SO2填料吸收设计完全版
一、设计方案的确定
吸收是根据气体混合物各组分在选定的液体吸收剂中溶解度的差异
或化学反应的不同而实现气体组分分离的传质单元操作。通常采用逆流操
作，本次设计所采用的吸收剂是清水，吸收空气中的二氧化硫，属于物理
吸收过程，再根据既定的方案设计填料塔及其附属结构。
1．装置流程的确定
吸收装置的流程主要有逆流、并流、吸收剂部分再循环、多塔并联、
串联—并联混合操作等方式。
逆流操作是指气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排
出。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，
吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。从传质的效率等因素综合
考虑，本吸收操作选择单塔逆流吸收。
2．吸收剂的选择
吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂
性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑
以下几方面。
(1)溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少
吸收剂的需用量。
(2)选择性 吸收剂对溶质组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中
的其他组分不吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离。
(3)挥发度要低 操作温度下吸收剂的蒸气压要低，以减少吸收和再生
过程中吸收剂的挥发损失。
(4)粘度 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动性越好，
有助于传质速率传热速率的提高。
(5)其他 所选用的吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易
爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。
一般说来，任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用时应针对
具体情况和主要矛盾，既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性。
本次吸收操作已经规定选择清水作为吸收剂。
3．操作温度与压力的确定
(1)操作温度的确定 由吸收过程的气液平衡关系可知．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由吸收系
统的具体情况决定；例如水吸收CO2的操作中用水量极大，吸收温度主要
出水温决定，而水温又取决于大气温度，故应考虑夏季循环水温高时补充
—定量地下水以维持适宜温度。
(2)操作压力的确定 由吸收过程的气液平衡关系可知，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，因此需结台具体工艺条件综合考虑，
以确定操作压力。
本次吸收已经规定吸收操作在常温常压下进行。
4．填料的选择
塔填料的选择是
填料塔设计中重要一环，一般要求塔填料具有较大的
通量，较低的压降，较高的传质效率，同时操作弹性大，性能稳定，能满
足物系的腐蚀性、污堵性、热敏性等特殊要求，填料的强度要高，便于塔
的拆装、检修、并且价格要低廉。为此填料应具有较大的比表面积，较高
的空隙率，结构要敞开，死角小， 液体的再分布性能好，填料的类型、尺
寸、材质选择适当。
塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）
等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般
的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100℃以下使
用。对于水吸收二氧化硫过程，在常温常压下进行，所以采用工艺上采用
塑料乱堆填料。综合考虑采用瓷质拉西环Dg25聚丙烯拉西环填料。
二、基础物性数据
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，30℃水的有关物性：
密度 ρL =995.7 kg/m3
粘度 μL2L=0.0008 Pa·S=2.88 kg/（m·h）
表面张力 σL=71.2 dyn/cm=922752 kg/h
SO在水中的扩散系数为
D=1.77×10-9 m2/s=1.77×10-9×3600 m2/h=6.372×10-6m2/h
2、气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为 M平均
平均
=ΣMi=0.06×64.06+0.94×29=31.10kg/mol
混合气体的平均密度为 ρ= PM/RT=101.325×31.10/(8.314×303.15)=1.250kg/m3
混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得30℃空气的粘度为:
μv=1.86×10-5 Pa·S=0.067 kg/(m·h)
3.气液相平衡数据
30℃时SO2在水中的溶解度系数为 H=0.0114 kmol/(m3·kPa),
