课程设计(清水吸收二氧化硫)

填料吸收塔课程设计说明书

专 业

化 学 制 药 班 级 制药111 姓 名 谢永朋 班 级 学 号 1132104138 指 导 老 师 刘郁 日 期 2013-04-10

成 绩

Xuzhou College of Industrial Technology

化工单元操作课程设计任务书

班级： 制药111 姓名： 谢永朋 学号： 1132104138

常压下，在填料吸收塔中用清水吸收炉气中的二氧化硫

一、设计条件

1. 操作方式：连续操作；

2. 生产能力：处理炉气量：2500+学号3/m h ；

3. 操作温度：25℃；

4. 操作压力：常压101.3kPa ；

5. 进塔混合气含量；二氧化硫的体积分数为（5.0+学号×0.01）％；其余为空气；

6. 进塔吸收剂：清水；

7. 二氧化硫回收率：95％； 二、设计要求

1.流程布置与说明；

2.工艺过程计算；

3.填料的选择；

4.填料塔工艺尺寸的确定；

5.输送机械功率的选型； 三、设计成果

1.设计任务书一份（A4打印）；

2.设计图纸：填料工艺条件图（CAD ：A3幅面） 四、设计时间(化学制药111班)

2013年3月25日-------2013年4月5日

目录

摘要： ................................................................................................................................................................ - 1 - 1、前言 .............................................................................................................................................................. - 1 -

1、1填料塔的简介 ................................................................................................................................... - 1 - 1、2吸收技术概括 ................................................................................................................................... - 1 - 1、3吸收操作在化学生产中的主要用途为： ....................................................................................... - 2 - 1、4 填料的选择 ...................................................................................................................................... - 2 -

化学制药教研室

2013年3月

1、4、1对填料的要求 ................................................................................................................. - 2 -

1、4、2 填料的种类和特性............................................................................................................ - 3 -

1、4、3 填料尺寸............................................................................................................................ - 3 -

1、4、4填料材质的选择................................................................................................................. - 3 -

2、水吸收二氧化硫填料塔设计...................................................................................................................... - 4 -

2、1 任务及操作条件.............................................................................................................................. - 4 -

2、2 吸收工艺流程图的确定.................................................................................................................. - 4 -

3、吸收工艺计算.............................................................................................................................................. - 4 -

3、1 基础物性计算.................................................................................................................................. - 4 -

3、1、1 液相物性计算.................................................................................................................... - 4 -

3、1、2 气相物性计算.................................................................................................................... - 5 -

3、1、3 气液相平衡数据................................................................................................................ - 5 -

3、2 物料衡算.......................................................................................................................................... - 6 -

3、2、1 操作线方程........................................................................................................................ - 7 -

3、3 填料塔的工艺尺寸的计算.............................................................................................................. - 7 -

3、3、1 塔径的计算........................................................................................................................ - 7 -

3、3、2 液体喷淋密度的求法： .................................................................................................. - 11 -

3、3、3 传质单元高度的计算 ...................................................................................................... - 13 -

3、3、4 传质单元数计算：.......................................................................................................... - 16 -

3、3、5 填料层的高度.................................................................................................................. - 17 -

3、4 填料层压降的计算........................................................................................................................ - 17 -

3、5 液体分布器计算............................................................................................................................ - 19 -

3、5、1 液体分布器：.................................................................................................................. - 19 -

3、5、2 液体分布器简要设计 ...................................................................................................... - 19 -

3、6 塔附属空间高度............................................................................................................................ - 21 -

3、7 其他附属塔内件的选择................................................................................................................ - 22 -

3、7、1 填料支撑装置.................................................................................................................. - 22 -

3、7、2 填料限定装置.................................................................................................................. - 22 -

3、7、3 气体和液体的进出口装置 .............................................................................................. - 22 -

3、7、4 除沫器.............................................................................................................................. - 23 -

3、8 设计结果汇总................................................................................................................................ - 24 -

