二氧化硫吸收塔的设计计算

设计方案的确定用水吸收S02,为提高传质效率，选用逆流吸收过程。因用水作为吸收剂，且S02不作为产品，故采用纯溶剂。填料的选择该系统不属于难分离的系统，操作温度及压力较低，可采用散装填料，系统中有S02,有一定的腐蚀性，故考虑选用塑料鲍尔环，由于系统压降无特殊要求，考虑到不同尺寸鲍尔环的传质性能选用D38塑料鲍尔填料。g（三）设计步骤本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计（1） 吸收塔的物料衡算；（2） 填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；（3） 设计液体分布器及辅助设备的选型；（4） 绘制有关吸收操作图纸。基础数据液相的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水的物性数据由手册查得，20°C时水的有关物性数据如下：密度P厶=998.2kg/m3粘度巴=0.001Pa•s=3.6kg/（m•h）表面张力G厶=73dyn/cm=940896kg/h2

D=1.47X10-5cm2/s=5.29X10-6m2/hL气相的物性数据混合气体的平衡摩尔质量M=0.08X64.06+0.92X29=31.80g/mol混合气体的平均密度=1.322kg/m31013x31.80=1.322kg/m3Pg=8.314x(273+20)混合气体的粘度可以近似取空气的粘度，查手册20°C时空气的粘度为卩=1.81X10-5Pa・s=0.065kg/(m・h)G查手册得S02在空气中的扩散系数为D=0.108cm2/s=0.039m2/hG气液相平衡数据查手册，常压下20C时：S02在水中的亨利系数E=3.55X1O3kPa相平衡常数为m二P=3.55X103/101.3=35.04溶解度系数PH=——=998.2/3.55X103/60.06=0.00468kmol/hEMs相平衡关系为y二66.76676xi」53274、填料的填料因子及比表面积数据泛点填料因子e=184/mF压降填料因子e=114/mP

a=151m2/m3t填料临界表面张力bc=33dyn/cm=427680kg/h2物料衡算进塔气相摩尔比=0.0869Y=y1=0.08=0.08691 1-y1-0.081出塔气相摩尔比yn

21-y20.00141-0.0014=1.401X10-3进塔惰性气相流量7285000 273G二 x x(1-0.08)/(300x24)二38.72kmol/h22.4 273+20吸收过程属于低浓度吸收，最小液气比可按下式计算（l）y-rGminX*-X12对于纯溶剂的吸收过程，进塔液相组成为：X2=0由平衡关系解得 X*二1.798X10-31LY-Y 0.0869-1.401x10-3）二+ —二 二47.56GminX*-X 1.798x10-3-012取液气操作比为1.9L=1.9(L)二1.9x47.56二90.36GGminL二Gx90.36二38.72x90.36二3498.89kom/h所以操作线方程L L3489.98 3489.98Y=X+(Y一X)= X+(1.401x10-3一 x0)=90.13X+1.401x10-3G2G2 38.72 38.72塔底吸收液组成X：1G(Y一Y)二L(X一X)1212=9.485x10-4“ G(Y―Y)38.72x(0.0869―1.401x10-3=9.485x10-4X= 1 2=—1 L 3498.89表1：气相进出组成组成进口气体出口气体kg/h丿页量分数%kmol/h摩尔分数%kg/h丿页量分数%kmol/h摩尔分数%空气1122.8883.8938.72921122.8838.7299.86S02215.0416.13.36813.450.0540.14表2：液相进出组成组成进口液体出口液体kg/h质量分数%kmol/h摩尔分数%kg/h质量分数%kmol/h摩尔分数%HO2629771003489.891006297799.723498.8999.87S02____351.050.285.480.13填料塔工艺尺寸的计算塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相的质量流量G'二1011.8x1.322二1337.6kg/h液相的质量流量（可以近似用纯水的流量计算）L'二3489.98x18.02二62977kg/h参照Eckert通用关联图0006O.ODK0.004图1：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；(P——湿填料因子，简称填料因子，1/m；屮——水的密度和液体的密度之比；g 重力加速度，m/s2；PV、PL——分别为气体和液体的密度，kg/m3；wv、WL——分别为气体和液体的质量流量，kg/s。此图适用于乱堆的颗粒形填料，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。横坐标为629771.3221337.6)(998.2)0.5=1.71L629771.3221337.6)(998.2)0.5=1.71()(G)0.5=(G'oL查Eckert通用关联图，纵坐标为0.019即件媲巳卩0.2二0.014goLL表3：散装填料泛点填料因子平均值填料类型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环410——117160——金属环矩鞍——170150135120金属阶梯环————160140——塑料鲍尔环55028018414092塑料阶梯环——260170127——瓷矩鞍1100550200226——瓷拉西环1300832600410——查得：0二184m-1FuF0.014gpL-uF0.014gpL-0PP0.2FGL.'0.014x9.81x998.2V184X1X1.322X10.2二0.75m/su二0.6u二0.6x0.75二0.45m/s0FD4xlOll.8D4xlOll.8兀x0.45x3600=0.89m圆整塔径D=0.89m校核泛点率校核u=附83600=0.452m/s一兀x0.8924—=0452x100%=60.2%u0.75F填料规格校正D_D_890