常压下30℃时SO2在水中亨利系数为 E=4.85×103kPa
相平衡常数为 m=E/P=47.88
三、物料衡算
进塔气相摩尔比：Yb=yb/(1-yb)=0.06/(1-0.06)=0.0638
SO2吸收率（体积分数）：η=(yb-ya)/yb=(6-0.25)/6=95.8%
SO2排放含量（体积分数）：ya=0.0025(已知量)
出塔气相摩尔比：Ya=ya/(1-ya)=0.0025/(1-0.0025)=0.002506
进塔惰性气体流量：GB=2800×273.15×（1-0.06）÷303.15÷22.4=105.87kmol/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，
即
对于清水作吸收剂，Xa=0
拉西环
参考文献[1]
参考文献[2]
ρ=1.250kg/m3
GB=105.87
kmol/h
(L
值大约为0.016
为计算方便，采用与液体喷淋密度无关的泛点填料因子平均值，查表
（散装填料泛点填料因子平均值），得 φf=832m-1 (Dg25)
取u=0.7uf=0.7×0.3877=0.2714m/s 则
圆整塔径D=2.0m
泛点率的校核：
u=4Vs/DS/GB)min=(Yb-Ya)/(Xb*-Xa)=(Yb-Ya)/(Yb/m-Xa)
=（0.0638-0.002506）/（0.0638/47.88-0）
=46.00
假设先取操作液气比为1.4，则：
(LS/GB)=1.6(LS/GB)min=1.4×46.00=64.4
∴L=64.4×GB=64.4×105.87=6818.03kmol/h
对全塔进
行物料衡算，GB(Yb-Ya)=L(Xb-Xa)
Xb=GBS(Yb-Ya)/L+Xa=105.87×(0.0638-0.002506)/6818.03+0=0.00095
操作线方程：Y=(LS/GB)X+(Yb-(LS/GB)Xb)=64.4X+0.0026
四、填料塔的工艺尺寸计算
1.塔径的计算
气相质量流量：ωV=2800×1.250=3500kg/h
液相质量流量可近似按纯水计算：ωL=6818.03×18.02=122860.9kg/h
则，Eckert通用关联图横坐标为：
(ωL/ωV) (ρV/ρL)0.5=1.244,
查Eckert通用关联图得，从横坐标1.244处引垂线与乱堆填料泛点
线相交，由该点的纵坐标得
2π=4×2800/(3600×22×3.14)=0.2477m/s
u/uf=0.2477/0.3877=0.6389 (在允许范围0.5—0.8内）
填料规格校核：
D/d=2000/25=80>8 (在允许范围内)
液体喷淋密度的校核：
根据一些经验值，d＜75mm散装填料的最小润湿速率(MWR)
可取最小润湿速率(LW)min=0.08m3/m·h
查常用填料的特性数据表得
DN25 （25×25×0.8）的比表面积at=220m2/m3
UminWmint=(L)a=0.08×220=17.60m3/(m3·h)
L=6818.03
kmol/h
ωV=3500kg/h
ωL=122860.9
kg/h
Dg25
参考文献[3]
uf=0.3877m/s
取u=0.7uf
D=2.0m
D/d=>8 (在
允许范围内)
U=L
传质单元高度H
k
k
Z=Hb/(0.785D2)=122860.9/(995.7×0.785×2.02)=39.30m3/(m3·h) >Umin
经以上校核可知，填料塔直径选用2.0m合理。因此前文假设的Dg25及
u=0.7uf也是合理的。
2.填料层高度计算
脱吸因数S=mG/L=47.88×105.87÷6818.03=0.7435
气相总传质单元数
OG的计算
利用水吸收SO2的经验公式计算：
用水吸收SO2属于中等溶解度的吸收过程，气膜阻力和液膜阻力都应考虑，
计算体积吸收系数的经验公式如下：
Ga——气膜体积吸收分系数，kmol／(m3·h．Pa)
kLa——液膜体积吸收分系数，1/h；
G——气相空塔质量流速．kg／(m2·h)；
WL——液相空塔质量流速，kg／(m2·h)。
式中各常数列于下表：
Ga=9.81×10-4 ×35000.7×122860.90.95=20298.3 kmol／(m3·h．Pa)
kLa=0.0143×122860.90.85=302.9 h -1
OG·NOG=0.0965×7.736=0.747m
Z'=1.2~1.5Z,取Z'=1.3Z=1.3×0.747m=0.971≈1.0m
查散装填料分段高度值推荐表，对于拉西环填料
假设都合理
S=0.7435
NOG=7.736
HOG=0.00965
m
取Z'=1.3Z
=1.0m
参考文献[5]
h/D=8~15 hmax≤6m 取h/D=8， 则h=8×2.0=16.0m
计算得填料层高度为1.0m，所以不需要分段。
五、填料层压降计算：
采用Eckert通用 计算填料层压降。（计算时，先根据气液负荷及有关物性
数据，求出横坐标(ωL/ωV)(ρV/ρL)0.5值，再根据操作空塔气速u及有
关物性数据，求出纵坐标(u2φpψ/g)(ρV/ρL)μL0.2值。通过作图得出交点，
读出过交点的等压线数值，即得出每米填料层压压降值。）
横坐标(ωL/ωV)(ρV/ρL)0.5 =122860.9×（1.250/995.7）0.5/3500=1.244
查散装填料压降填料因子平均值表得
φp=832/m
纵坐标(u2φpψ/g)(ρVρL)μL0.2=(0.24772×832×1/9.81)×(1.25/995.