3、9 主要符号说明................................................................................................................................ - 25 - 课程设计总结：.............................................................................................................................................. - 27 - 参考文献：...................................................................................................................................................... - 28 -

摘要：

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，其基本原理是利用气体混合物中的各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。

用于吸收的塔设备类型很多，有填料塔、板式塔、鼓泡塔、喷洒塔等。由于填料塔具有结构简单、阻力小、加工容易，可用耐腐蚀材料制作，吸收效果好，装置灵活等优点，故在化工、环保、冶炼等工业吸收操作中应用较普遍。如硝酸、硫酸吸收塔，二氧化硫、氨、、氯和二氧化碳回收塔等多为填料塔。特别是近年由于性能优良的新型散装和规整填料的开发，塔内件结构和设备的改进，改善了填料层内气液相的均匀与接触情况，使填料的负荷通量加大，阻力降低，效率提高，操作弹性大，放大效应较少，促使填料塔的应用广泛。

本设计任务是用25℃清水吸收气相中的二氧化硫，对于气体的吸收应采用气液传质设备吸收塔，因它具有较高的比表面积。用清水吸收二氧化硫属于中等溶解度的吸收，为提高吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。在吸收过程中，二氧化硫为腐蚀性气体，所以吸收选用塑料散装填料。因塑料阶梯环的综合性能较好，所以选用DN38聚乙烯阶梯环填料，梁式支撑板性能优良，有利于气液传质，因此选用梁式支撑板。因吸收液相负荷较大，而气相负荷强队较低，故选用槽式液体分布器。

1、前言

1、1填料塔的简介

填料塔是吸收操作中使用最广泛的一种塔形。如图1填料塔的典

型结构。

填料塔由填料、塔内件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料

两大类。塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压

紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。与

板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大、分离效

率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。

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300～700Pa，

与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0．5～1．2m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6～8m3/(m2，h）以保证填料润湿，气液比控制在2～10L/m3。

1、2吸收技术概括

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：

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与回收双重目的。

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的目的。

吸收操作中，能够溶解的组分称为吸收质，以A 表示；不被吸收的组分称为惰性组分，以B 表示；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂，以S 表示；吸收所得的溶液称为吸收液，其中主要成分为溶剂S 和溶质A ；吸收排出的气体称为尾气，主要成分为惰性气体B 和残余的少量溶质A ，过程如图1、2-1。

吸收过程只是使混合气体的溶质溶解于吸收剂中二得到一种溶液吗，但就溶质的存在形式而言，仍然使一种混合物，并没有得到纯度较高的气体溶质。在工业生产中，除以制取溶液产品为目的的吸收之外，大部分需要将吸收液进行解吸，以便得到村旌德溶质或使吸收剂再生后循环使用，解吸是使溶质从吸收液中释放出来的过程，是吸收的逆过程。如图1、2-2。 吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排

出，净化后的气体从塔顶排出。

1、3吸收操作在化学生产中的主要用途为：

（1）、净化或精制气体 例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化硫，用丙酮脱除

石油裂解气中的乙炔等;

（2）、制备某种气体的溶液 例如用水吸收二氧化氮制造硝酸，用水吸收氯化氢制备盐酸，用水吸收甲醛制备福尔马林永夜等；

（3）、回收气体中的有用组分 例如用硫酸处理焦炉煤气一回收其中的氨，用洗油处理焦炉气以回收其中的苯、二甲苯等，用液态烃处理石油裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等；

