二氧化硫填料吸收塔设计说明书

1、 设计课题： 2500M 3 /h二氧化硫填料吸收塔设计 概括吸收是一种单元操作，它利用液体中混合气体中各组分溶解度的差异，分离出气态的均匀混合物。在化工生产中，主要用于原料气的净化、有用成分的回收等。气液两相的分离是通过它们的紧密接触进行的。在正常操作下，气相是连续相，液相是分散相。气相成分不断变化，气相中的组分逐渐分离。填料塔是一种气液连续接触的气液传质设备，是一种差动接触逆流操作过程。塔底有一块支撑板，用来支撑填料，让气体和液体通过。支撑板上的填充物有整栋和随意堆放两种方式。填料层上方有液体分布装置，使液体均匀喷洒在填料层上。填料层孔隙率在90%以上，液泛点普遍较高，填料塔单位塔截面积生

2、产率高。研究表明，当压力小于0.3MPa时，填充柱的分离效率明显优于板式柱。本课程设计是用水吸收空气中的二氧化硫。所需设计包括塔径、填料塔高度、塔管尺寸等，需要通过物料平衡计算得到所需的基础数据，再计算所需尺寸，得到各种设计参数，为图纸的绘制奠定基础，并提供数据。参考。关键词吸收；填料塔；二氧化硫目录TOC o 1-3 h u 摘要 HYPERLINK l _Toc1787 PAGEREF _Toc1787 二_ HYPERLINK l _Toc810 第 1 章 引言 PAGEREF _Toc810 1 HYPERLINK l _Toc21549 1.1 国外填料塔发展现状及现状 PAGER

3、EF _Toc21549 1 HYPERLINK l _Toc7904 1.1.1 塔 PAGEREF _Toc7904 填料现状及发展趋势1 HYPERLINK l _Toc6720 1. 1.2塔部件现状及发展趋势 PAGEREF _Toc6720 2 HYPERLINK l _Toc6057 1. 1.3工艺流程现状及发展趋势 PAGEREF _Toc6057 3 HYPERLINK l _Toc2819 1.1.4托盘包装复合托盘 PAGEREF _Toc2819 3 HYPERLINK l _Toc32677 1.2 主题来源 PAGEREF _Toc32677 4 HYPERLIN

4、K l _Toc16737 1.3 吸收在工业生产中的应用 PAGEREF _Toc16737 4 HYPERLINK l _Toc14902 1.4 塔式设备概述 PAGEREF _Toc14902 4 HYPERLINK l _Toc32462 1.4.1塔式设备在化工生产中的作用及地位 PAGEREF _Toc32462 4 HYPERLINK l _Toc10290 1.4.2 塔设备的选择 PAGEREF _Toc10290 5 HYPERLINK l _Toc31022 第二章吸收塔设计方案 PAGEREF _Toc31022 8 HYPERLINK l _Toc18094 2.1

5、 吸收工艺选择 PAGEREF _Toc18094 8 HYPERLINK l _Toc23807 2.2 吸收塔设备及填料的选择 PAGEREF _Toc23807 9 HYPERLINK l _Toc1491 2.2.1 吸收塔设备的选择 PAGEREF _Toc1491 9 HYPERLINK l _Toc31715 2.2.2 填料的选择 PAGEREF _Toc31715 10 HYPERLINK l _Toc7997 第三章 吸收塔工艺条件的计算 PAGEREF _Toc7997 14 HYPERLINK l _Toc24317 3.1 基本物性数据 PAGEREF _Toc243

6、17 14 HYPERLINK l _Toc13062 3.1.1 液相物理数据 PAGEREF _Toc13062 14 HYPERLINK l _Toc2810 3.1.2 气相物性数据 PAGEREF _Toc2810 14 HYPERLINK l _Toc7455 3.1.3 气液平衡数据 PAGEREF _Toc7455 14 HYPERLINK l _Toc5663 3.2 物料平衡 PAGEREF _Toc5663 15 HYPERLINK l _Toc25733 15工艺尺寸计算 PAGEREF _Toc25733 HYPERLINK l _Toc13842 3.3.1 塔径计

7、算 PAGEREF _Toc13842 15 HYPERLINK l _Toc4189 3.3.2 液体喷雾密度检查 PAGEREF _Toc4189 17 HYPERLINK l _Toc17689 3.4 填料层高度的计算 PAGEREF _Toc17689 17 HYPERLINK l _Toc2752 3.4.1 传质单元数量的计算 PAGEREF _Toc2752 17 HYPERLINK l _Toc16935 3.4.2 传质单元高度的计算 PAGEREF _Toc16935 17 HYPERLINK l _Toc10001 3.4.3 包装高度的计算 PAGEREF _Toc1

8、0001 19 HYPERLINK l _Toc10856 3.5 塔架附着高度的计算 PAGEREF _Toc10856 20 HYPERLINK l _Toc20434 3.6 Packing Layer Drop PAGEREF _Toc20434 20的计算 HYPERLINK l _Toc16437 第四章 塔的选择 PAGEREF _Toc16437 22 HYPERLINK l _Toc16468 4.1 除雾器 PAGEREF _Toc16468 22 HYPERLINK l _Toc12946 4.1.1 工作气体流速的计算 PAGEREF _Toc12946 22 HYPE

9、RLINK l _Toc4278 4.1.2 直径 DN PAGEREF _Toc4278 23的计算 HYPERLINK l _Toc29088 4.2 液体分配器的选择 PAGEREF _Toc29088 23 HYPERLINK l _Toc20239 4.2.1 分布点密度计算 PAGEREF _Toc20239 24 HYPERLINK l _Toc8111 4.2.2 液体分布计算 PAGEREF _Toc8111 24 HYPERLINK l _Toc30392 4.3 液体再分配器 PAGEREF _Toc30392 25 HYPERLINK l _Toc19411 4.4 包