7)×10.2 =0.0065
查图得ΔP/Z=20×9.81=196.2Pa
填料层压降ΔP=196.2Pa
六．填料吸收塔的附属设备
1.液体分布器简要设计
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，也是使填料塔达到预期分离效果的保证。对液体分布器设计，一般要
求：
①液体分布要均匀；
②自由截面率要大；
③操作弹性要大；
④不易堵塞、不易引起雾沫夹带及起泡等：
⑤可用多种材料制作，且制造安装方便，容易调整水平。
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，颗粒型填料的喷淋点数为40～80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5～20％区域内的液体流量不超过总液量的10％。规整填料般为
100～200
个／m2 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。
2填料支承装置
填料支承结构是用于支承塔内填料及其所持有的气体阳液体的重量之
装置。对填料的基本要求是：
① 有足够的强度以支承填料的重量；
② 提供足够的自由截面以使气、液两相流体顺利通过；
③ 防止在此产生液泛；
④ 有利于液体的再分布：
参考文献[6]
ΔP=196.2Pa
⑤ 耐腐蚀，易制造．易装卸等。
填料支承装置分为两类：气液逆流通过平板型支承板，板上有筛孔或
栅板式;气体喷射型，分为圆柱升气管式的气体喷射型支承板和梁式气体喷
射型支承板。
支承面是平面的支撑装置，存在两个缺点：(1)气休和液体必须逆向通
过同一开孔，常导致板上积累一定高度的液层，甚至在液流量很小时，也
会发生这种现象，因此导致气液流动阻力很大；(2)通道易被第一层卧置的
填料所堵塞，因而降低了实际流通面积。
优良的支承板结构，必须是工作时的实际自由截面大于填料层中的白
由截面，气体喷射式支承板作为较好的结构，现已被普遍采用。
分块式气体喷射式支承板系用3—4mm厚的不锈钢板按规定尺寸冲出
许多长圆孔，压制成型后，焊接固定在扁钢圈内而成。波数和波距按塔径
具体确定。
长圆孔的尺寸选择原则：塔径D＜400mm时，最小填料为φ10 mm；
塔径D＞400~1200mm时，最小填料为φ15mm。
这种支承板可提供100％的自由截面，波形结构承载能力好，空隙率
又大。宜用于φ1200mm以下的塔。
为装卸方便，宜制成分块式结构，在波形内增设加强板，可提高支承
板的刚度。
分块式支承板的设计参考数据，列于表5-37。它的最大液体负荷为
145m
左图为气体
喷射式支承
板
3／(m2·h)
最大
承载能力为40000Pa。
3．填料压板
采用丝网压板 用金属丝编织成的大孔金属网与扁钢圈焊接而成的丝
网压板，在扁钢圈外周下侧，焊以限位台肩，利用焊在塔壁上的限位板，
来控制压板的上限位置，但压板不可固定在塔壁上。
4．液体喷淋装置
液体喷淋装置的作用是为了能有效地分布液体，提高填料表面的有效
利用率。当液体
喷淋装置设计不合理时，将导致液体分布不均，减少填料润湿面积，增加
液体沟流和壁流现象，直接影响填料的处理能力和分离效率：选择液体喷
淋装量的原则是能使液体均匀地分散开来，使整个塔截面的填料表面很好
地润湿，结构简单，制造和检修方便
左图为经水
平主管引入
的排管式喷
淋器
液体喷淋装量的安装位置，通常需高于填料层表面150—300mm，以
提供足够的自由空
间，让上升气流不受约束地穿过喷淋器。
排管式喷淋器是目前应用较为广泛的分布器之一，液体引入排管喷淋
器的方式有两种：—是液体内水平主管一侧(或两侧)引入，通过支管上的