（4）、废气处理，保护环境 工业废气中含有SO 2、NO 、NO 2、H 2S 等有害气体，直接排入大气，对环境危害很大，可通过吸收操作使之净化，综合利用。

1、4 填料的选择 1、4、1 对填料的要求

填料塔对填料的要求具体表现在以下几个方面：

(1)比表面积 a t 要大， 比表面积 a t 是指单位堆积体积填料所具有的表面积

(2)能提供大的流体流量，即所选用的结构填料要敞开，使于死角区域的空间小， 有效空隙率大；

(3)液体的再分布性能要好；

吸 收

塔

吸收剂S

吸收剂和溶质S+A 溶质和惰性气体A+B

惰性气体和残余少量溶质B+A 图1、2-1 吸收操作示意图

解

吸

塔 贮槽

加热器 过热蒸汽 冷凝器 气体出口 液体出口 图1、2-2 解吸操作示意图

(4)填料要有足够的机械强度，尤其是非金属填料；

(5)价格低廉；

1、4、2 填料的种类和特性

工业填料按形状和结构分为颗粒填料和)规整填料：

(一)颗粒填料一般为湿法乱堆或干法乱的散装填料。主要有以下类型：拉西环填料，鲍尔环填料，阶梯环填料等环形填料；弧鞍形填料，环矩鞍填料等鞍形填料等。

(二)规整填料以一定的几何形状，整齐堆砌，工业用多为波纹填料，其优点是结构紧凑、传质效率高、处理量大，但不易处理粘度大或有悬浮物的物料，且造价高。

综合考虑上述因素，此次设计过程我选择阶梯环填料。

1、4、3 填料尺寸

填料尺寸直接影响塔底操作和设备投资。实践证明，塔径（D）与填料外径（d）之比值有一个下限值，若径比低于此下限值时，塔壁附近的填料空隙率大而不均匀，气流易短路及液体壁流等现象剧增。

各种填料的径比的下限：

拉西环20—30 （最小不低于8—10）

鲍尔环10—15 （最小不低于8）

阶梯环15 （最小不低于8）

对一定塔径，满足径比下限的填料可能有几种尺寸，应综合考虑填料性能及经济因素选定。

一般推荐:D≤300 时，选25 mm 的填料；

300mm ≤D ≤900mm 时，选25—38 mm 的填料。

D ≥900mm 时，选用50—70mm 的填料.

但一般大塔中常用50mm 的填料，但通量的提高不能补偿成本的降低。

1、4、4填料材质的选择

填料材质根据物系的腐蚀性，操作温度，材质的耐腐蚀性并综合考虑填料性能及经济因素来选择。

(1)陶瓷具有耐腐性及耐热性，但质脆、易碎，价格便宜。

(2)金属金属材质主要有碳钢，不锈钢，铝和铝合金等。

(3)塑料主要包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等，塑料耐腐蚀性、耐低热性好，但具有冷脆性，表面润湿性较差。

一般讲，操作温度较高但无显著腐蚀性时，选用金属填料；温度较低选用塑料填料；物系具有腐蚀性、操作温度高，宜采用陶瓷填料

考虑到本设计是利用清水吸收SO 2 吸收液显弱酸性，有一定的腐蚀性，同时考虑到经济的合理性及吸收的效率，故选用DN38聚乙烯阶梯环。

2、水吸收二氧化硫填料塔设计

2、1 任务及操作条件

①、操作方式：连续操作；

②、生产能力：处理炉气量：2500+学号3

/m

h ；

③、操作温度：25℃；

④、操作压力：常压101.3kPa ；

⑤、进塔混合气含量；二氧化硫的体积分数为（5.0+学号×0.01）％；其余为空气； ⑥、进塔吸收剂：清水；

⑦、二氧化硫回收率：95％；

2、2 吸收工艺流程图的确定

3、吸收工艺计算

已知数据整理记录：

3

32212=25C 25C T=298K 101.3kPa P=101.3kPa

=0

5.38%0.053895%=0.95m

m h h

t SO y SO χ???=??

??=?o o 总处理气量为2538V 2538

温度压力吸收剂为清水体积分数为的回收率为

3、1 基础物性计算 3、1、1 液相物性计算

对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可以近似取纯水的物性数据。 查手册得，25℃时的水的有关物性数据如下：

密度为： 3

997.05L kg

m ρ=

风机 温度计

缓冲器

尾气

液体再 分布器

塔顶取样 温度计

离心泵

塔底取样

排入地沟

清水

填料

填料

粘度：

0.8973 3.22()L kg

mPa S m h μ=?=?

