填料吸收塔课程设计Word格式文档下载.docx
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由於高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。
錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表面流動的彙集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利於傳質效率的提高。
階梯環的綜合性能優於鮑爾環，成為目前所使用的環形填料中最為優良的一種。
2.3設計步驟
本課程設計從以下幾個方面的內容來進行設計
（一）吸收塔的物料衡算；
（二）填料塔的工藝尺寸計算；
主要包括：
塔徑，填料層高度，填料層壓降；
（三）設計液體分佈器及輔助設備的選型；
（四）繪製有關吸收操作圖紙。
三、工藝計算
3.1基礎物性數據
3.1.1液相物性數據
對低濃度吸收過程，溶液的物性數據可近似取純水的物性數據。
由手冊查得，25℃時水的有關物性數據如下：
密度為ρL=997.1kg/m3
粘度為μL=0.0008937Pa·
s=3.2173kg/（m·
h）
表面張力為σL=71.97dyn/cm=932731kg/h2
SO2在水中的擴散係數為DL=1.724×
10-9m2/s=6.206×
10-6m2/h
（依Wilke-Chang計算，查《化學工程基礎》）
3.1.2氣相物性數據
設進塔混合氣體溫度為25℃，
混合氣體的平均摩爾品質為
MVm=ΣyiMi=0.1×
64.06+0.9×
29=32.506g/mol
混合氣體的平均密度為
ρVm=PM/RT=101.325×
32.506/（8.314×
298.15）=1.3287kg/m3
混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得25℃空氣的粘度為
μV=1.83×
10-5Pa•s=0.066kg/（m•h）
查手冊得SO2在空氣中的擴散係數為
DV=1.422×
10-5m2/s=0.051m2/h
（依計算，其中273K時，1.013×
10-5Pa時SO2在空氣中的擴散係數為1.22×
10-5m2/s，查《化學工程基礎》）
3.1.3氣液相平衡數據
由手冊查得，常壓下25℃時SO2在水中的亨利係數為
E=4.13×
103kPa
相平衡常數為
m=E/P=4.13×
103/101.3=40.76
溶解度係數為
H=ρ/EM=997.2/4.13×
103×
18.02=0.0134kmol/kPam3
3.1.4物料衡算
（l）.進塔混合氣中各組分的量
近似取塔平均操作壓強為101.3kPa，故：
混合氣量＝kmol／h
混合氣SO2中量＝81.80×
0.1＝8.18kmol／h
＝8.18×
64.06=542.01kg／h
設混合氣中惰性氣體為空氣，則混合氣中空氣量＝81.8-8.18＝73.62kmol／h
＝73.62×
29＝2135kg／h
（2）．混合氣進出塔的摩爾組成
（3）混合氣進出塔摩爾比組成
進塔氣相摩爾比為
出塔氣相摩爾比為
（4）出塔混合氣量
出塔混合氣量=73.62+8.18×
0.03=73.7836kmol/h
=2135+542.01×
0.03=2151.26kg/h
（5）吸收劑（水）的用量L
該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關係為直線，最小液氣比可按下式計算
對於純溶劑吸收過程，進塔液相組成為X2=0
取操作液氣比為
kmol/h
（6）塔底吸收液組成X1
（7）操作線方程
依操作線方程
3.2填料塔的工藝尺寸的計算
3.2.1塔徑的計算
採用Eckert通用關聯圖計算泛點氣速。
氣相品質流量為wv=2000×
1.3287=2657.4kg/h
液相品質流量可近似按純水的流量計算，即
WL=3784.07×
18.02=68188.94kg/h
其中：
ρL=997.1kg/m3
ρV=1.3287kg/m3
g=9.81m/s2=1.27×
108m/h2
WV=2657.4kg/h
WL=68188.94kg/h
μL=0.0008937Pa·
s
（1）採用Ecekert通用關聯圖法計算泛點氣速uF。
通用填料塔泛點和壓降的通用關聯圖如下：
圖一填料塔泛點和壓降的通用關聯圖（引自《化工原理》）
圖中u0——空塔氣速，m/s；
φ——濕填料因數，簡稱填料因數，1/m；
ψ——水的密度和液體的密度之比；
g——重力加速度，m/s2；
ρV、ρL——分別為氣體和液體的密度，kg/m3；
