水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计

河南城建学院化学与材料工程学院《化工原理》课程设计说明书指导教师：**学生姓名：***班级学号：*********2015 年 1 月 6 日1 任务及操作条件 (5)1.1 设计任务 (5)2 设计方案的确定 (5)2.1 吸收剂的选择 (5)用水吸收SO2属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。

因用水作为吸收剂，且SO2不作为产品，故采用纯溶剂。

(5)2.2 填料的选择 (5)3 吸收塔的工艺计算 (6)3.1 基础物性数据 (6)3.1.1 液相物性数据 (6)3.1.2 气相物性数据 (6)3.1.3 气液相平衡数据 (6)3.2 物料衡算 (7)3.3 填料塔的工艺尺寸的计算 (8)3．3．2 传质单元高度计算 (10)3．3．3传质单元数的计算 (12)3．4 填料层高度 (13)3.5填料层压降的计算 (13)3.6液体分布器计算 (14)3.6.1液体分布器 (14)3.6.2布液孔数 (15)3.6.3塔底液体保持管高度 (15)液体保持管高度:取布液孔直径为10mm,则液体保持管高度可由式 (15)3.7其他附属塔内件的选择 (15)3.7.1液体分布器 (15)3.7.2液体再分布器 (16)3.7.3填料支撑板 (16)3.7.4填料压板与床层限制板 (16)3.7.5气体进出口装置与排液装置 (16)附录一工艺设计计算结果汇总及主要符号说明 (17)参考文献 (21)致谢 (21)SO2填料吸收塔设计任务书一、《化工原理》课程设计目的、任务1. 培养学生查阅资料选用公式和搜索数据的能力2. 培养学生在填料吸收塔设计时，既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性并注意操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想。

3. 培养学生能迅速准确的对填料塔进行工艺设计计算的能力4. 培养学生能用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力二、设计任务SO2气体填料吸收塔设计三、设计条件1、混合气（空气+ SO2）处理量：9900 m3/h2、进塔混合气中含SO2（体积分数）：6.7 %3、进塔吸收剂（清水），温度：20℃4、SO2排放含量（体积分数）：0.16%5、操作压力：常压四、《化工原理》课程设计主要内容1、化工单元设备设计（1）方案设计；（2）物料衡算与热量衡算；（3）主要设备工艺计算；（4）辅助设备的选择；2、制图包括工艺流程图、设备图。

3、编写设计说明书五、《化工原理》课程设计说明书的要求本课程的设计任务要求学生做设计说明书一份、图纸两张。

各部分的具体要求如下：1、设计说明书内容与顺序（1）标题页：用粗体字写明设计题目；（2）设计任务书；（3）绪论：设计任务的意义、设计结果简述；（4）装置流程图及其说明；（5）装置的工艺计算：物料余热量衡算，主要设备尺寸计算；（6）主要设备的材料选择；（7）结束语：对本设计的总结、收获、改进和建议等；（8）文献一览。

说明书必须书写工整、图文清晰。

说明书中所有公式必须写明编号，所有符号必须注明意义和单位。

2、设计图纸要求：（1）流程图本设计要求画“生产装置工艺流程图”一张，图纸大小为A2。

本图应表示出装置或单元设备中所有的设备和机器，以线条和箭头表示物料流向，并以引线表示物料的流量、温度和组成等。

设备以细实线画出外形并简略表示内部结构特征，大致表明各设备的相对位置。

设备的位号、名称注在相应设备图形的上方或下方，或以引线引出设备编号，在专栏中注明个设备的位号、名称等。

管道以粗实线表示，物料流向以箭头表示（流向习惯为从左向右）。

辅助物料（如冷却水、加热蒸汽等）的管线以较细的线条表示。

（2）设备图本设计要求画主要设备详图一张，图纸大小为A1。

表示其结构形式、尺寸（表示设备特性的尺寸，如圆筒形设备的直径等）、技术特性等。

设备图基本内容有：①视图：一般用主（正）视图、剖面图或俯视图表示主要设备结构形状；②尺寸：图上应注明设备直径、高度以及表示设备总体大小和规格的尺寸；③技术特性表：列出设备操作压力、温度、物料名称、设备特性等；④标题栏：说明设备名称、图号、比例、设计单位、设计人、审校人等。

图纸要求：投影正确、布置合理、线型规范、字迹工整。

SO2填料吸收塔设计说明务书1 任务及操作条件1.1 设计任务SO2气体填料吸收塔设计。

1.2 操作条件(1) 混合气（空气+ SO2）处理量：9900m3/h；(2) 进塔混合气中二氧化硫体积分数：6.7%；(3) 进塔吸收剂（清水）温度：20℃；(4) 排放量（二氧化硫体积分数）：0.16%；(5) 操作压力：常压。