表面张力

h

kg m N L 93273110x 97.713==-σ

SO 2在水中的扩散系数

22

9

-6

1.724x10

6.20610

L cm m D x s

h

-==

3、1、2 气相物性计算

混合气体的平均摩尔质量为：

0.053864.06(10.0538)29

0.053864.060.94622930.89

vm i i

M y M x x x x ==+-=+=∑

混合气体的平均密度为：

3101.330.89

1.2638.314298

vm vm PM x kg m RT x ρ==≈

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得25℃空气的粘度为：

()-5

V

1.83x100.066kg Pa s m h μ=?=?

查手册得SO 2在空气中的扩散系数为：

h m s

m D V

2

2

5

051

.010

x 422.1==-

3、1、3 气液相平衡数据

由手册查得。常压下25℃时，SO 2在水中的亨利系数为：

kPa E 3

10x 13.4=

相平衡常数

76.403

.10110x 13.43

===P E m 溶解度系数为：

0134.002

.18x 10x 13.405

.9973

S

≈=

=

EM H L

ρ

3、2 物料衡算

全塔物料衡算图3、2-1所示是一定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：

V —— 惰性气体的流量，kmol/h ；

L —— 吸收剂的流量，本文中指清水的流量，kmol/h ；

Y1、Y2 —— 进出吸收塔的气体的摩尔比，本文中指SO 2在气体

中的摩尔比；

X1、X2 —— 出塔、进塔液体中溶质的摩尔比。

注意：本课程设计中塔底截面一律用下标“1”表示，注意：本课

程设计中塔顶截面一律用下标“2”表示。

进塔气体摩尔比为：1110.0538

0.05686110.0538

y Y y =

==-- 出塔气摩尔比为：

21(1)(10.95)0.056860.002843Y Y x ?=-=-=

进塔惰性气体的流量为：

2538273

(10.0538)98.2122.427325

kmol V x x h =

-=+

根据设计任务知该过程属于低浓度吸收，平衡关系可近似为直线，最小液气比可按以

下公式计算，即：

12min 12()Y Y L

Y V X m

-=

-

对于纯溶剂或不含被吸收溶质的溶剂吸收，进塔液相组成为：

20

X =

带入数值，得：72.3876

.4005686.0002843.005686.0L min

=-=???

??V 取实际液气比为最小液气比的1.4倍，即

min 1.4()L L V V

=

V,Y 2

V,Y 1 L,X 2

L,X 1

得实际液气比：21.5472.38x 4.1==V

L

带入惰性气体流量98.21kmol

V h =

得：h kmol

L

96.532321.98x 21.54==

由1212()()V Y Y L X X -=-，求得吸收液出塔浓度为：

121()98.21x 0.056860.0028430.00099645323.96

V Y Y X L --=

==（）

3、2、1 操作线方程

根据操作线方程

??

? ??-+=?

?

? ??

-+=0009964.0x 21.9896.532305686.021.9896.532311X X V L Y X V L Y

002845

.021.54+=X Y

3、3 填料塔的工艺尺寸的计算 3、3、1 塔径的计算

气体沿塔上升可视为通过一个空管，故可按流量公式计算塔径

4

s

V D u

π=

式中：D ——塔径，m; V s ——气体的体积流量，

3m s

u —— 空塔气速，m

s

计算塔径的核心是确定适宜的空塔气速。

3、3、1、1 空塔气速的确定

通常由液泛气速来确定操作空塔气速。泛点气速是填料操作气速上线，填料塔的操作气速必须小于泛点气速。操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。

填料的泛点气速可由Eckert 通用关联图查的， 气相质量流量：

2538 1.2633205.494v v vm kg q x h

ωρ===

由于SO 2含量很少，液体质量流量可近似按纯水的流量计算，即：

h

kg L 76.9593702.18x 96.5323==ω

采用Ecekert 通用关联图法计算泛点气速u F

通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下：

图3、3、1、1-1填料塔泛点和压降的通用关联图（引自《化工原理》）

图中：

3

0.5

L 20.2

003

V V X=Y=1m g V V L V L

L L u g m u s

m s

kg m ωρωρφ?ρμ

ρφ?μρρωω??

