水吸收丙酮课程设计 3

目录

第1章 概述 .............................................................................................................................. 3

1.1吸收塔的概述 ............................................................................................................... 3 1.2吸收设备的发展 ........................................................................................................... 3 1.3吸收过程在工业生产上应用 ....................................................................................... 4 第2章 设计方案 ...................................................................................................................... 5

2.1设计任务 ....................................................................................................................... 5 2.2吸收剂的选择 ............................................................................................................... 5 2.2吸收流程的确定 ........................................................................................................... 6 2.3吸收塔设备的选择 ....................................................................................................... 7 2.4吸收塔填料的选择 ....................................................................................................... 7 第3章 吸收塔的工艺计算 .................................................................................................... 11

3.1基础物性数据 ............................................................................................................. 11

3.1.1液相物性数据 ................................................................................................... 11 3.1.2气相物性数据 ................................................................................................... 11 3.1.3气液相平衡数据 ............................................................................................... 11 3.2物料衡算 ..................................................................................................................... 12 3.3填料塔的工艺尺寸的计算 ......................................................................................... 13

3.3.1塔径的计算 ....................................................................................................... 13 3.3.2填料层高度计算 ............................................................................................... 14 3.4填料层压降的计算 ..................................................................................................... 16 第4章 塔内件及附属设备的计算 ........................................................................................ 17

4.1液体分布器的计算 ..................................................................................................... 17 4.2填料塔附属高度的计算 ............................................................................................. 18 4.3填料支撑板 ................................................................................................................. 19 4.4填料压紧装置 ............................................................................................................. 20

4.5液气进出管的选择 ..................................................................................................... 20 4.6液体除雾器 ................................................................................................................. 21 4.7筒体和封头的设计 ..................................................................................................... 22 4.8人孔的设计 ................................................................................................................. 23 4.9法兰的设计 ................................................................................................................. 23 第5章 设计总结 .................................................................................................................... 25 符号说明 .................................................................................................................................. 27 感想 .......................................................................................................................................... 29 参考文献 .................................................................................................................................. 30

第1章 概述

1.1吸收塔的概述

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。

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，其基本原理是利用混合物中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。

实际生产中，吸收过程所用的吸收剂常需回收利用。故一般来说，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在设计上应将两部分综合考虑，才能得到较为理想的设计结果。作为吸收过程的工艺设计，其一般性问题是在给定混合气体处理量、混合气体组成、温度、压力以及分离要求的条件下，完成以下工作：

(1) 根据给定的分离任务，确定吸收方案；

(2) 根据流程进行过程的物料和热量衡算，确定工艺参数； (3) 绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图； (4) 编写工艺设计说明书。

1.2吸收设备的发展

吸收操作主要在填料塔和板式塔中进行，尤以填料塔的应用较为广泛。

塔填料的研究与应用已取得长足的发展：鲍尔环、阶梯环、金属环矩鞍等的出现标志散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的突破；规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下倍受重视，已成为塔填料的重要品种。

在我国虽然早已开始了填料塔的研究工作，但过去进展缓慢，至60年代初期，由于我国重水的生产，急需用蒸馏法浓缩重水，国家科委及化工部组织了有关院、所及高

等学校进行了填料塔的研究。随后，由于我国化工石油化工的发展及节能的需要，规整填料、新型塔内件及高效规整填料塔的研究与应用也得到了相应的发展。到目前为止，填料塔及塔内件的研究、各种类型填料的生产遍及全国各地。

填料塔仍处于发展之中，今后的研究方向主要是提高传质效率，同时考虑填料的强度、操作性能及使用上的通用因素并综合环型、鞍型及规整填料的优点开发构型优越、堆积接触方式合理、流体在整个床层均匀分布的新型填料。目前看来，填料的材质以陶瓷、金属、塑料为主，为满足化工生产温度和耐腐蚀要求，已开发了氟塑料制成的填料。

填料塔的发展，与塔填料的开发研究是分不开的。除了提高原有填料的流体力学与传质性能外，还开发了效率高、放大效应小的新型填料。加上塔填料本身具有压降小、持液量小、耐腐蚀、操作稳定、弹性大等优点，使填料塔开发研究达到了新的台阶。

1.3吸收过程在工业生产上应用

化工生产中吸收操作广泛应用于混合气体的分离：

(1) 净化或精制气体，混合气体中去除杂质。如用K2CO3水溶液脱除合成气中的CO2，丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等。

