SO气体填料吸收塔的设计Word文档格式.docx
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五、设计成果：
1.设计说明书一份；
2.调料吸收塔工艺条件图（2#图幅）
六、设计时间安排：
1.查阅资料、设计方案：
一天
2.设计计算：
三天
3.图纸绘制：
4.设计整理：
半天
一设计任务总概
.吸收的定义
吸收是分离气体混合物的单元操作，其分离原理是利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来实现不同气体的分离。
一个完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。
气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。
．吸收的目的
在化工生产过程中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都广泛应用到气体吸收过程。
本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔的方法处理含有二氧化硫的混合物，使其达到排放标准，采用填料吸收塔吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收易于进行，填料塔有通量大，阻力小，压降低，操作弹性大，塔内持液量小，耐腐蚀，结构简单，分离效率高等优点，从而使吸收操作过程节省大量人力和物力。
在设计中,以水吸收混合气中的二氧化硫，在给定的操作条件下对填料吸收塔进行物料衡算。
本次设计包括设计方案的选取、主要设备的工艺设计计算--物料衡算、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、工艺流程图、主要设备的工艺条件图等内容。
．填料吸收塔简介
在化学工业中，吸收操作广泛应用于石油炼制，石油化工中分离气体混合物，原料气的精制及从废气回收有用组分或去除有害组分等。
吸收操作中以填料吸收塔生产能力大，分离效率高，压力降小，操作弹性大和持液量小等优点而被广泛应用。
二设计方案简介
方案的确定
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。
填料的类型与选择
填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要元素，因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。
散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。
散装填料根据结构特点的不同，又可分为环形填料，鞍形填料，环鞍形填料及球形填料等。
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DN38聚丙烯阶梯环填料。
阶梯环是对鲍尔环的改进。
与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。
由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。
锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。
阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。
设计步骤
本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计
（一）吸收塔的物料衡算；
（二）填料塔的工艺尺寸计算；
主要包括：
塔径，填料层高度及压降；
（三）辅助设备的选型；
（四）绘制有关吸收操作图纸。
三、工艺计算基础物性数据
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，20℃时水的有关物性数据如下：
密度为ρL=998.2kg/m3
粘度为μL=Pa·
s=3.6kg/（m·
h）
表面张力为σL=dyn/cm=940896kg/h2
SO2在水中的扩散系数为DL=×
10-5m2/s=×
10-6m2/h
（依Wilke-Chang计算，查《化学工程基础》）
3.1.2气相物性数据
设进塔混合气体温度为25℃，
混合气体的平均摩尔质量为
MVm=ΣyiMi=×
+×
29=32.506g/mol
混合气体的平均密度为
ρVm=PM/RT=×
（×
）=1.3138kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为
μV=×
10-5Pa?
s=0.065kg/（m?
查手册得SO2在空气中的扩散系数为
DV=0.018cm2/s=0.039m2/h
（依计算，其中273K时，×
10-5Pa时SO2在空气中的扩散系数为×
10-5m2/s，查《化学工程基础》）
3.1.3气液相平衡数据
由手册查得，常压下20℃时SO2在水中的亨利系数为
E=×
103kPa
溶解度系数为
H=ρ/EM=×
103×
=（k·
Pam3）
3.1.4物料衡算
（l）.进塔混合气中各组分的量
近似取塔平均操作压强为，故：
混合气量＝kmol／h
混合气SO2中量＝×
＝kmol／h＝×
=532.921kg／h
设混合气中惰性气体为空气，则混合气中空气量＝2171.26kg混合气进出塔的摩尔组成
（3）混合气进出塔摩尔比组成
进塔气相摩尔比为
出塔气相摩尔比为
（4）出塔混合气量
出塔混合气量=+×
=h
=+×
=2172.11kg/h
（5）吸收剂（水）的用量L
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
对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0
取操作液气比为
kmol/h
（6）塔底吸收液组成X1
填料塔的工艺尺寸的计算
3.2.1塔径的计算
采用Eckert通用关联图计算泛点气速。
气相质量流量为wv=2000×
=2702.8kg/h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即
WL=×
=57557.68kg/h
其中：
ρL=998.2kg/m3
ρV=1.3287kg/m3
g=9.81m/s2=×
108m/h2
WV=2702.8kg/h
WL=57557.68kg/h
μL=Pa·
s
（1）采用Ecekert通用关联图法计算泛点气速uF。
通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下：
填料塔泛点和压降的通用关联图（引自《化工原理》）
上图中u0——空塔气速，m/s；
φ——湿填料因子，简称填料因子，1/m；
ψ——水的密度和液体的密度之比；
g——重力加速度，m/s2；
ρV、ρL——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。
Eckert通用关联图的横坐标为查图一查得纵坐标值为
表一散装填料泛点填料因子平均值
填料类型
填料因子，1/m
DN16
DN25
DN38
DN50
DN76
金属鲍尔环
410
—
117
160
金属环矩鞍
170
150
135
120
金属阶梯环
140
塑料鲍尔环
550
280
184
92
塑料阶梯环
260
127
瓷矩鞍
1100
200
226
瓷拉西环
1300
832
600
（《化工原理课程设计》附录十一）
查得：
（2）操作气速
由以下公式计算塔径：
（《化工原理课程设计》）
对于散装填料，其泛点率的经验值为u/uF=~
取u=0.7uF=×
=0.8175m/s（3）塔径
由圆整塔径，取D=l.0m。
（4）泛点率校核：
（5）填料规格校核：
（6）液体喷淋密度校核：
取最小润湿速率为（Lw）min=0.08m3/m·
h查填料手册得塑料阶梯环比表面积at=132.5m2/m3Umin=（Lw）minat=×
=10.6m3/m2·
h经以上校核可知，填料塔直径选用D=1000mm合理。
3.2.2填料层高度计算
（1）传质单元数NOG
由平衡关系式可知平衡线为曲线，故采用数值积分法
Y
X
Y*
1/Y-Y*
Y2=Y0
Y1=Yn
n=10
用辛普森公式
（2）传质单元高度的计算
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算
查表二:
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/m
56
61
73
33
40
75
20
得=33dyn/cm=427680kg/h2
液体质量通量为:
气膜吸收系数由下式计算：
气体质量通量为:
气体质量通量:
液膜吸收系数由下式计算:
查表三:
常见填料塔的形状系数
球形
棒形
拉西环
弧鞍
开孔环
Ψ值
1
本设计填料类型为开孔环所以Ψ=,则
又因
u/uF=﹪＞50﹪
需要按下式进行校正，即
可得：
则
由
（3）填料层高度的计算
根据设计经验，填料层的设计高度一般为Z′＝~Z（4-19）式中Z′——设计时的填料高度，m；
Z——工艺计算得到的填料层高度，m。
得:
=×
=6.56m
设计取填料层高度为
查：
表四散装填料分段高度推荐值
h/D
Hmax/m
≤4
矩鞍
5～8
≤6
鲍尔环
5～10
阶梯环
8～15
环矩鞍
5～15
对于阶梯环填料，，
取，则h=8×
1000=8000mm
故需分为两段，每段高3.4m。
3.2.3填料层压降计算
采用Eckert通用关联图计算填料层压降。
横坐标为:
表五散装填料压降填料因子平均值
填料因子,1/m
306
-
114
98
138
71
36
118
82
343
232
125
62
176
116
89
瓷矩鞍环
700
215
1050
576
450
288
查表得，Φp=116m-1
纵坐标为
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