10、装支撑装置 PAGEREF _Toc19411 26 HYPERLINK l _Toc24334 4.5 包装压紧装置 PAGEREF _Toc24334 28 HYPERLINK l _Toc18984 4.6 气体和液体进出口装置的设计 PAGEREF _Toc18984 29 HYPERLINK l _Toc17705 4.6.1 进液管的计算 PAGEREF _Toc17705 29 HYPERLINK l _Toc24359 4.6.2 出液管计算 PAGEREF _Toc24359 30 HYPERLINK l _Toc28758 4.6.3 进气管计算 PAGEREF _Toc2

11、8758 30 HYPERLINK l _Toc24255 4.6.4 出气管计算 PAGEREF _Toc24255 30 HYPERLINK l _Toc12119 4.7 管道法兰选择 PAGEREF _Toc12119 31 HYPERLINK l _Toc9479 4.8 塔身人孔设置与选择 PAGEREF _Toc9479 32 HYPERLINK l _Toc7353 4.9 裙子的选择 PAGEREF _Toc7353 32 HYPERLINK l _Toc19133 4.10 开口加固 PAGEREF _Toc19133 33 HYPERLINK l _Toc31059 4.

12、10.1 收购加固 PAGEREF _Toc31059 33 HYPERLINK l _Toc15271 4.10.2 人孔加固 PAGEREF _Toc15271 35 HYPERLINK l _Toc24533 第 5 章填充柱的机械设计 PAGEREF _Toc24533 39 HYPERLINK l _Toc29046 5.1 填充柱机械设计介绍 PAGEREF _Toc29046 39 HYPERLINK l _Toc17153 5.2 塔架力学性能设计基本参数 PAGEREF _Toc17153 39 HYPERLINK l _Toc30791 5.2.1 塔设计区现状 PAGER

13、EF _Toc30791 39 HYPERLINK l _Toc25392 5.2.2 塔 PAGEREF _Toc25392 40设计参数 HYPERLINK l _Toc10488 5.2.3 塔架危险断面的确定 PAGEREF _Toc10488 40 HYPERLINK l _Toc4106 5.3 按设计压力计算塔身、塔头壁厚 PAGEREF _Toc4106 40 HYPERLINK l _Toc3526 5.4 设备质量载荷的计算 PAGEREF _Toc3526 41 HYPERLINK l _Toc10021 5.4.1 塔壳和裙部的质量 PAGEREF _Toc10021

14、41 HYPERLINK l _Toc24830 5.4.2 塔填料质量 PAGEREF _Toc24830 42 HYPERLINK l _Toc10372 5.4.3 平台扶梯质量 PAGEREF _Toc10372 42 HYPERLINK l _Toc7664 5.4.4 操作中的材料质量 PAGEREF _Toc7664 42 HYPERLINK l _Toc6182 5.4.5 塔配件质量 PAGEREF _Toc6182 43 HYPERLINK l _Toc7878 5.4.6 塔设备的各种质量 PAGEREF _Toc7878 43 HYPERLINK l _Toc23819

15、 5.5 风荷载和风弯矩的计算 PAGEREF _Toc23819 43 HYPERLINK l _Toc22013 5.4.1 塔设备的分割 PAGEREF _Toc22013 43 HYPERLINK l _Toc4436 5.4.2 每段风荷载 PAGEREF _Toc4436 45 HYPERLINK l _Toc26749 5.5.3 危险区域的风弯矩 PAGEREF _Toc26749 46 HYPERLINK l _Toc5222 5.6 危险区域的地震荷载 PAGEREF _Toc5222 47 HYPERLINK l _Toc21933 5.7 各种载荷引起的轴向应力 PAG

16、EREF _Toc21933 48 HYPERLINK l _Toc30530 5.7.1 设计压力引起的轴向拉应力 PAGEREF _Toc30530 48 HYPERLINK l _Toc23656 5.7.2 工作质量引起的轴向压应力 PAGEREF _Toc23656 48 HYPERLINK l _Toc3223 5.7.3 最大弯矩引起的轴向应力 PAGEREF _Toc3223 48 HYPERLINK l _Toc28668 5.8 塔身及裙部强度与稳定性校核 PAGEREF _Toc28668 49 HYPERLINK l _Toc25508 5.9 吊装时的应力校核 PAG

17、EREF _Toc25508 50 HYPERLINK l _Toc531 5.10 基本环设计 PAGEREF _Toc531 51 HYPERLINK l _Toc445 5.11 基础环厚度计算 PAGEREF _Toc445 53 HYPERLINK l _Toc23624 5.12 地脚螺栓选择 PAGEREF _Toc23624 53 HYPERLINK l _Toc16576 结论 PAGEREF _Toc16576 55 HYPERLINK l _Toc29956 参考文献 PAGEREF _Toc29956 56 HYPERLINK l _Toc14693 字 PAGEREF

18、 _Toc14693 57第一章 简介1.1 国外填料塔发展现状及现状填料塔是化工企业最常用的气液传质设备之一。塔体内设置填料，使气液两相达到良好传质所需的接触条件。填料塔结构简单，耐腐蚀材料使用方便，适用于小口径塔，压降小。但在大口径塔中使用时，存在效率低、重量大、成本高、清洗维护麻烦、填料损失大等缺点。近年来，人们对填料塔进行了大量的实质性研究，并取得了突破，主要是一些新型高效塔和塔填料的问世，再加上传质过程和放大效应的模拟。因此，填料塔在以往使用板式塔的场合，特别是在大型塔的应用中，得到了很好的应用，取得了良好的经济效果。下面从填料塔填料、塔部件、工艺流程，特别是塔填料三个方面来阐述填料