小孔向填料层喷淋；二是由垂直的中心管引入，经水平主管通过支管上的
小孔喷淋。排管式喷淋器的排液量按式(5—2)计算，其小孔数(即喷淋点数)、
孔径随液体负荷而定，一般为φ3-5mm，且不得小于φ2mm，否则易于堵
塞。
在确定结构尺寸时，需调整支管排数、支管中心距及小孔间距。使之
适应不同塔径及液体负荷的要求。每根支管可开1-3排小孔，小孔中心线
与垂线的夹角可取15°、22°，5°、30°或45°等并以满足各股液流到
达填料表面时均匀布点为准。
主管及支管尺寸的确定按喷淋推动力不同异。当推动力仅为液柱高度
时，水平主管或垂直中心管内液体流速取0.2-0.3m/s,支管内液体流速为
0.15-0.2m/s。如果喷淋器借助泵送压力进行喷淋，则管内流速可适当提高，
但要求泵送压力平稳，否则将引起液流量的较大波动。 排管式喷淋器的
设计参考数据，列于表5-31。
当液体的最大负荷低于25m
3/(m2·h)时，按表列数据设计的排管式喷
淋器，可提供良好的液体分布。如果液体负荷太大．则液体将从孔门高速
喷出，形成雾状，易被气流夹带，影响分布效果。
排管式喷淋器一般用不锈钢或塑料制造。塑料的重量轻、耐腐蚀性能
好，所以，只要工作温度不高，就应尽量采用塑料。
排管式喷淋器安装高度至少高于填料层高度150-200mm
5．选择折流板式除雾器
它是利用惯性原理设计的最简单的除雾装置。除雾板由50mm×50mm×3mm的角钢组成．板间横向距离为25mm，如图所示。这种除雾器的结
构简单、有效，常和塔器构成一
个整体，阻力小，不易堵塞，能除去50μm以下的雾滴，压力降一般为50—I00Pa。
6、管口结构
一般管道为圆形，d为内径，水流速0.5~1.5m/s,常压下气体流速
10~20m/s。
气体出口管直径 d
国家标准规格，选择300×7.5 内径为0.285m，
d2=0.235m
圆整直径为
273×6
u=14.54m/s
选择
300×7.5
u=0.538m/s
2=0.235m
查国家标准规格，圆整直径为273×6
7.气体进口装置
气体进口装置的设计，应能防止淋下的液体进入管内，同时还要使
气体分散均匀，因此，不宜使气流直接由管接口或水平管冲入塔内，而应
使气流的出口朝向下方，使气流折转向上。对于直径为500mm以下的小
塔，可使进气管伸到塔的中心线位置，管端切成45o向下的斜口或直接向
下的长方形切口；对于直径1．5m以下的塔，管的末端可制成向下的喇叭
形扩大口；对于更大的塔，应考虑盘管式的分布结构。
气体入塔速度一般为10~18m/s，以降低突然扩大造成的压头损失，
并有利于气流均勾分布，当气速较高时，可配以喇叭管。大型塔中用配有
导流板的环形分布器。
8.气体出口装置
气体的出口装置，要求既能保证气体畅通，又应能尽量除去被夹带
的雾沫，可在气体出口前加装除沫挡板，如下图所示，当气体夹带较多雾
滴时，需另装除沫器。
9.液体进口管
液体的进口管直接通向喷淋装置，若喷淋装置进塔处为直管，其结构
和有关尺寸见图和表，若喷淋器为其他结构，则管门结构需根据具体情况
而定。
液体进口管选择尺寸76×4，见上表。
10.液体的出口装置
液体出口装置的设计应便于塔内液体的排放，防止破碎的瓷环堵塞出
口，并且要保证塔
内有一定的液封高度，防止气体短路。常见的液体出口结构如图所示。
11.接管长度
填料塔上各股物料的进出门管留在设备外边的长度h，可参照下表确
定。接管结构如下图所示。
液体进口管
选择尺寸
76×4
本吸收塔选择接管长度为150mm，常压下。
12.填料卸出口
根据填料塔的特点，需要有填料卸出口，以便于检修时将填料卸出。
填料坤出口的结构
与人孔L或手孔相似，尺寸按塔径来确定。大直径的塔可按标准人孔，小
直径的塔可选标准手孔,具体略。