2 设计方案的确定2.1 吸收剂的选择用水吸收SO2属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。

因用水作为吸收剂，且SO2不作为产品，故采用纯溶剂。

2.2 填料的选择对于水吸收SO2的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。

在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用D N38聚丙烯阶梯环填料。

3 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，20o C 时水的有关物性数据如下：密度为：3L /998.2ρm kg = 黏度 ：)/(3.6μL h m kg =表面张力为：2L /940869σh kg =SO 2在水中的扩散系数为：D L =1.47⨯10-5cm 2/s=5.29⨯10-6m 2/h 3.1.2 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为：35.31≈29933.006.64067.0∑⨯+⨯==i i vm M y M kmol kg混合气体的平均密度为：3/299.1≈293314.835.313.101ρm kg RT PM vm vm ⨯⨯==混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查手册得20oC 空气的黏度为：)/(065.0μv h m kg •=查手册得SO 2在空气中的扩散系数为： DV=0.039m 2/h 3.1.3 气液相平衡数据由手册查得。

常压下20o C 时，SO 2在水中的亨利系数为：E=3kPa 31055.×相平衡常数为：m =04.35≈3.1011055.33×=P E 溶解度系数为：)(0156.0≈02.181055.32.998ρ33m kPa kmol EM H S L ××==3.2 物料衡算全塔物料衡算图2－12所示是一个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，h kmol ；L —纯吸收剂的流量，hkmol ；Y 1，Y 2—进出吸收塔气体的摩尔比；X 1，X 2—出塔及进塔液体中溶质物质量的比。

注意：本课程设计中塔底截面一律以下标“l ”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。

进塔气体摩尔比：072.0067.0-1067.0-1111===y y Y出塔气体摩尔比：0.002)Y -/(1Y =Y 222=进塔惰性气体的流量：()h kmol q v n /21.384.0670-1202732734.229900,=+⨯=由设计任务知该吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：2121min ,,--)(X m Y YY q q V n L n = 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为： 02=X代入数值，得：07.340-04.35072.0.0020-072.0)(min ,,==V n L n q q 取实际液气比为最小液气比的1.4倍，即； 有7.704≈07.344.1,,⨯=Vn Ln q q 得： q n,L =47.70*384.21=18326.82 kmol/h 由()()21.21,--X X q Y Y q L n v n =，求得吸收液出塔浓度为：.001470≈082.18326).0020-0072.0(*21.3841+=X21图2-12 物料衡算示意图3.3 填料塔的工艺尺寸的计算（1） 空塔气速的确定通常由泛点气速来确定空塔操作气速。

泛点气速是填料塔操作气速的上限，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 通用关联图查得， 气相质量流量为：h kg q vm v v m /1.12860299.19900ρq =⨯==液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即： h kg q L m /3.33024902.1882.18326,=⨯=Eckert 通用关联图的横坐标为：.6150≈)2.998299.1(1.128603.330249)ρρ(q 5.05.0=L V V m L m q 查表得：038.0μρρφ2.02=L LV F F g u1-170φmF =s m g u LV F L F .301≈1299.111702.99881.9038.0μψρφρ030.02.02.0⨯⨯⨯⨯⨯==取 s m u u F .780≈3.17.06.0⨯== 由 m uV D S.122≈78.014.33600/99004π4⨯⨯==圆整塔径，取m D 1.2=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50%-80%之间，而对于易起泡的物系可低于40%；s m u .780≈7.0785.03600/99002⨯= %60%1003.178.0=⨯=F u u （在允许范围内） 填料规格校核879.55382120>==d D （在允许范围内）以上式中：F u —泛点气速，s m ；u --空塔气速 sm ；L ρ—液体密度，3m kg ； G ρ—气体密度，3m kg；G ω，L ω—气液相质量流量，h kg；g —重力加速度，9.812s m；L μ—液体黏度，s mp /；φ--填料因子，1/ m ；（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、单位塔截面上液体的喷淋量，其计算式为：2785.0D L U h=式中：U —液体喷淋密度，()h m m ⋅23；h L —液体喷淋量，h m 3；D —填料塔直径，m 。

为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，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： min U ()t w a L min =式中：min U —最小喷淋密度，()h m m ⋅23；()m in w L —最小润湿速率，()⋅⋅h m m3；t a —填料的总比表面积，32m m。

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。