?? ?

?????

?横坐标纵坐标——泛点气速，——湿填料因子，简称填料因子，——水的密度与液体密度之比

——重力加速度，

——液体的粘度，mPa s

、——分别为气体密度和液体密度，

、——分别为气体的质量分数和液体的质量分数

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。

使用该图时首先根据塔的气液相负荷和气液相密度计算横坐标参数X ，然后在图中乱堆填料的泛点线上确定与其对应的纵坐标Y ，从而求得操作条件下的泛点气速。

Eckert 通用关联图的横坐标为：

0652.105.997263.1x 494.320576.959375

.05

.0=??

? ??=???

? ??L

V V

L ρρωω

查图3、3、1、1-1得纵坐标为：

02.02

.02

0=μρ?φρL

V g u

查表3、3、1、1-1

表3、3、1、1-1 散装填料泛点填料因子平均值

查表得：1

170m

φ-=

2

.002

.02

002.0)

(μφ?ρρμρ?φρV L

L V g u Y g u Y =

=得为纵坐标此处根据：

由于吸收后所得液体为低浓度溶液此处液体密度可近似看成睡得密度，所以=1? 根据：

13

3

L V kg

=0.8973mPa 997.05170=1.263kg

m m

m μρφρ-==、、、

得 00.2

0.02x9.8x997.050.9644

170x1x1.263x0.8973m u s =

=

对散装填料，其泛点率的经验值为 8.0-6.00=u u 对规整填料，其泛点率的经验值为 95.05.00-=u u

（上式中u 0为泛点气速、u 为空塔气速，m

s ）

泛点率的选择主要考虑填料塔的操作压力和物系的发泡城都等。设计中，对于加压操作的塔，应取较高的泛点率；对于减压操作的塔，应取较低的泛点率；对于易起泡的物系，泛点率应较低；而无泡沫的物系，可取较高的泛点率。

填料尺寸/mm

填料名称 16 35 38 50 76 瓷拉西环 1300 832 600 410 - 瓷矩环 1100 550 200 226 - 塑料鲍尔环 550 280 184 140 92 金属鲍尔环 410 - 117 160 - 塑料阶梯环 - - 170 127 - 金属阶梯环 - - 160 140 - 金属环矩鞍

-

-

150

135

120

取

0m

0.70.9644x0.70.6751s

u u ===

3、3、1、2 塔经的确定

由2538

4x

43600D

1.1534m

3.14x0.6751s

V u

π=

=

≈

圆整塔经，取 1.2D m = 3、3、1、3 泛点率校正

泛点率校核：由于泛点附近流体力学性能的不稳定性，一般较难稳定操作，故一般要求泛点率在%80-%50之间，而对于易起泡的物系可低于%40。

泛点率校正：22

2538

4x

436000.62373.14x1.2s V m u s D π=

== 00.6237

0.646764.67%0.9644

u u === （在允许范围内） 填料规整校正:120031.5789838D mm d d ==>（为填料尺寸）

（在允许范围内）

以上式中：

。m

1—填料因子，

—;—液体粘度，—;

8.9—重力加速度，—;

的质量流量，—气体质量流量和液体—、;—气体密度，—;—液体密度，—;—空塔气速，—;泛点气速，——3

30φμωωρρs mPa L h

kg g h kg L V m kg V m kg L s m u s m u ?