wV、wL——分別為氣體和液體的品質流量，kg/s。
此圖適用於亂堆的顆粒形填料，如拉西環、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鮑爾環等，其上還繪製了整砌拉西環和絃柵填料兩種規整填料的泛點曲線。
對於其他填料，尚無可靠的填料因數數據。
Eckert通用關聯圖的橫坐標為
查圖一查得縱坐標值為
表一散裝填料泛點填料因數平均值
填料類型
填料因數，1/m
DN16
DN25
DN38
DN50
DN76
金屬鮑爾環
410
—
117
160
金屬環矩鞍
170
150
135
120
金屬階梯環
140
塑膠鮑爾環
550
280
184
92
塑膠階梯環
260
127
瓷矩鞍
1100
200
226
瓷拉西環
1300
832
600
（《化工原理課程設計》附錄十一）
查得：
（2）操作氣速
由以下公式計算塔徑：
（《化工原理課程設計》）
對於散裝填料，其泛點率的經驗值為u/uF=0.5~0.85
取u=0.7uF=0.7×
0.987=0.691m/s
（3）塔徑
由
圓整塔徑，取D=l.1m。
（4）泛點率校核：
（5）填料規格校核：
（6）液體噴淋密度校核：
取最小潤濕速率為
（Lw）min=0.08m3/m·
h
查填料手冊得
塑膠階梯環比表面積at=132.5m2/m3
Umin=（Lw）minat=0.08×
132.5=10.6m3/m2·
經以上校核可知，填料塔直徑選用D=1100mm合理。
3.2.2填料層高度計算
（1）傳質單元數NOG
解吸因數為:
氣相總傳質單元數為:
（2）傳質單元高度的計算
氣相總傳質單元高度採用修正的恩田關聯式計算
查表二:
常見材質的臨界表面張力值
材質
碳
瓷
玻璃
聚丙烯
聚氯乙烯
鋼
石蠟
表面張力,mN/m
56
61
73
33
40
75
20
得=33dyn/cm=427680kg/h2
液體品質通量為:
氣膜吸收係數由下式計算：
氣體品質通量為:
氣體品質通量:
液膜吸收係數由下式計算:
查表三:
常見填料塔的形狀係數
球形
棒形
拉西環
弧鞍
開孔環
Ψ值
0.72
0.75
1
1.19
1.45
本設計填料類型為開孔環所以Ψ=1.45,則
又因
u/uF=59.27﹪＞50﹪
需要按下式進行校正，即
可得：
則
（3）填料層高度的計算
根據設計經驗，填料層的設計高度一般為
Z′＝（1.2~1.5）Z（4-19）
式中Z′——設計時的填料高度，m；
Z——工藝計算得到的填料層高度，m。
得:
=1.25×
5.82=7.27m
設計取填料層高度為
查：
表四散裝填料分段高度推薦值
h/D
Hmax/m
2.5
≤4
矩鞍
5～8
≤6
鮑爾環
5～10
階梯環
8～15
環矩鞍
5～15
對於階梯環填料，，
取，則h=8×
1100=8800mm
故需分為兩段，每段高3.7m。
3.2.3填料層壓降計算
採用Eckert通用關聯圖計算填料層壓降。
橫坐標為:
表五散裝填料壓降填料因數平均值
填料因數,1/m
306
-
114
98
138
93.4
71
36
118
82
343
232
125
62
176
116
89
瓷矩鞍環
700
215
1050
576
450
288
查表得，Φp=116m-1
縱坐標為:
查Eckert通用關聯圖得:
△P/Z=117.72Pa/m
填料層壓降為:
△P=117.72×
7.4=871.128Pa
四、輔助設備的計算及選型
1.除霧沫器
穿過填料層的氣體有時會夾帶液體和霧滴，因此需在塔頂氣體排出口前設置除沫器，以儘量除去氣體中被夾帶的液體霧沫，SO2溶於水中易於產生泡沫為了防止泡沫隨出氣管排出，影響吸收效率，採用除沫裝置，根據除沫裝置類型的使用範圍，該填料塔選取絲網除沫器。
絲網除霧沫器：
一般取絲網厚度H=100~150mm，氣體通過除沫器的壓降約為120~250pa。
通過絲網除沫器的最大速
實際氣速為最大氣速的0.75~0.8倍所以實際氣速u=0.75×
2.3277=1.75m/s
2.液體分佈器簡要設計
（1）液體分佈器的選型
該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分佈器。
（2）分佈點密度計算
表六Eckert的散裝填料塔分佈點密度推薦值
塔徑,mm
分佈點密度,點/m2塔截面
D=400
330
D=750
D≥1200
42
按Eckert建議值，因該塔液相負荷較大，設計取噴淋點密度為140點/m2。
布液點數為n=0.785×
1.12×
140=132.9≈133點
按分佈點幾何均勻與流量均勻的原則，進行
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