、tDv) at vvDvRT气体质量通量为:Uv1561.20.785 0.823107.48kg/(m2 h)kG0 237( 3107.48 严(0.065)1/3(132.5 0.039)132.5 0.0651.301 0.0398.314 29320.0337kmol /(mh kPa)31液膜吸收系数由下式计算由kGakGaw1.1，查表 5-14 得： 1.45Qa则kLaUUfkGaw1.10.471.31%k'Ga 1u9.5(,1 Ufk'la 1cu2.6(一 Uf则AaH OG1k'G aqn,VKYa 1 10.0337 0.604 132.5

34、 1.451.165 0.604 132.5 1.450.450%0.5)1.4kGa2 20.5) ha1_Hk'l a18.487qn,VKg3P1 9.5(0.71311 2.6(0.713134.059kmol/(m3 h kPa)108.175l/h0.5)1.4 4.059 8.487kmol/(m3 h2 230.5) 108.175 117.55kmol /(m110.0156 117.5545.15131.508 kmol /(m h kPa)2 0.588m1.508 101.325 0.785 0.8kPa)h kPa)3.4.3填料层高度计算Z HOG Nog

35、0.588 6.4997 3.82mZ' 1.25 3.82 4.78m所以设计取填料层高度为Z' 5m查附表5,对于阶梯环填料，h/D=815, hmax 6mh取D 8,则计算得填料层高度为：5000mmh 8 800 6400mm因此不需分段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1min考虑，则塔 釜液所占空间高度为：qV, LWlL 360037518.23600 998.20.0104(m3/s)1 60 qV,L _ _20.785 0.821.25(m)1 60 0.010420.785 0.82考虑到气

36、相接管所占空间高度，底部空间高度可取2.5m,所以塔的附属空间高度可以取为 1.25+2.5=3.75 米。因此塔的实际高度取 H=5+3.75=8.75（m）3.6 液体分布器的简要设计3.6.1 分布点密度及布液孔数的计算液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料达到预期分离效果的保证。为此，分布器设计中应注意以下几点：（1）、为保证液体在塔截面上均布，颗粒型（散装）填料的喷淋点数为 4080个/m2 （环 形填料自分布性能差应取高值）,止匕外，为减少壁流效应，喷淋孔的分布应使近塔壁 520 %区域内的液体流量不超过总液量的 10%。规整填料一般为100200

37、个/nf喷淋点。（2）、喷淋孔径不宜小于2mm,以免引起堵塞，孔径也不宜过大，否则液位高度难维持稳定 按照Eckert建议，D 800mm时，采用盘式分布器（筛孔式）。设计取喷淋点密度为170点/2 m 。布液点数为 n=0.785>0.82M70=85.408 点=86 点按Eckert建议值，D=800nim时，每60 cm 2搭接面设一个喷淋点 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：盘式分布器（筛孔式）：【5】分布盘直径：600mm 5分布盘厚度：4mm 53.6.2布液计算qv, ld2n 4.,2g Hqv,L：液体流量m3/sn:开孔数目:孔流系数，取0

38、.550.60d0： 孔径，mH :开孔上方的液位高度，m0.60 , H 160mm计算得：d0=12.5 mm设计取13 mm 03.6.3塔底液体保持管高度的计算取布液孔的直径为15mm则液位保持2管中的液位高度可由公式：qv,L -d2nkj2gh 得,即：h 4qV,L /2g :4d nk式中：d ：布液孔直径，mqV,L：液体流率，nm/sn:布液孔数k :孔流系数h :液体高度，mg :重力加速度，m/s2k值由小孔液体流动雷诺数决定可取 k 0.60 0.62因此，取k 0.60 220.1186(m)h4qV，L/2g4 37518.2 2/ 2 9.81d2nk998.2

39、 3600 3.14 0.0132 86 0.6根据经验，则液位保持管高度为：)h 1.15h 1.15 0.1186 0.1363(m)3.7 其他附属塔内件的选择3.7.1 液体再分布器当塔顶喷淋液体沿填料层下流时，存在向塔壁流动的趋势，导致壁流增加。此外，塔体倾斜、保温不良等也会加剧壁流现象。为提高塔的传质效果，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，以收集自伤以填料层来的液体，为下一填料层提供均匀的液体分布。3.7.2 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