~d~苗=21.8>8液体喷淋密度校核a=151m2/m3t取最小湿润速率为(L) =0.08m3/m・hwminU=(L)a=151x0.08=12.08m3/m•hminwmintU=U==84.55>Umin62970/998.2兀x0.8924经以上校核，填料塔直径选用D=890mm合理填料层高度的计算平衡关系为y=66.76676x1-15237y丰mx则用辛普森数值积分法求NAY%='丁(Y)dYP(孕+f匕)+4f仰+f5+f匕—¥2f®+fW+f(YJY1其中AY=矿 f(Y)=pY Y—Y*0(Y—Y)在固定积分区间［YY］取辛普森公式的步长为AY二'”o丿0,n 4'=0.021由平衡关系和操作线方程解得f(Y)=713.77f(Y)=54.35f(Y)=28.57f(Y)=20.16f(Y)=14.080 1 2 3 4N=7.93OG气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算液体的质量通量U二］629700二1012707.4kg/(m2・h)L-“x0.8924表4：常见材质的临界表面张力值材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡表面张力,mN/m56617333407520TOC\o"1-5"\h\za GUU2a U2w二1—exp{—1.45(c)0.75( —)0.1(lt)—0.05( l )0.2}a gayp2gpga1012707.421012707.42=1—exp{—1.45(33)0.75(1012707.4)0.1(1012707.42x151)—0.05( )073 151x3.6 998.22x1.27x108 998.2x946080x151二0.35a二0.18a二0.35x151二52.85wt气膜吸收系数如下计算：匸0-237(刖)0-7(冷)13(备)tG GG二2151.18kg/m二2151.18kg/m2・hnx0.8924k二0.237x(2151-18)0.7( O'065 )13[ 151xO'039 ]G 151x0.065 1.322x0.039 8.314x(273+20)=0.024液膜吸收系数如下计算k=0.0095(-^)23(-^)-12(崇)13l aypDpwL LL L=0.0095x(1628674.5、/ 3.689.996x3.6"3(998.2x5.29x10-6)-12(3.6x1.27x108998.2)13=1.143m/h由ka二ka叨」G Gw表5：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屮值0.720.7511.191.45查表申=1.45ka二kaqi.iG Gw二0.024x89.996x1.451.1=3.927kmol/((m3•h•kPa)ka二kap0.4L Lw二1.143x89.996x1.450.4二119.35 1/h—=60.2%>50%uF

kd=[1+9.5(上-0.5)i.4]kaG u GF二[1+9.5x(0.602-0.5)i.4]x3.927=5.34k'a=[1+2.6(上-0.5)2.2]kaL u LF二[1+2.6x(0.602-0.5)2.2]x115.485二121.88 1/h11+k'aHk'aGL111+5.340.0156x121.88=1.402kmol/m3・h・kPaHOGHOGKaA~KaPAYG_ 38.72二11.402x101.3x—兀x0.8324=0.504mZ二HN二0.504x7.15二3.60mOGOG取安全系数为1.25，则：Z'二1.25x4.346二4.50m所以，设计填料塔的高度为4.50m表6：散装填料分段高度推荐值填料类型h/DHmax/m拉西环2.5W4矩鞍5〜8W6鲍尔环5〜10W6阶梯环8〜15W6环矩鞍5〜15W6对于鲍尔环填料， —二5〜10,h<6,Dmaxh=6x890=5340mm4500mm<5340mm计算填料层高度为4500mm,故不需分段填料层压降的计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降L'p()(G)0.5=1.01G'pL表7：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306-11498-金属环矩鞍-13893.47136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-查得：0=114/mPu2^pp 0.452x114x11.322-PGLI0.2= x x10.2gpl 9.81 998.2L=0.0031查图