3、3、2 液体喷淋密度的求法：

填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位截面积上液体的喷淋量，其计算式为：

)

，下同4785.0(785.02

π==

D

L U h

式中：

m

D h

m L h m m U h —填料塔的直径，—；—液体喷淋量，—；)

(—液体喷淋密度，

—323?

为使填料能获得良好的湿润，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限称为最小喷

淋密度，以min U 表示。

对于散装填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算：

t w a L U min min )(=

式中：

。

—填料的总比表面积，

—；

)(—最小润湿速率，

—)(；)

(—最小喷淋密度，

—3

23

min 23

min

m m a h m m

L h m m U t w ??

最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径

不超过75mm 的散装填料，可取最小润湿速度：

)(08

.0)(3

min

h m m L w ?=

本次设计选用DN38聚乙烯阶梯环环，其3

2

5.132m m a t =，代入数值，得最小喷淋密

度为：

)(6.105.13208.0)(23

min min h m m x a L U t w ?===

最小喷淋密度的校核：

求得液体喷淋密度为：

L 3

min 2222

95937.76997.0585.12()0.7850.7850.785x1.2h

L L m U U m h D D ωρ====>? 所以液体喷淋密度符合要求，即填料塔直径1200D mm =合理。

3、3、3 传质单元高度的计算

干填料比表面积为t a ,实际操作中润湿的填料比表面积为w a ，由于只有在湿润的填料表面才可能发生气、液传质，故w a 值具有实际意义。下面介绍计算的恩田（ONDA ）公式，该公式为：

0.10.20.750.052221exp 1.45w C L t L L t L t L L L L t a U a U U a a g a σσμρρσ-????????????=--?? ? ? ? ?????????????

式中：

()

23

2

3

2

2

C 2

3

L 82

kg h kg h ()

1.27x10w t L L L m a m

m a m kg U m s kg m h kg m m

g s σσμρ??——单位体积填料层的润湿面积，

；

——填料的总表面积，

；

——液体表面张力，

；

——填料上液体铺展的最大的表面张力，

；

——液体通过空塔截面的质量流速，；

——液体的粘度，；

——液体的密度，

；

——重力加速度,。

查表3、3、3-1

表3、3、3-1不同填料材质的临界表面张力

材质 )(1-?m mN C σ

材质 )(1-?m mN C σ

材质 )(1-?m mN C σ

表面涂石蜡

20 石墨 56 刚 75 聚四氯乙烯 18.5 陶瓷 61 聚乙烯 75 聚苯乙烯 31 玻璃 73 聚苯稀 54 聚丙烯

33

聚氯乙烯

40

得：

2397200010x 75h kg

m N C ==-σ

流体流量流量为：

22295937.7684870.63()0.7850.785x1.2L

L kg U m h D ω??===?????

代入数值，得：

{}

-??????

-?? ? ?

??????

=-????

???? ? ???

?

?????=--=0.750.1

0.050.2222897200084870.631.45x x 932731132.5x3.221exp 84870.63x132.584870.63x 997.05x1.27x10997.05x932731x132.51exp 1.45x1.03x1.6977x1.2767x0.56671w t x a a {}-=?==2

3

exp -1.83450.8403

0.8403111.34

W t m a a m

气膜吸收系数由下列计算：

1.13

17

.0237.0ψρμμ

???

? ?????

? ?????

? ??=RT D a D a U k V t V

VM V V t V

G

式中：

()—填料形状修正系数。—；

—重力加速度，—；气体的密度，——；系数，—溶质在空气中的扩散—；—气体的粘度，—；

质量流速，—气体通过空塔截面的—；

—填料的总比表面积，

—ψρμ23

VM 2V 2

3

2m 8.9m kg kg s

g h

m D s

m s m kg U m m a V V t ??

气膜质量通量为：

()

2222538x1.2632835.720.7850.785x1.2VM V V kg U m h D ρ===?总

液膜传质系数由下式计算：

4.03

15

.03

20095.0ψρμρμμ

???

? ?????

? ?????