40、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。3.7

41、.3 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。3.7.4 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500mmft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。

42、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.3.8 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算为例进行说明。气体和液体在管道中流速的选择原则 为：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）21 .液体进料接管进料

43、管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下取 u液 1.20m/s设计取进料管管内径D1 4qV，L , 4 37518.20.105mu法，998.2 3600 3.14 1.22 .气体进料接管采用直管进料。取气速u 18.0m/s二八升而、珏的片片以 c4qv,V（4 1200/3600 八设计取进科目 目径 D2 10.153mV u气V 3.14 18.03 .9填料层压力降的计算（1）气体进出口压力降由后面主要接管尺寸计算可知，气体的进出口接管内径为254mm则气体的进出口流速为：1200-,u 20.663m/ s3600 0.78

44、5 0.81 c 1则进口 P _ vU2 _ 1.301 0.6632 0.286Pa （突然扩大=1）2 2-_11 c11出口P2_ _Vu2_ _1.301 0.66320.143Pa （突然缩小=0.5）2 22 2(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WL ( V )0.5 0.868W/L查散装填料压降填料因子平均值得1p 116m1纵坐标为2u() L0.20.021g L查Eckert关联图得P33 13 9.81 127.53Pa/m Z所以填料层压力降P3 127.53 5 637.65Pa其它塔内间的压力降较小

45、，因此可忽略 于是得到吸收塔的总压力降为PP1P2P3 0.286 0.143 637.65 638.079Pa工艺设计计算结果汇总与主要符号说明基础物性数据和物料衡算结果汇总:表-1项目符号古匚且m /-V吸收剂（水）的密度P L998.2(kg/m 3)溶剂的粘度WL0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)溶剂表面张力8 L940896(kg/h2)二氧化硫在水中扩散系数DL1.47 X 105( cm 2/s)=5.29 X 10-6(m2/h)混合气体的平均摩尔质量Mvm30.75 g/-mol混合气体的平均密度V1.278 kg/m3二氧化硫在空气中扩散系数D0.108

46、X10-4(m2/s)=0.039(m 2/h)亨利系数E3.55 X 103 KPa;气液相平衡常数m35.04溶解度系数H0.0156 kmol /(m 3.KPa);二氧化硫进塔摩尔比Yi0.0870二氧化硫出塔摩尔比Y20.00522惰性气体摩尔流量G45.151 kmol/h ;吸收剂摩尔流量L2082.032 kmol/h液相进口摩尔比X0液相出口摩尔比X0.00177填料塔工艺尺寸计算结果表:表-2项目符号数值与计量单位气相质里流里Wv1561.2kg/h液相质里流里Wl37518.2kg/h塔径D800mm空塔气速u0.663m/s泛点率u/Uf66.35%喷淋密度U74.80

47、m3/(m 2.h)解吸因数S0.7599气相总传质单元数N OG6.4997液体质量通量UL74666.003 kg/(m2 h)气体质量通量UV3107.48kg/(m2 h)气膜吸收系数kG0.033 7kmol/(m2.h.kpa)液膜吸收系数h1.165 (m/h)气相总吸收系数（校正后）kGa8.487kmol/(m3-.h.kpa)液相总吸收系数（校正后）kl a117.55(l/h)气相总传质系数 MlKgH1.508 kmol/(m3-.h.kpa)气相传质单兀高度H OG0.588m填料层高度Z'5m填料塔上部空间高度hi1.3m填料塔下部空间高度h22.5m塔附属高度h33.8m塔高H8.8m布液孔数n86占八、孔径d00.013m开孔上方高度H0.16m液位保持管高度h，0.1363m流体力学参数计算结果汇总:表-3项目符号数值与计量单位气体进口压力降 Pl0.286 Pa;气体出口压力降 P20.143 Pa;填料层压力降 P3637.65 Pa;吸收塔总压力降 P638.079Pa;泛点率U./Uf71.31%气体动能因子FO.75qm/s(kg/m3)05所用Dn38聚丙烯塑料阶梯环填料主要性能参数汇总:表-4项目符号数值与计量单位公称直径Dn