水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计

1、吉林化工学院化工原理课程设计吉林化工学院 化工原理 课 程 设 计题目 水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计 教 学 院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2008 年 12 月 10 日 36课程设计任务书1. 设计题目水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计矿石焙烧护送出的气体冷却到25°C后送入填料塔中，用20°C清水洗涤除去其中SO2，入塔的炉气流量为3950m3/h，其中进塔SO2的摩尔分率为0.05，要求SO2吸收率为95%，吸收塔为常压下操作，因该过程气液比很大，吸收温度基本不变，可近似取为清水的温度，吸收剂用量为最小用量的1.5倍。2. 工艺操作条件（1） 操

2、作平均压力 ： 常压（2） 操 作 温 度 ： t=20°C（3） 每年生产时间 ： 7200h（4） 选用填料类型及规格自选目录第一章 绪 论11.1吸收技术的概况11.2吸收设备的发展11.3吸收在工业生产中的应用2第二章 设计方案42.1吸收剂的选择42.2吸收剂流程的选择52.3吸收塔的设备及填料的选择52.3.1吸收塔的设备52.3.2填料的类型72.3.3规整填料92.3.4填料的性能评价112.4吸收剂再生方法的选择122.5操作参数的选择132.5.1操作压力的选择132.5.2吸收因子的选择13第三章 吸收塔的工艺计算153.1基础物性数据153.1.1液相物性数据

3、153.1.2气相物性数据153.1.3气液相平衡数据153.2物料衡算163.3填料塔的工艺尺寸的计算173.3.1塔径的计算173.3.2泛点率校核173.3.3填料规格校核:183.3.4液体喷淋密度校核183.3.5传质单元数的计算183.4填料塔填料高度计算193.4.1传质单元高度计算193.4.2填料层高度计算203.4.3填料层压降:213.5填料塔附属高度计算213.6液体分布器简要设计223.6.1液体分布器的选型223.6.2分布点密度计算223.6.3 布液计算233.7其他附属塔内件的选择233.7.1液体分布器233.7.2液体收集及再分布装置243.7.3填料支承

4、装置243.8吸收塔的流体力学参数的计算243.8.1吸收塔的压力降243.8.2吸收塔的泛点率253.8.3气体动能因子263.9附属设备的计算与选择263.9.1离心泵的选择与计算263.9.2尺寸的计算举例27参考文献29结束语30工艺设计计算结果汇总与主要符号说明31带控制点的工艺流程图35设备条件图36教师评分表37第一章 绪 论1.1吸收技术的概况在化学工业中，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，以制取成品，或除去工业气体的有害成份，使气体进化，以便进一步加工处理，除去工业放空尾气，以免污染大气。气体的混合物分离，总是根据混合物中各组分间某种物理性

5、质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，吸收操作是其中之一，它根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离目的。气体的吸收是用适当的液体吸收剂与气体混合物接触，吸收气体混合物中一个或几个组分，使其中的各组分得以分离的一种操作。在化工生产中它主要用于原料气的净化、有用组分的回收、制取气体的溶液作为成品以及废气的治理等方面，因此吸收操作是一种重要的分离方法。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，而不能溶解的组分仍留在气体中，使气体混合物得到分离，吸收操作就是利用气体混合物中组分在液体中的溶解度不同来分离气体混合物的。在化学工业中

6、，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是：1）回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；2）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。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。本文为纯水吸收混合气中氨气的过程，混合气处理量为3000，操作平均压力为常压, 操作温度为25，每年生产时间为7200，公称直径 38的金属鲍尔环作填料。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而

7、使吸收过程易于进行，而且填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用乃腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。1.2吸收设备的发展工业规模的填料塔始于1881年的蒸馏操作中，1904年才用于炼油工业，20世纪中期，陆续出现了一批能适应各方面要求的新塔型，并对筛板塔一时期填料塔也进入了一个新的发展阶段，在拉西环填料被广泛采用后，弧鞍形填料相继问世，大大地促进了规整填料的发展，除了各种填料大量涌现外，还发展了多管塔、乳化塔等被称为高效填料塔的新塔型。从20世纪60年代起，新型填料有了较多的发展，属于散装料的有：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