19、塔技术的现状和发展趋势。1.1.1塔填料现状及发展趋势首先，从塔填料来看，塔填料是填料塔的核心部件，是气液两相进行热质交换的场所。它为气液两相之间的传热和传质提供了有效的相界面。塔填料的性质决定了填料塔的运行。只有性能优良的塔填料辅以理想的塔部件，才能形成技术先进的填料塔。因此，对塔填料的研究十分活跃。塔填料的改进和更新的目的是提高流体的均匀分布，提高输送效率，降低流动阻力，提高流体的流速，以满足降耗、节能等多种需求。 ，设备扩大，高纯度产品制备。目前，在塔填料的发展中，除了对各种散装和规整填料结构的研究外，还对填料的材料、加工方法和表面特性进行了研究。规整填料是继散堆填料后近20年发展起来的

20、一种新型高效填料，国外品种较多。规整填料的应用已成为许多工厂分离提纯工艺技术改造的热点，成为工厂提高产量、提高分离效果、降低能耗、确保安全生产稳定的重要技术措施。手术。规整填料的特点是：分离效率高。这种填料可以根据需要制成更大的比表面积，因此可以增加每单位高度的理论塔板数。例如，每米丝网填料的理论塔板数可达10个以上。通量和操作灵活性大。规整填料允许的气体和液体通量都比较大，因此与相同塔径的板式塔相比，一般可以大幅度提高产量。同时，允许通量在较大范围内变化。规整填料本身的弹性比可高达100，但实际填料塔的弹性比主要受限于塔液分布器的操作弹性。阻力压降小。规整填料即使在大载荷下压降也相对较小，这

21、是它的显着特点。放大效果低。与颗粒填料不同，规整填料在大型色谱柱中使用时效率损失较小。在规整填料方面，我国也有不少研究成果。该大学与英国阿斯顿大学联合开发了一种名为 UnaPak 的脉冲规整填料。市天九新技术开发有限公司开发了高效廉价的板式规整填料。其80型（与台线相比，自主研发的碳钢镀铝板波纹盘根；清华大学，面积80m 2 /m 3 ）与MelaPak350Y型（相比于化工研究院分别研制轧制板网波纹填料；介质表面积为350电阻/m 3 )当量；大学填料塔新技术龚石化工程公司开发了LH型规整填料。 1991年，这些公司引进了Erzer公司的Melapak自动化生产，并在工业生产中取得了成功的应

22、用。规整填料不仅可以提高填料塔的分离效率，总体上可以节约能源，而且还适用于一些特殊应用，如难分离物料、热敏物料、对压降敏感的真空蒸馏等。 .等待。我国原盘式塔规整填料技术实施后，已有许多成功的应用实例。1. 1.2铁塔现状及发展趋势塔的组成部分包括气体分布器、填料支撑板、床层限制器、液体分布器、壁流收集分配锥、液体收集器和再分配器等，其设计、制造和安装极为重要。填充柱的分离性能首先取决于填料，其次取决于柱组件。因此，对于性能良好的大型填料塔，填料本身的高性能固然重要，但配套的塔部件，尤其是液体分布器和气体分布器，也至关重要。否则无法充分发挥填料的高性能，尤其是大口径、多侧线、浅床塔，气液分布非

23、常重要，往往是成败的关键.在新型填充柱技术中，液体分布非常重要，因为：（1）液体初始分布差会导致分离效率急剧下降，（2）初始分布差难以实现填充层的自然流动分布, (3 )渐进式高效填料一般具有较小的径向分布系数。因此，塔部件的设计，特别是液体分布器和进水结构的设计，已成为大型填料塔发展的核心问题。流体分配理论和技术是填料塔发展的先导。目前对液体初始分配器和再分配器的研究比较多，也比较充分和成熟。现在开发的形式有盘式、槽式、管式、槽盘式、喷嘴式和飞溅式。液体流出分配器的形式有小孔式、溢流式和喷雾式。气塔分布装置对于小口径塔来说不是很重要，气体容易分布均匀。一般塔从塔侧壁直接进塔，通常采用直管或倒

24、喇叭口式。对于大直径色谱柱（例如大于 2m），尤其是填料高度较低时，气体分布非常重要。气体分布不均会导致填料层的气相和液相分裂，从而显着降低塔的分离效率。大口径填料塔常用的配气装置有：支撑配气器和轴向径向配气器。目前，随着大型填料塔（尤其是浅填料床）的发展和使用，配气问题逐渐受到重视。实现他们的目标。近年来，为了进一步改善塔内气体的分布，提高传质效率，开发了许多性能优良的气体分布器。中国也开发了铁塔部件，部分技术也获得了专利。如天九新技术公司发明的虹吸式高弹性液体分配器已获得国家专利。国外厂家和国内部分单位有自己的技术秘密。1.1.3工艺流程现状及发展趋势高效填料塔技术用于各种工业系统的分离。

25、虽然设计侧重于塔体和塔部件等核心部件，但配套的外部工艺和换热系统应根据具体的工程具体情况而定。提升。如DMF回收装置扩建改造项目，要求使用原常压塔的顶部蒸汽。工艺过程中，常压塔与新增真空塔之间可采用双效蒸馏技术，降低能耗，提高产量。硝基氯苯分离项目将原来的“多塔精馏、两端结晶”工艺改为“单塔精馏、一端结晶”工艺，将富含间硝基氯苯的母液精馏分离至得到99%以上的间硝基氯苯，既提高了产品质量，又达到了降低能耗的技术效果。综合考察各分离工艺的优缺点。从工艺流程来看，将高连续、低热效率蒸馏与高选择性、高热效率吸附和膜分离相结合，建立复合分离技术是一种新的有效方法。节能技术。该技术特别适用于难以分离的系