□P/Z二103.27□P二103.27x5.7=588.64Pa塔内件的选择7.1除雾沫装置的选择穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴，因此需在塔顶气体排出口前设置除沫器，以尽量除去气体中被夹带的液体雾沫，SO2溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。丝网除雾沫器：一般取丝网厚度H=100〜150mm,气体通过除沫器的压降约为120~250Pa。通过丝网除沫器的最大速二0.085x998二0.085x998.2—心2二2.33m/s1.322实际气速为最大气速的0.75~0.8倍所以实际气速u=0.75X2.33=1.75m/s7.2液体分布器的选型（1） 、由于液量较大，气体量相对较少，液相负荷相对较大，气相负荷相对较低，故选用底孔式大液量槽式分布器。（2） 分布点密度计算表8：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D=400330D=750170D三120042按Eckert建议值，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为120点/m2。

n=0.785x0.892xl20=75点（3）布液计算由重力型液体分布器布液能力计算由L=晋d2n©$2gAH/p式中Ls 液体流量，m3/s；n——开孔数目（分布点数目）；3 孔流系数，通常取申=0.55〜0.60；d0 孑L径，m；△H——开孔上方的液位高度，m。0.5取©=0.60，AH=l60mm,0.54Ll兀n申J2gAH/p厶丿4x4x62977/998.2x36000.5(3.14x75x0.6xJ2x9.81x0.16一998.2丿=0.094m设计取d0=94mm液体分布器的安装一般高于填料层表面150~300mm（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0.7〜0.8,这里取塔径的0.7,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。7.3填料支承装置填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量;提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。常用填料支承板有栅板式和气体喷射式。这里选用气液分流型支承装置，气体在支承的上部喷射出，而液体在支承的下部流出，气液各行其道，不必在同一孔中逆流通过。7.4填料床层定位器为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。对于塑料散装填料，本设计选用床层定位器。7.55、气体和液体的进出口装置管道的公称通径758(9()10012013014L0160185205:35:2601)气体和液体的进出口直径的计算Vs为流体的体积流量，m3/su为适宜的流体流速，m/s.常压气体进出口管气速可取10〜20m/s；液体进出口速度可取0.8〜1.5m/s选气体流速为15m/s由VS=62977/998.2/3600=0.02m3/sS代入上公式得d=41.2mm圆整之后，气体进出口管径为d=42mm选液体流速为2.0m/s，由VS=3498.89x18.02/(3600x998.2)=0.017m3/sS代入上公式得d=32.9mm圆整之后液体进出口管径为d=33mm(2)底液出口管径：选择d=33mm泵的选型由计算结果可以选用：IS100-80-125型的泵塔附属高的确定塔的附属空间高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器和液体再分度器所需的空间高度，塔的底部空间高度以及塔的群坐高度。塔的上部空间高度是指塔填料层以上，应有一足够的空间高度，以使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来，该高度一般取1.2-1.5。安装液体再分布器所需的塔空间高度依据所用分布器的形式而定一般需要l-1.5m的高度。塔的底部空间高度是指塔底最下一块塔板到塔底封头之间的垂直距离该空间高度含釜液所占的高度及釜液面上方的气液分离高度的两部分。釜液所占空间高度的确定是依据塔的釜液流量以及釜液在塔内的停留时间确定出空间容积，然后根据该容积和塔径计算出塔釜所占的空间高度。塔底液相液相停留时间按lmin考虑，则塔釜液所占空间为7 lx60x3498.89x18.02 4“h= =1.69ml0.785x3600x998.2x0.892考虑到气相接管所占的空间咼度，底部空间咼度可取1.7m,所以总塔高取6.2m。5)人孔公称压力公称直径密封面型标准号常压450mm平面(FS)HG21515-95设计结果汇总课程设计名称：水吸收SO2填料吸收塔的设计操作条件：操作温度20摄氏度操作压力：常压8.1物性数据液相气相液体密度998.2kg/m3混合气体平均摩尔质量30.4kg/kmol液体粘度3.6kg/(mh)混合气体的平均密度1.222kg/m3液体表面张力940896混合气体的粘度0.065kg/(m•h)SO2在水中的扩散系数5.29x10-6m2/hSO2在空气中的扩散系数0.039m2/h重力加速度1.27x108m/h8.2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H3.55xlO3kPa35.040.0156kmol/kPam38.3物料衡算数据YiY2X1X2气相流量G液相流量L最小液气比操作液气比0.0421.5X10-38X10-40135.15kmol/h6850.08kmol/h33.7950.6858.4工艺数据气相质量流量液相质量流量塔径气相总传质单元数气相总传质单元高度填料层咼度填料层压降4277123438.41.4m7.2320.601m5.7m588.64pa8.5填料塔附件除沫器液体分布器填料限定装置填料支承板丝网式槽式床层限制版气液分流型主要符号说明at 填料的总比表面积，m2/m3aw 填料的