8、改进型式，属于规整填料的有：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，格利希栅格填料，格子填料，拉伸金属网檀料，塑料蜂窝填料和脉冲填料等，同时还创建了是小球浮动来强化传质的湍球塔。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。吸收操作所用的设备。主体通常是各种吸收塔，最常用的是板式塔和填料塔。此外在化学工业生产中还使用其他类型的吸收器：喷洒式吸收器将液体喷洒成液滴，分散与空气中，以扩大相际间的接触面积。喷洒液滴可用高速转动的转盘也可用液体喷嘴。但用的最广的是通过高速分流分散液体的喷射塔。喷射塔的上部是喷射段，设有气液两相进口和喷杯。

9、进入喷射段的吸收剂连续溢入喷杯内,气体以高达2026m/s的速度由喷杯喷出,将吸收剂分散成细小雾滴。塔的中部是吸收段,气液两相在此充分接触，进行吸收。塔的底部是气液分离段。喷射塔结构简单，生产强度高，压降小，适用于易溶气体的吸收和伴有快速反应的化学吸收，一般用单级或双级。   表面吸收器  这种吸收器内具有固定的相际接触表面，气体在吸收器内掠过静止或缓慢流动的液体表面，适用于易溶气体的吸收和伴有快速反应的化学吸收。表面吸收器形状简单，可采用耐腐蚀材料制造，具体类型有陶瓷吸收罐、石英管吸收器、石墨板吸收器、管壳式湿壁吸收器等，其中有的类型能及时移去吸收产生的热量。&

10、#160;  拌吸收器  用涡轮搅拌器分散从下方导入的气体，以增强相际接触。为增加气体在液体中的停留时间，在涡轮上面设置一个帽形环使气体返回容器下部。也有的在液面处设置另一叶轮，推动气相返入液体中。这种吸收器适用于气体流量小或液相中悬浮有固体颗粒的吸收。1.3吸收在工业生产中的应用无论是物理吸收还是化学吸收在化学和类似的工业部门应用极为广泛，作为重要的分离过程其在工业上的应用大致有有以下几种。(1)原料气的净化 为出去原料气中所含的杂质，吸收可说是最常用的方法。就杂质的浓度来说，多数很低，但因危害大而仍要求高的净化率，如煤气中的H2S含量一般远低于1%(体积分数，下同)，但

11、净化率仍要求高于90%；也有的初始浓度相当高，如合成氨工业的变换气含CO2约28%，最后需脱除到0.01%以下。（2）有用组分的回收 采用吸收剂将气体中有效组分吸收下来得到成品吸收剂不再去解吸。例如，硫酸吸收So3制浓硫酸。如从焦炉煤气中用水回收氨，再用洗油回收粗苯蒸汽（包括苯、甲苯、二甲苯等），以及从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸汽等。 （3）某些产品的制取 将气体中需用的成分以指定的溶剂吸收出来，成为溶液态的产品或成品。如制酸工业中由含HCl、Nox（氮氧化物）或S03 的气体制取盐酸、硝酸或硫酸；甲醇（乙醇）蒸汽经氧化后，用水吸收以制成甲醛（乙醛）半成品等。 （4）废气的治理 很多工业废气

12、中含有SO2、NOx (主要是NO及NO2 )、汞蒸气等有害成分，虽然浓度一般甚低，但对人体和环境仍危害甚大而必须进行治理。这类环境保护问题在我国已愈来愈受到重视。选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气治理中应用较广的方法。 当然，以上目的有时也难以截然分开，如干燥废气中的有机溶剂，能回收下来就很有价值，任其排放则会污染大气。 在吸收过程中，传质是在两相接触表面上进行的。吸收设备应具有较大的气液接触表面，按吸收表面的形成方式，吸收设备有表面吸收器（如填料吸收塔）、鼓泡吸收器（如不同形式的板式塔）、以及喷洒吸收器（如喷洒或空心吸收器）等三类。本设计中采用填料吸收塔。第二章 设计方案2.1吸收剂的选