26、统的分离。如生产燃料级乙醇。1.1.4托盘包装复合托盘为了获得满足分离要求的最佳设计参数（如理论塔板数、热负荷等）和最佳操作条件（如进料位置、回流比等），填料的设计column 可以准确计算整列。组分（尤其是腐蚀性组分）的浓度分布、温度分布、汽液流量分布等，往往采用高效填料塔完全分离技术。而且，自1980年代以来，以“高效填料与塔件”为代表的新型填料塔成套分离工程技术在国内受到广泛关注。由于其效率高、阻力小、通量大等优点，广泛应用于化工、石油化工、炼油等工业部门各种物质的分离。1990年代，高效填料塔成套分离工程技术开始向复合塔等工业化、复合化、节能化、大型化方向发展。所谓复合塔（Compou

27、ndTray），是指将塔盘与填料有机结合而成的一种新型塔盘。目的是补充托盘和包装的优点。该复合塔具有效率高、通量大、压降低的特点。在国内，复合塔板已成功应用于溶剂回收、酒精、丙酮、甲醇精馏等领域。最近，该大学的化学工程研究所又开发了另一种新型托盘填充复合塔（Jet CoflowPaktray）。塔板吸收了新型立式筛板帽中气液并流高效混合传质的特点，同时溶解了规整填料传质效率高、压降小、通量大的优点，形成气液 在填料中通过混合和并流进行传质分离的过程。此外，保留了垂直筛板水平对喷雾泡沫的夹带小的优点。实验表明，复合塔板与立式筛板相比，具有高效、低压降、操作灵活性高等特点，其对雾气的夹带与立式筛板

28、相媲美。该技术已获得国家专利。1.2 题目来源塔式设备是化工和炼油生产中最重要的设备之一。根据实际生产需要，模拟出满足生产需要的设计问题。1.3 吸收在工业生产中的应用化工生产中加工的原料、中间产品、粗品几乎都是混合物，而且大多是均质混合物。为了进一步加工和使用，这些混合物通常被分离成相对纯净或几乎纯净的物质。对于同质系统，为了将各组分分离，必须建立一个或两个系统，利用原系统中各组分之间在某种物理性质上的差异，使其中一个组分（或某些组分）从一个相变为另一个是为了分离。物质在相间的转移过程称为传质过程。吸收单元操作是化学工业中常见的传质过程。气体吸收主要用于化工生产，以达到以下目的：(1)有用成

29、分的回收。例如，焦炉煤气用硫酸处理回收二氧化硫，焦炉煤气用瓦斯油处理回收芳烃，裂解气用液态烃处理回收乙烯、丙烯等。(2)原料气的净化。例如，水和碱液用于从原料气中去除二氧化碳以合成二氧化硫，丙酮用于从裂解气中去除乙炔。(3) 某些产品的制备。例如，二氧化氮与水吸收制成硝酸，氯化氢与水吸收制成盐酸，甲醛与水吸收制成福尔马林溶液等。(4)废气处理。例如：发电厂锅炉的废气中含有二氧化硫。硝酸生产尾气中含有一氧化氮等有害气体，必须采用吸收法去除。1.4 塔式设备概述1.4.1 塔式设备在化工生产中的作用及地位塔式设备是化工、石油化工厂和炼油生产中最重要的设备之一。它能使气液或液液两相紧密接触，达到相间

30、传质和传热的目的。塔设备中完成的常见单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取。此外，工业气体的回收、气体的湿法净化与干燥、气液两相传质与传热的加湿除湿等1 。在化工厂、石化厂、炼油厂等，塔式设备的性能对整个装置的产品产量和体积、产能和消耗定额，以及三废处理和环境保护都有重大影响。据相关资料报道，塔式设备的投资成本占整个工艺设备投资成本的比重较大；因此，塔式设备的设计和研究受到了化工、炼油等行业的高度重视。作为传质过程中主要使用的塔设备，首先必须使气（汽）液相充分接触，才能获得更高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔式设备还必须考虑以下要求。(1) 生产能力大。在较大的气液流量下，不会出现大量

31、的雾气夹带、液体堵塞或液体泛滥等扰乱正常运行的现象。(2)运行稳定灵活。塔设备气液负荷波动较大时，仍能稳定运行，传质效率高。并且塔式设备应保证长期连续运行。(3)流体流动阻力小，即流体通过塔设备的压降小。这将大大节省生产中的电力消耗，从而减少经常性运营费用。(4)结构简单，耗材少，制造安装容易。(5)耐腐蚀不易堵塞，操作、调整、维修方便。事实上，对于任何现有的塔型，都不可能完全满足上述所有要求，只是在某些方面具有独特性。人们对高效率、大产能、运行稳定和低压降的追求，推动了新型结构型塔设备的不断出现和发展。1.4.2 塔设备的选择填料塔和板式塔均可用于蒸馏、吸收、解吸等气液传质过程，因此在选择塔

32、设备时必须综合考虑各种因素，如待处理物料的性质、运行条件和塔的处理，与维护有关的因素等。选型时没有绝对的选择标准，只能参考各种条件。表1-1填充柱与板式柱对比项目填料塔板塔压力下降小尺寸盘根，压降更大，而大尺寸盘根和规整填料，压降更小较大风速小尺寸填料的气速较低，而大尺寸填料和规整填料的气速较高较大塔效率传统填料效率较低，而新型散装填料和规整填料塔效率较高更稳定高效液气比对液量有一定要求较大流体容量更小更轻松安装和维护难的较大材料金属和非金属材料均可使用一般用途金属材料成本新包装，大投资更大直径的成本更低在填料塔和盘式塔的选择上，可以考虑以下条件作为填料塔的首选：(1)在分离度要求高的情况下，