? ??=-L L L

L L L W L

L

g D a U k 式中：

()—填料的形状修正系数

—；

系数，

—溶质在液相中的扩散—；

湿面积，

—单位体积填料层的润—；

质量流速，—液体通过空塔截面的—；

—重力加速度，—；—液相的粘度，—；—液体的质量流速，—；—液体的密度，

—ψμρh

m D m m a s

m

kg U s

m x g s

m ms

kg U m kg L W

L L L 23

22

283

L 1027.1kg ??

查表3、3、3-2

表3、3、3-2几种填料的形状修正系数

填料

圆球 圆棒 拉西环 弧鞍 开孔环 ψ

0.72

0.75

1

1.19

1.45

本设计中的填料是阶梯环，属于为开孔环填料，所以45.1=ψ

则：

()

0.713

1.1

2

2835.720.066132.5x0.0510.237x x x x1.45132.5x0.066 1.263x0.0518.314x(27325)0.237x57.23x1.01x0.002727x1.500.05604G k kg

m

h kPa

??????= ? ? ?

+??????

==??

-

-??????

= ? ?

?

??

??

??

==13

0.5

23

8

0.4684870.63 3.22 3.22x1.27x100.0095x x x x1.45

111.34x3.22997.05997.05x6.206x100.0095x38.27x0.04384x74.2986x1.160

1.3737L k m

h

体积传质系数：

()

===??30.05604x111.34 6.2395Ga G W kmol

k k a m h kPa

===1.3737x111.34152.9478La L W L

k k a h

修正的恩田公式只适用于0u u ≤的情况，当05.0u u >时，需要按下式进行校正，即：

()[]

()

[]La

La

Ga

Ga k

u

u k k u u k 2

.20

4

.105.06.215.05.91-+='-+='

此设计中

00.62370.646764.67%0.9644

u u ===，所以 ()()'??=+-??

=??'??=+-??

= 1.43 2.219.5x 0.64670.5x6.2395

10.271 2.6x 0.64670.5x152.9478158.78Ga La k kmol

m h kPa

k L

h

则 =

=

+

+

'

'

=??311

1

1

11

10.270.0134x158.78

1.7625Ga Ga La K k Hk kmol

m h kPa

气相总传质单元高度为：

()=Ω=ΩΩ=

=（是塔截面积）

2

98.21

0.48661.7625x101.3x0.785x1.2

OG Ya Ga H V

K V

K P m

3、3、4 传质单元数计算：

112240.76x0.00099640.040610

Y mX Y mX **

=====

脱吸因子：

7519.096

.532321.98x 76.40===L mV S

气相总传质单元数为：

()()12OG 22

1

N ln 1110.05686x ln 10.7519x 0.751910.75190.0028437.025Y Y S S S Y Y m

**

??-=-+??--??

??=-+??-??= 3、3、5 填料层的高度

===x 0.4866x7.025 3.4184OG OG Z H N m

根据设计经验，填料层的设计高度一般为：

Z Z )

5.12.1(→=' 式中：

m

层高度，—工艺计算得到的填料—m

，—设计时的填料层高度—Z Z '

'==1.5 5.1276Z Z m

设计填料层高度为：Z 6m '= 查表3、3、5-1

表3、3、5-1 填料层的分离高度

填料种类 填料高度/塔径 分段高度，m 填料种类 填料高度/塔径 分段高度，m

拉西环 2.5~3 <=4 鲍尔环 5~10 <=6 矩鞍环

5~8

<=6

阶梯环

8~15

<=6

对于阶梯环填料，填料高度h/塔径D=8~15，分段高度m h 6max ≤。 取

8=D

d

，则812009600h x mm ==

计算的填料层高度为6000mm ，故不分段。

3、4 填料层压降的计算

在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力的填料表面成膜状向下流

动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压力降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速却大，压降也越大。

散装填料的压降可采用Eckert 通用关联图计算。计算时，先根据气液负荷及有关物性