13、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.(一)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.(二)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

14、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.其良好的物理性能主要指吸收剂的粘性要小,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

15、性).吸收剂的经济性主要指应尽可能选用廉价易得的溶剂.溶质吸收剂氨水、硫酸丙酮蒸气水二氧化碳水、碱液、碳酸丙烯酯二氧化硫水苯蒸气煤油、洗油丁二烯乙醇二氯乙烯煤油一氧化碳铜氨液硫化氢碱液、砷碱液、有机溶剂氯化氢水本设计采用溶质二氧化硫吸收剂水。2.2吸收剂流程的选择吸收装置的流程主要有以下几种（1）逆流操作 气体自塔底进入由塔底排除，液相自塔顶进入由塔底排除，即此逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高。工业生产中采用逆流操作。（2）并流操作 气液两项均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常运用以

16、下情况：当吸收过程中平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；医溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大；逆流操作易引起液泛。（3）吸收剂部分在循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排除液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分在循环操作。通常用于以下的情况：当吸收剂的用量较小，为提高液体的喷淋密度；对于非等问吸收过程，为控制塔内的升温，需取出一部分热量。该流程特别适宜平衡数值很小的情况，通过吸收液的部分在循环提高吸收剂的使用效率。应予指出，吸收剂部分在循环操作较逆流操作平均推动力要低，切需要设置循环泵，操作费用增加。（4）多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，

17、或因为所处理物料等原因需经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大的空间，输液、喷淋、支承板等辅助装置增加，使设备投资加大。（5）串联并联混合操作 若吸收过程处理液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小，塔的生产能力降低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大而气相流程很大时，可采用液相作串联、气相作并联的混合流程。总之，在实际应用中应根据生产任务、工艺特点，结合各种流程的优缺点选择适宜的流程布置。本设计采用吸收塔中通常采用的是连续逆流

18、操作，因为逆流推动力大，传质速率快，分离效果好。2.3吸收塔的设备及填料的选择2.3.1吸收塔的设备（1）填料塔它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔

19、设计提供了基础。填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0512m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度68m3/(m2，h)以保证填料润湿，液气比控制在210L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。（2）湍球塔它是填料塔的一种特殊形式，运行时塔内填料处于运动状态，以强化吸收过程。在塔内栅板间放置一定数量的轻质小球填料(直径2938mm)，吸收剂自塔顶喷下，湿润小球表面，气体从塔底进

20、入，小球被吹起湍动旋转，由于气、液、固三相充分接触，小球表面液膜不断更新，增加了吸收推动力。提高了吸收效率。该塔制造、安装、维修较方便，可以用大小、质量不同的小球改变操作范围。该塔处理风量较大，空塔气速1560m/s，喷淋密度20110m3/(m2·h)，压力损失1 5003 800Pa，而且还可处理含尘气体。其缺点是塑料小球不能承受高温，小球易裂(一般051年)，需经常更换，成本高。（3）板式塔板式塔是在塔内装有一层层的塔板，液体从塔顶进入。气体从塔底进入，气液的传质、传热过程是在各个塔板上进行。板式塔种类很多。大致可分为二类：一类是降液管式，如泡罩塔、筛孔板塔、浮阀塔、S形单向流