33、由于部分新型填料传质效率高，可采用新型填料降低塔高；( 2 )对于热敏性物料的蒸馏分离，可优先选用真空操作的填料塔，新填料的持液量小，压降低；( 3 )对于腐蚀性材料，可以使用填料塔，因为填料塔可以采用非金属材料，如瓷、塑料等；( 4 )易起泡的物料宜采用填料塔，因为填料塔中气相主要不以气泡形式通过液相，可降低起泡风险。此外，填料还可以破坏泡沫。在以下情况下，可以首选托盘塔：(1)塔的滞液量大，要求塔的运行负荷变化范围大，对进料浓度的变化不敏感，要求操作简便稳定；( 2 )液相负荷小，因为在这种情况下，填料塔会因填料表面润湿不足而降低其分离效率；（ 3 ）含有固体颗粒的物料，易结垢，易结晶，因

34、为板式塔可以选择较大的液体流道，堵塞的风险小；( 4 )运行过程中有放热或物料需要加热，塔架内需安装加热盘管等热交换部件，需要多个进料口或多个侧出料口。这是因为，一方面盘式塔的结构易于实现，另外盘上的液体滞留较多，以便与加热管或冷却管进行有效的传热。考虑到以上条件和设计要求，本次设计选用填料塔。填料塔的特点是结构简单，压降小。可包装各种物料，特别是在处理易起泡的物料及用于真空作业时，具有得天独厚的优势。因此，它是一种广泛应用于石油、化工和轻工生产的传质设备。近年来由于填料结构的改进和新型高效高负荷填料的开发，不仅提高了塔的通过能力和分离能力，而且保持了压降小、稳定的特点。性能，因此填料塔已被推

35、广应用到大型气液操作中，并且在某些情况下，还取代了传统的板式塔。第二章吸收塔设计方案2.1 吸收工艺选择在填料吸收塔中，气液两相可采用逆流或并流，甚至其他合流方式。以下是几个常见的过程2 。(1) 并流流程气相和液相均从塔顶流向塔底，为并流操作。特点是不用担心发生溢流事故，可提高运行气速，提高产能。要求不高的场合。缺点是吸收剂用量特别大，塔液相中溶质浓度很低，不利于溶剂的再生循环，运行成本高。(2) 逆流气相从塔底进入，从塔顶排出，液相从塔顶进入，从塔底排出，为逆流操作。逆流操作时，落到塔底的液体与进入塔内的混合气体接触，有利于提高出塔液体的浓度，减少吸收剂的用量，有利于溶剂再生过程;与新鲜吸

36、收剂接触有利于降低出塔气体浓度，提高溶质吸收率。因此，工业吸收工艺多采用逆流吸收工艺。缺点是液体向下流动会受到上升气体的阻碍，严重时会引起液泛，限制了填料塔的允许气液流量。(3)完成液体部分再循环过程在逆流运行系统中，吸收塔排出的部分液体经泵冷却后与补充的新鲜吸收剂一起送回塔内，完成液体部分再循环过程。通常用于以下情况：吸收剂用量少时，提高塔的液雾浓度；提高吸收剂的使用效率；控制塔的温度，从而带走部分热量。需要注意的是，该过程的平均驱动力低于逆流操作，并且需要循环泵。(4)多塔串联逆流工艺当填料塔填料层高度或溶质溶解热较大，需要经常清洗填料时，为降低吸收系统温度，便于维护，单塔逆流工艺也可以拆

37、分成多柱串联逆流工艺。(5) 平流过程当吸收过程中使用的溶剂量较大时，如果采用上述过程，则容易发生溢流事故。为了防止溢流，操作气体流速必须很小，因此设备的生产能力很低。用于串联，液相用于并联。反之，对于气相流量大而液相流量不大的场合，可将液相串联，气相并联，以提高产量容量。水对二氧化硫的吸收是一种物理吸收过程，溶解度适中。为了提高传质效率，一般采用逆流吸收工艺。因为二氧化硫不需要回收，所以使用水作为吸收剂。流程如图 2.1 所示。图2.1流程图2.2 吸收塔设备及填料的选择2.2.1 吸收塔设备的选择对于吸收过程，有多种塔设备可以完成其分离任务。如何从众多的塔式设备中选择合适的型号是工艺设计的

38、首要任务。要开展这项工作，需要对吸收过程进行充分研究，经过多个方案的比较，才能得到满意的结果。一般来说，吸收用的塔设备与精馏过程所需的塔设备的原理要求相同，即采用直径较小的塔设备来完成规定的处理量、塔板或填料层的阻力。体积小，传输能力好。优质的性能、适宜的操作灵活性、结构简单、成本低、易于制造、安装、操作和维护。当液体流速很低，填料难以充分润湿，或柱径太大时，使用填充柱不是很经济，宜使用板式柱。但作为一种吸收工艺，一般具有操作液气比大的特点，因此更适用于填料塔。另外，填料塔阻力小，效率高，有利于工艺节能，因此吸收工艺多采用填料塔。本吸收塔的设计选用填料吸收塔。2.2.2 填料的选择填料类型3