13.仪表接口
填料塔上主要的仪表接口有压力计接口、分析取样口、温度计接口和
液位计接口等．压
力计接口及分析取样口可采用D
国家标准规格，选择300×7.5 内径为0.285m，
N15—25带法兰的接管，并附法兰盖；温
度计接口可采用
DN32或40带法兰的接管，并附法兰盖；液位计可按标准查取,具体略。
七、水泵及风机的选型
1．塔高的计算:
填料层
高度1m，排管式液体分布器安装高于填料层200mm，塔底空
间高度为0.8m，塔顶空间取0.8m，（装了除雾沫器，可以相对低一些），
塔的裙座高度初步设计为0.2m，则塔总高为约3m。
吸收剂循环泵功率计算及泵的选择
2.吸收剂入塔输送管管径计算
(1) 吸收剂入塔输送管管径计算
常压下，液体流速为0.5-1.5m/s
u=0.538m/s
(2)管路总长度估计
初步设计：l垂直=2m，l水平及弯=1m ，l总=3m
(3) 摩擦系数λ的确定
Re=
新的无缝钢管绝对粗糙度约值为0.02~0.1mm ，相对粗糙度为
,查莫狄图得摩擦系数λ约为0.015
(4) 输送吸收剂管路所需压头的计算
列出液体进口和液体出口的两截面的机械能守恒方程，即可求得压头
H
取ΔZ=2m，Δum
操作压力为常压，所以Δp即填料层压降=196.2Pa
(5) 泵功率计算
Ne=HQρg=2.06××995.7×9.81=689.7w，
由于所需的功率不算太大，所以只需选择较小功率的离心泵就够了。
查离心泵的规格，IS 50-32-125 中 n=1450 r/min Q=6.3m3/h H=5m
η=54%, N=0.16kW 的离心机最适合，
(6) 通风机的选择
易得空气入口和出口间的压差即为填料层压降、除雾沫器压降及阻力
损失(大约取240Pa)
Pt=ΔP+ρΔu2≈0
2+Δpf=196.2+150+0+240=586.2Pa
空气流量2800m3/h
查引风机型号参数表，得Y6-41-11No.2.5A型引风机较合适
转速： 2800rpm
流量： 451-1155m3/h
全风压： 1043-403Pa
电机功率：0.55kW
北京顺风通风机械制造有限公司
Re=3.7×105
λ=0.015
取ΔZ=2m
Δu2≈0
H=2.03m
Ne=689.7w
离心泵的规格
IS 50-32-125
引风机型号
Y6-41-11No.
2.5A
参考文献[7]
5107.3001.0.7995538.0.70du×=
××=
μρ012.081.92538.005746.03015.02dllH22ef=
×××=
+
=Σguλm3.0212.001.89.7995.21962H=+
×+=
3600995.7122860.9×
参考文献
[1]https://www.360docs.net/doc/7c10422400.html,/i?tn=baiduimage&ct=201326592&cl
[2]《化工原理》冯霄，何潮红 第二版（上册），P311
[3]《化工原理》 冯霄，何潮红 第二版（下册），P155-156
[3] 《化工原理课程设计》柴诚敬，刘国维，李阿娜 1994年10月第1版 122
[4]《常用化工单元设备设计》李功样，陈兰英，崔英德编 2003年04月第
1版107-108
[5]《化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）》贾绍义，柴诚
敬主编2002年08月第1版，144-145
[6]《化工原理课程设计》柴诚敬，刘国维，李阿娜1994年10月第1版134
[7] https://www.360docs.net/doc/7c10422400.html,/ProductShow.asp?ID=105