21、板塔、舌形板塔、浮动喷射塔等；另一类是穿流式板塔，如穿流栅孔板塔(淋降板塔)、波纹穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。(5)筛孔板塔筛孔直径一般取510mm，筛孔总面积占筛板面积的1018。为使筛板上液层厚度保持均匀，筛板上设有溢流堰，液层厚度一般为40mn左右，筛板空塔风速约为1035m/s，筛板小孔气速613m/s，每层筛板阻力300600Pa。筛孔板塔主要优点是构造简单，处理风量大，并能处理含尘气体。不足之处是筛孔堵塞清理较麻烦，塔的安装要求严格，塔板应保持水平；操作弹性较小。(6)斜孔板塔斜孔板塔是筛孔板塔的另一形式。斜孔宽1020m，长1015mm，高6mm。空塔气流速度一般取1

22、35m/s，筛孔气流速度取1015m/s。气体从斜孔水平喷出，相邻两孔的孔口方向相反，交错排列，液体经溢流堰供至塔板(堰高30mm)，与气流方向垂直流动，造成气液的高度湍流，使气液表面不断更新，气液充分接触，传质效果较好，净化效率高，同时可以处理含尘气体，不易堵塞，每层筛板阻力约为400600Pa。该塔结构比筛孔板塔复杂，制造较困难，安装要求严格，容易发生偏流。(7)文氏管吸收器文氏管吸收器通常由文氏管、喷雾器和旋风分离器组成，操作时将液体雾化喷射到文氏喉管的气流中，气流速度为60100ms，处理100m3min的废气需液体雾化喷人量为40L/min。文氏管吸收器结构简单、设备小、占空间少、气

23、速高、处理量大、气液接触好、传质较容易，特别适用于捕集气流中的微小颗粒物。但因气液并流，气液接触时间短，不适合难溶或反应速度慢的气液吸收，而且压力损失大(8009000h)，能耗高。按吸收时气液作用方式吸收塔可分为表面式、膜式、喷淋式和鼓泡式等。本设计采用填料塔。2.3.2填料的类型填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料。【图片】几种典型的散装填料（1）拉西环填料拉

24、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

25、如图片阶梯环所示，阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力，锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。（4） 弧鞍填料弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成，如图片弧鞍填料所示。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两

26、侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容破碎，工业生产中应用不多。（5） 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。（6） 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，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍

27、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。（7） 球形(Spheroid)填料球形填料一般采用塑料注塑而成，其结构有多种，如图片球形填料所示。球形填料的特点是球体为空心，可以允许气体、液体从其内部通过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，所以气液分散性能好。球形填料一般只适用于某些特定的场合，工程上应用较少。 除上述几种较典型的散装填料外，近年来不断有构型独特的新型填料开发出来，如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。工业上常用的散装填料的特性数据可查有关手册。2.3.3规整填料(The whole filler o

28、f rules)规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。在散装填料发展的同时出现了规整填料。60年代以后，生产规模大型化要求具有大通量，能改善液体均匀分布，以提高分离效率及克服放大效应，降低填料层阻力及持液量，以起到节能效果。规整填料在这方面有独特的优点，因此各种规整填料运应而生。规整填料在整个塔截面上，集合形状规则、对称、均匀。它规定了气液流量，改善了沟流和壁流现象，压降可以很小。在相同的能量和压降下，与散装填料相比，可以安排更大的表面积，因此效率高。由于起结构的规整性，合理的设计可以做到几乎无放大效应。经过短短的

29、二十几年已经形成了比较完整的规整填料系列。规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。【图片】几种典型的规整填料（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

30、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。如图片3-12（c）所示，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。如图片3-12（d）所示，金属板波纹填料

31、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

32、，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

33、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。2.3.4填料的性能评价(The function of the filler evaluation)1填料的几何特性(Several characteristic)填料的几何特性数据主要包括比表面积(Compare the watch area)、空隙率(Crevicerate)、填料因子(Filler factor)等，是评价填料性能的基本参数。（1）比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表

34、面积，以a表示，其单位为m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。（2）空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以e 表示，其单位为m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。（3）填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e 3，称为填料因子，以f表示，其单位为1/m。填料因子分为干填料因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时的a/e3称为干填料因子，它反映填料的几何特性；填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，a和e 均发生相应的变化，此时的a/e