39、:1、散装填料 目前散装填料主要有环形填料、马鞍填料、环形马鞍填料和球形填料。使用的材料是瓷器、塑料、石墨、玻璃和金属。(1)拉西环填料 拉西环是外径和高度相同的环，如图拉西环，是最早的填料。由于流体不易进入水平环形空间，拉西环填料气液分布差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已很少使用。(2) Pall ring 填料 如图 Pau 耳环所示，Pall ring 是 Raschig 环的改进。在拉西环的侧壁上开有两排矩形窗孔。一侧仍与壁相连，另一侧向环弯曲形成延伸的舌叶，舌叶的两侧在环的中心重叠。由于环壁的开口，鲍尔环大大提高了环空间和环面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比

40、，鲍尔环的气体通量可提高50%以上，传质效率可提高30%左右。鲍尔环是一种应用广泛的盘根。(3) 阶梯环填料如图阶梯环图所示。填料的阶梯环结构类似于鲍尔环填料。环壁上开有矩形孔，环上有两层交错45的十字形叶片。圆环的高度为直径的一半，圆环的一端带有喇叭形法兰。这种结构在鲍尔环的基础上提高了阶梯环填料的性能，其产能可提高10%左右，压降可降低25%。更好地避免了窜流现象。阶梯环通常由塑料和金属制成，并被广泛使用，因为它们优于其他侧壁有孔的填充物。(4)矩形马鞍形填料如图所示矩形马鞍形填料。将圆弧鞍形填料两端的圆弧面改为矩形面，两侧的尺寸不相等，即矩形鞍形填料。马鞍填料叠放时不会重叠，液体分布更均

41、匀。鞍形盘根一般采用瓷质材料，性能优于拉西环。目前，国内大部分使用瓷拉西环的场合已经被瓷马鞍形填料所取代。(5) 金属环鞍形盘根见金属环替换聚鞍形盘根。环鞍形盘根（国外称为Intalox）是考虑到环形和鞍形结构特点而设计的一种新型盘根。它由金属材料制成，因此也称为金属环鞍形盘根。环形马鞍形盘根集环形盘根和马鞍形盘根的优点于一体，综合性能优于鲍尔环和阶梯环，广泛应用于散装盘根。2 、规整填料 规整填料是由许多大小和形状相同的材料组成的填料单元，以规整的方式填充在塔体内。规整填料主要有板式波纹填料、丝网波纹填料、格力格、脉冲填料等。其中板波纹填料和丝网波纹填料使用的材料主要是金属丝网和塑料丝网。(

42、1)格子填料格子填料是由一定规则的条状单元组成，具有多种结构形式。工业上最早使用的网格填料是图 2.2(a) 所示的木质网格填料。目前最常见的应用有Gerich网格填料、网状网格填料、蜂窝网格填料等，其中以图2.2(b)所示的Gerich网格填料最具代表性。格栅填料比表面积低，主要用于要求压降小、负荷大、防堵的场合。(2)波纹填料目前工业上使用的规整填料大部分是波纹填料，它是由许多波纹片材组成的盘状填料。两个相邻的波纹板以相反的方向堆叠。每个填料盘垂直安装在塔内，相邻的两个填料盘呈90交错排列。瓦楞盘根按结构可分为网状瓦楞盘根和板状瓦楞盘根两大类，其材料分为金属、塑料和瓷质。丝网波纹填料是网状

43、波纹填料的主要形式，它是由丝网制成的。丝网波纹填料具有高减压和高分离效率，特别适用于精密精馏和真空精馏装置，为难分离和热敏性物料的精馏提供了有效手段。尽管它的成本很高，但由于其出色的性能，它仍然被广泛使用。如（d）所示，金属板波纹盘根是板波纹盘根的主要形式。填料的波纹板上冲有许多f5mm左右的小孔，可以将液体大致分布在板上，加强横向混合。将波纹片材卷成细槽，可起到将液体精细分布在片材上，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，特别适用于大口径塔及气体、液体负荷较大的场合。(3)金属轧制孔板波纹盘根金属轧制孔板波纹盘根是另一种具有代表性的板形波纹盘根。它与金属孔板波纹填料的主

44、要区别在于板的表面不是冲孔，而是刺孔，在板上滚出直径0.4 0.5mm的非常致密的小刺孔通过滚动。其分离能力与网状瓦楞盘根相近，但抗堵塞能力强于网状瓦楞盘根，而且价格便宜，应用广泛。波纹填料的优点是结构紧凑、阻力小、传质效率高、处理量大、比表面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等）。瓦楞填料的缺点是不适合处理粘度高、易聚合或有悬浮物的物料，装卸、清洗困难，成本高。(4) 脉冲填料 脉冲填料是一种由空心棱柱体按一定的颈缩方式组装而成的规整填料，如图2.2(e)所示。脉冲填料组装后，会形成一个狭窄的多孔棱柱形通道，其纵向流道会交替收缩和膨胀，气液两相通过时会产生强烈的湍流

45、。在颈缩段，气体速度最高，湍流强烈，从而增强了传质。在膨胀段，气体速度最小化，实现了两相的分离。通道收缩和扩张的交替重复实现了“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。由于其优异的液体分布性能，放大效果降低，因此特别适用于柱径较大的场合。工业上常用规整填料的特性，请参考相关手册。图 2.2 几种固体填充物填料的选择和灌装方法的确定：填料塔的运行性能直接关系到所选择的填料，填料性能的好坏是影响填料塔正常运行的主要因素。一般来说，选用的填料既要满足生产要求，又要尽可能降低设备的投资和运行成本。需要结合具体的生产任务，综合考虑填料的种类、材质、规格和灌装方式。一般选择