35、 3称为湿填料因子，它表示填料的流体力学性能，f值越小，表明流动阻力越小。（4）规整填料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填料尺寸的选择 实践表明，填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应

36、，造成塔的分离效率下降。一般来说，填料尺寸大，成本低，处理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔经常使用50mm的填料。表22 填料尺寸与塔径的对应关系塔径/填料尺寸/D300300D900D900202525385080 对于吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通选用金属散装填料。在塑料散装填料中，金属鲍尔环应用较广，故选用金属鲍尔环填料。2.4吸收剂再生方法的选择依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方法，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。（一）减压再生（闪蒸）吸收剂的减压再生是最

37、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，使得溶如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，那么解吸操作需在真空条件下进行，则过程可能不够经济。（二）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解吸温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于于常温的吸收操作，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。一般采用水蒸汽作为加热介质，加热

38、方法可以依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用缉间接蒸汽加热。（三）气提再生气提再生是在再生塔的底部通入惰性气体，使吸收剂表面溶质的分压降低，使吸收剂得以再生。常用气提气体是空气和水蒸气。本设计采用加热再生方法2.5操作参数的选择吸收塔的操作参数主要指操作压力和操作温度.2.5.1操作压力的选择吸收压力高 ：优点: 提高吸收过程的推动力,减少了气体的体积流量,可以减小塔径; 缺点: 降低了吸收剂的选择性; 吸收塔的造价可能升高。吸收压力低则相反。  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

39、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.2.5.2吸收因子的选择吸收因子是一个关联了气体处理量

40、，吸收剂用量以及气液相平衡常数的综合的过程参数.式中 -气体处理量, ；L-吸收剂用量，； m-气体相平衡常数。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,则值宜在1.22.0之间,一般情况可近似取=1.4.而对于以制取液相产品为目的吸收操作, 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

41、,即 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 式中 LS溶剂摩尔流量，kmol/s; GB惰气摩尔流量，kmol/s;Y1、Y2进、出口气体中溶质与惰气的摩尔比；X2进口液相中溶质与溶剂的摩尔比；Xe1与Y1成平衡的液相中溶质与溶剂的摩尔比。L液相摩尔流量，kmol/s；G气相摩尔流量，kmol/s；y1 、 y2进、出口气体中溶质的摩尔分率； x2井口液相中溶质摩尔分率；xe1与y1成平衡的液相摩尔分率；m相平衡常数。2第三章 吸收塔的工艺计算3.1基础物性数据3.1.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20时水的有关物性数

42、据如下：密度为 kg/m3粘度为 =3.6 kg/(m·h)表面张力为 SO2在水中的扩散系数为 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混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得，20时空气的粘度为由手册查得，SO2在空气中的扩散系数为 =0.039 m2/h3.1.3气液相平衡数据由参考书查得，常压下20时SO2在水中的亨利系数为相平衡常数为溶解度系数为3.2物料衡算进塔气相摩尔比为出塔气相摩尔比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，即对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为取操作液气比为3.3填料塔的

43、工艺尺寸的计算3.3.1塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相质量流量为液相质量流量可以近似按纯水的流量计算，即Eckert通用关系图的横坐标为查 查 得取圆整塔径，取D=1.4m3.3.2泛点率校核(在允许范围内)3.3.3填料规格校核:有即符合要求.3.3.4液体喷淋密度校核取最小润湿速率为：查附录五1得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。3.3.5传质单元数的计算 脱吸因数为气相总传质单元数为：3.4填料塔填料高度计算3.4.1传质单元高度计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：查得液体质量通量为气膜吸收系数有下式计算：气体

44、质量通量为： 液膜吸收系数由下式计算：由 ，查得则由 得由 3.4.2填料层高度计算由 得设计取填料层高度为查 对于阶梯环填料， h/D=510, 取，则 计算得填料塔高度为5000mm，故不需分段 。3.4.3填料层压降:气体通过填料层的压降采用Eckert关联图计算,其中横坐标为查得纵坐标为查得填料层压力降3.5填料塔附属高度计算塔上部空间高度可取1.2m,塔底液相停留时间按1min考虑,则塔釜所占空间高度为考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取1.6m,所以塔的附属高度可以取3.098m.所以塔高为塔径摘自JB/T4746-2002 曲面高度h1/mm 300 直边高度h2/mm

45、 403.6液体分布器简要设计3.6.1液体分布器的选型为了减少由于液体不良分布所引起的放大效应，充分发挥填料的效率，必须在填料塔中安装液体分布器，把液体均匀地分布于填料层顶部。液体初始分布的质量不仅影响着填料的传质效率，而且还会对填料的操作弹性产生影响。因此，液体分布器是填料塔内极为关键的内件，分布器的种类比较多，选择的依据主要有分布质量、操作弹性、处理量、气体阻力、对水平度等许多方面，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

46、、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分布点密度（点/m2），塔截面（m2）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

47、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。其他 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。3.6.2分布点密度计算按Eckert建议值，D1200mm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120点m2。布液点数为按分布点几

48、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，在槽侧面开孔，槽宽度80mm，槽高度为210mm,两槽中心距离为160mm.分布点采用三角形排列，实际布点数为n=132点。3.6.3 布液计算取布液孔直径为13mm，则液位保持管中的液位高度可得3.7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.3.7.1液体分布器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

49、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），此外，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个/喷淋点。（2）、喷淋孔径不宜小于2，以免引起堵塞，孔径也不宜过大，否则液位高度难维持稳定。液体分布器有以下几种形式:1. 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。2.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

50、，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。3. 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°、22.5°、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0.20.3m/s，支管流速取为0.150.2m

51、/s；采用泵送液则流速可提高。3.7.2液体收集及再分布装置液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，这种现象称为壁流。壁流将导致填料层内气液分布不均，使传质效率下降。为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置液体再分布装置。最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器。截锥式再分布器结构简单，安装方便，但它只起到将壁流向中心汇集的作用，无液体再分布的功能，一般用于直径小于0.6m的塔中。在通常情况下，一般将液体收集器及液体分布器同时使用，构成液体收集及再分布装置。液体收集器的作用是将上层填料流下的液体收集，然后送至液体分布器进行液体再分布。常用的液体收集器为斜板式液体收集器。前已述及，槽盘式

52、液体分布器兼有集液和分液的功能，故槽盘式液体分布器是优良的液体收集及再分布装置。3.7.3填料支承装置填料支承装置的作用是支承塔内的填料，常用的填料支承装置有如图片3-14所示的栅板型、孔管型、驼峰型等。支承装置的选择，主要的依据是塔径、填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流率等。3.8吸收塔的流体力学参数的计算3.8.1吸收塔的压力降填料塔的的压力降为：气体进出口压降:取气体进出口接管的内径为276mm,则气体的进出口流速为则进口压强为 （突然扩大 =1） 出口压强为 （突然缩小 =0.5）填料层压降:气体通过填料层的压降采用Eckert关联图计算,其中横坐标为查得纵坐标为查得填料层压力降 其它塔内件的压力降：其它塔内件的压力降较小，在此可以忽略 于是得吸收塔的总压力降为=211.63+105.82+1471.5=1788.953.8.2吸收塔的泛点率吸收塔操作气速为0.872m/s ，泛点气速为1.238m/s 所以泛点率为对于散装填料，其泛点率的经验值为：所以符合。3.8.3气体动能因子气体动能因子 3.9附属设备的计算与选择3.9.1离心泵的选择与计算计算过程如下 由3.9.2可知，所选管为热轧无缝钢管 校核管内流速则雷诺数局部阻力损失：三