46、原则如下。1 、填料的比表面积应尽可能大。填料的比表面积越大，气液相间的有效接触面积越大，分离性能越好。2 、填料的孔隙率应尽可能大。如果填料孔隙率大，气液相流动阻力小，压降小，气液相分布均匀性好，填料表面利用率高，分离效率高，液驱可能性小，操作灵活性高，设备处理能力大。3 、填料层内气相和液相具有较好的均匀性。上述两种选择原则其实是矛盾的。填料的比表面积越大，填料的尺寸越小，孔隙率越小，压降越大。反之，填料尺寸越大，比表面积越小，孔隙率越大。当填料尺寸增大到一定程度时，容易造成偏流现象，严重降低分离效率。因此，在应用中必须综合考虑以上两个原则。色谱柱直径与填料公称直径之比 D/dp 通常应大

47、于 8 到 20。4 、填料稳定性好，有足够的机械强度。所选填料的材料不能与吸收系统的气相和液相发生化学反应，必须具有足够的机械强度，以防止填料受压或受热变形和破裂。5.廉价易得，制造简单。为减少设备投资，在相同的价值转移性能下，尽量选用最便宜的。为方便更换，应选用市面上常见的。对于特殊填料，为了便于加工，应尽量简化结构，降低制造成本。填充材料的选择：在工业上，材料的材质分为瓷、金属和塑料三大类：1.瓷填料瓷填料价格便宜，表面润湿性能好，耐腐蚀性和耐热性好，一般耐氢氟酸以外的各种酸碱腐蚀。工业上主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等工艺。缺点是脆易碎，不适合在高冲击强度下使用。2、金属材料可采

48、用多种金属材料，壁厚可减至0.21.0mm 。与同型号同规格的陶瓷和塑料填料相比，通量大，阻气小，抗冲击性高。 ，可在高温、高压和高冲击强度下使用，所以工业填料多为金属填料。3 、塑料填料塑料填料具有重量轻、价格低、耐冲击、不易破碎等优点。材料主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）等，国内普遍使用聚丙烯材料。塑料填料具有良好的耐腐蚀性能，可被常见的无机酸、碱和有机溶剂腐蚀。耐温性好，可在100以下长期使用。缺点是方便面的润湿性较差，必要时可通过表面处理加以改善。此外，聚丙烯填料在低温下具有冷脆性，在低于0的条件下，可选择聚氯乙烯填料。对于SO2吸水的工艺、操作、温度和操作压力

49、，工业上通常选用散装填料。在散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故选用DN38聚丙烯阶梯环填料。其主要性能参数：表2-1 DN38聚丙烯阶梯环填料性能参数材料公称通径毫米外径x高度毫米厚度毫米堆栈数个/m 3塑料383819127200堆积密度公斤/米3比表面积米2 /米3空隙率米3 /米3干填料系数1/米湿填充系数1/米575132.50.91175.6130第三章吸收塔工艺条件计算3.1 基本物性数据3.1.1 液相物性数据由于进气中 y1 的含量仅为 10%，且过程中液相的量相对于 SO2 的溶解量较大，因此溶液的物性数据可以近似为纯的物性数据。水。根据手册， 25水的相关物理数据

50、为：密度=997.08kg/m3；粘度ul = 0.0008937pa s ；表面力=0.07197N/m。计算 SO2 在水中的扩散系数：D l =1.5110-9m2/s 。3.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为0.164.06+0.929=32.5kg/kmol混合气体的平均密度为20取自手册。计算得到的 SO2 在空气中的扩散系数为3.1.3 气液平衡数据根据手册，常压下20水中SO2的亨利系数所以相平衡常数为：3.2 物料平衡1.进塔惰性组分摩尔流量V的测定2.进出口集中度换算进入塔内的气相摩尔比为：出塔气相摩尔比为：对于纯溶剂吸收工艺，进塔液相组成为从设计任务书可知，吸收

51、过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，因此可计算出最小液气比，代入值为：取操作液气比为最小液气比的 1.3 倍，因此，有得到 L=51.4092.02=4729.36塔底吸收液浓度为3.3 填料塔工艺尺寸计算3.3.1 塔径计算Eckert 一般相关图用于计算泛点处的气体流速4 。气体质量流量为：液相的质量流量可以根据纯水的流量近似计算，即埃克特一般相关图的横坐标值为查看埃克特一般相关图中随机堆积的一般虚线，纵坐标值为式中： - 浮点气体流速 m/sG重力加速度 9.81m/s2, 气相、液相密度 kg/m3 液体粘度 mPas填充因子，- 水密度与液体密度之比代替DN38聚丙烯阶梯环填料的填料

52、系数和干比表面积。对于水溶液， =1.0。所以取工作表观风速，所以工作表观风速圆塔直径，取D=1.2m3.3.2 浮点率校验和打包规范浮点率检查：实际充气速度所以（在允许范围内不会泛滥）灌装规格检查：（在允许范围内）3.3.3 液体喷雾密度检查取最小润湿速率为本设计采用聚丙烯阶梯环填料，其=132.5 。代入该值，最小喷雾密度为：液体喷雾密度由下式获得：因此，可以保证填料的润湿。由以上检查可知，选用DN38聚丙烯阶梯环填料，吸收塔直径为1200mm是合理的。3.4 填料层高度的计算3.4.1 传质单元数的计算由于吸收平衡线为直线，可用解析法计算：通过;解吸系数 S=代入公式计算：3.4.2 传

53、质单元高度计算SO2吸水过程的传质系数虽然有专门的经验相关公式，但专门的计算公式只适用于填料直径小于25mm的环形填料，所以本例采用修正的Ontian公式进行计算。式中： 单位体积填料层的润湿面积， ；- 填料的总比表面积， ；液体表面力， ；- 将液体铺展在填料上的最大表面力；- 液体通过空柱横截面的质量流量， ； ,- 液体的粘度， ；- 液体的密度， ；g重力加速度， 9.81 。乍得：液体质量流量：替换数值所以气膜吸收系数按下式计算：在：查阅手册并学习：对于梯形环代替液膜吸收系数：式中： 液体密度， ；- 液体的质量流量- 液相的粘度， ；重力加速度， 9.81 ；- 液体通过空柱横截

54、面的质量流量， ；单位体积填料层润湿面积， ；- 溶质在液相中的扩散系数， 。替换号码的价值：所以总吸收系数3.4.3 填料层高度计算考虑到设计过程的简化因素，余量系数取为1.1。因此，实际的包装层高度为：设计取填料层高度为：根据工艺设计手册，对于阶梯环填料塔，独立填料段高度与塔径之比应控制在8 15之间。以上计算结果表明，填料层总高度已经超过了最大允许独立填料段高度，因此需要分成两段进行填充，并在其间设置再分配器。3.5 塔身附高计算塔顶空间高度可取1.0m ，液体再分配器高度约0.5m 。假设液相在塔底的停留时间为1min，则塔底仍为液体所占据的空间高度为：考虑气相喷嘴占用空间的高度，底部

55、空间的高度可取为1.0m，因此塔的辅助高度为1.0+0.5+1.39+1.0=3.89m那么：塔的总高度为13+3.89=16.89 m，即塔的总高度约为17 m。3.6 保压降计算在填料塔逆流运行中，从塔顶喷出的液体在重力作用下在填料表面呈膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成填料层的压降。填料压降与喷液量和气体流速有关。在一定的气速下，喷液量越大，压降越大；在一定的喷液量下，气速越大，压降越高。大。散装填料的压降可以使用 Eckert 一般相关图来计算。计算时先根据气液负荷及相关物性数据求横坐标值，再根据运行空塔系数u及相关物性数据求纵坐标值，通过绘图求交点，读取出焦点等。得到压力

56、线值，即每米填料的压降值。式中： 浅塔风速，即按浅塔截面积计算的混合气体线速度， ；, 气液质量流量, ; 液体密度， ；气体密度， ；液体粘度， ；填充因子， ；g重力加速度，9.81 。横坐标：Y轴：从埃克特一般关联图可以发现：填料塔的压降为：其他柱部件的压降很小，可以忽略不计，所以填料压降为3220 Pa。第四章 塔架部件的选择4.1 除雾器丝网除沫器11由多层丝网和用于固定丝网的上下栅板组成。可分离大于5m的液滴，效率达99%；适用于清洁气体；阻力小，压降小于250Pa；丝网的厚度一般为100150mm。本设计采用上置式丝网除沫器，除沫器效率高于其他类型的除沫器。图4.1除雾器4.1.

57、1 运行气体流速计算运行风速计算如下( 4.1 )式中液驱气速，m/s；, 进入塔内的液滴和气体的密度，kg/m3；K气液过滤常数；选择SP型滤波器，则K=0.201 ，操作气体流速，取：4.1.2 直径DN的计算处理气体所需的流径 D 1计算如下( 4.2 )式中，D 1 处理气体所需的流量直径，m；Q气体处理能力，m 3 /s；工作气体流速，m/s。1 = 400mm 为四舍五入，则取 DN = 400mm。根据以上计算，选择H=150mm，储液厚度为25-50mm，网孔厚度为140mm，过滤网为SP型，材料为0Cr18Ni9网格，支撑材料为304顶部安装的金属丝网除雾器。其标签为：HG/

58、T21618 丝网除沫器 S400-150 SP 0Cr18Ni9/3044.2 液体分布器的选择图4. 2 - 隔间液体分配器因为液体体积比较大，气体体积比较小，液相负荷比较大，气相负荷比较低，所以选用槽式液体分布器。液体分布器的安装一般按埃克特推荐值高出填料层表面1mm（视操作灵活性而定）。塔的直径为0.7，分槽的宽度由液量和停留时间决定。最低液位为50mm，最高液位由运行弹性塔的允许高度和成本决定，一般为200mm左右。4.2.1 分布点密度计算根据Eckert建议值，当D=1200mm时，喷点密度为60点/m 2 。因此，当塔径为 1200 mmn=0.7851.226068点由于塔内

59、液体负荷较大，设计喷点密度为100点/m 2 。4.2.2 液体分布计算重力式液体分布器的液体分布能力计算由( 4.3 )式中 Ls液体流量，m3/s； n开口数（分布点数）； 孔隙流动系数，通常取=0.55 0.60 ； d0孔径，m； H开口上方的液面高度，m。取=0.60 ， =160mm，设计采取表 4-1 槽式液体分布器设计参考数据塔径(mm)洒水器分配槽液体负荷范围（m/h）外径（毫米）数量中心距（毫米）数量中心距（毫米）双槽1200D-2033001500301604.3 液体再分配器在距填料顶面一定距离处，喷出的液体开始向塔壁偏斜，然后沿塔壁向下流动，塔中心填料润湿不好，形成塔

60、壁不正常现象。所谓的“干锥”，减小了气液两相的有效接触面积。因此，液体再分配装置以一定的距离布置以克服这种现象。本设计选用升管式液体再分配器图4. 3升气管液体再分配器表4-2升溢流管尺寸直径d室壁厚度高度 h管中心距 tV型齿高h 1安排碳钢 2不锈钢1.5(2.53)d(23)d1020等边三角形由于塔径为1200mm，可选择气举管再分配器，外径1180mm，气举管8根。板厚S，碳钢S=4mm；不锈钢; S=3mm 。板的直径比塔的直径小20mm。单板宽度LL1400mm。直径 d 和立管数量。根据气体流量和允许空穴气体流量计算。立管直径为d100150mm，立管总自由截面积为塔截面积的1