(2) 制取某种气体的液态产品。如用水吸收氯化氢气体制取盐酸。 (3) 混合气体以回收所需组分。如用汽油处理焦炉气以回收其中的芳烃。 (4) 工业废气处理。工业生产中所排放的废气中常含有SO2，NO，NO2，HF等有害组分，组成一般很低，但若直接排入大气，则对人体和自然环境危害都很大。因此排放之前必须加以处理，选用碱性吸收剂吸收这些有害的气体是环保工程中最长采用的方法之一。

第2章 设计方案

2.1设计任务

完成填料吸收塔的工艺设计及有关附属设备的设计和选用，绘制填料塔系统带控制点的工艺流程图及填料塔的设计条件图，编写设计说明书。

1、处理量：2000m3/h混合气（空气＋丙酮） 2、进塔混合气中含丙酮：体积% 6% 3、进塔吸收剂(清水)，温度： 25℃ 4、丙酮排放浓度： 体积% 0.05% 5、操作压力：常压

6、填料类型：选用聚丙烯阶梯填料，填料规格自选。 7、年工作生产时间： 300天（每天24小时连续生产）。

2.2吸收剂的选择

吸收剂的对吸收操作过程的经济性由十分重要的影响，因此对于吸收操作，选择适宜的吸收剂具有十分重要的意义。一般情况下，选择吸收剂，着重考虑以下方面：

（1）对溶质的溶解度大

所选的吸收剂对溶质的溶解度大，则单位的吸收剂能够溶解较多的溶质，在一定的处理量和分离要求条件下，吸收剂的用量小，可以有效地减少吸收剂的循环量。另一方面，在同样的吸收剂用量下液相的传质推动力大可以提高吸收效率，减小塔设备的尺寸。

（2）对溶质有较高的选择性

对溶质有较高的选择性即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度；而对其他组分则溶解度要小或基本不溶。这样，不但可以减小惰性气体组分的损失，而且可以提高解吸后溶质气体的纯度 。 （3）不易挥发

吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压，以避免吸收过程中吸收剂的损失提高吸收过程的经济性。 （4）再生性能好

由于在吸收剂再生过程中一般要对其进行升温或气提等处理，能量消耗较大。因而，吸收剂再生性能的好坏对吸收过程能耗的影响极大。选用具有良好再生性能的吸收剂往往能有效地降低过程的能量消耗。 （5）粘度和其他物性

吸收剂在操作条件下的粘度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。此外，所选的吸收剂还应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易暴、不发泡、冰点低，价廉易得以及化学性质稳定的要求。

表2-1 物理吸收剂和化学吸收剂的特性

物理吸收剂

吸收容量（溶解度）正比于溶质分压 吸收热效应很小（近于等温）

常用降压闪蒸解吸

溶质含量高而净化度要求不太高的场合

对设备腐蚀性小，不易变质

化学吸收剂

吸收容量对溶质分压不太敏感

吸收热效应显著 用低压蒸汽气提解吸

溶质含量不高而净化度要求很高的场合

对设备腐蚀性大，易变质

结合以上吸收剂选择原则和考虑经济最优原则，本设计采用水作为吸收剂：SO2在水中的溶解度大、吸收推动力大、溶剂用量小、设备尺寸也小；水的价格低廉，本设计题目要求吸收剂用水。

2.2吸收流程的确定

吸收装置的流程主要有以下几种。

①逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。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。

②并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作流速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需要吸收很完全；吸收剂用量特别大，但逆流操作易引起液泛。

③吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，在泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回吸收塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下的

情况：吸收剂用量较小，为提高塔的喷淋密度;对于非等温吸收过程，为控制塔内的温度升高，需要取出一部分的热量。该流程特别适宜于相平衡常数m值很小的情况下，通过吸收液的部分循环，提高吸收剂的使用效率。应予以指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需设置循环泵，操作费用增加。

④多塔串联操作 若设计的填料层数过大，或者由于所处理的物料等原因需要经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因为塔内需要较大的空间，输液、喷淋、支撑板等辅助装置增加，使得设备的投资加大。

⑤串联-并联混合操作 若吸收过操作气速程处理的液量较大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小（否则引起液泛），塔的生产能力很低。实际生产中可以采用气相做串联，液相做并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相做串联，气相做并联的混合流程。

在实际生产过程中，应根据生产任务、工艺特点，结合各种流程的优缺点选择适宜的流程布置。

2.3吸收塔设备的选择

对于吸收过程，一般具有操作液气比大的特点，因而更适应于填料塔。此外，填料塔阻力小、效率高、有利于过程节能。所以对于吸收过程来说，以采用吸收塔的多。

本设计中丙酮气体在水中的溶解度比较大，吸收效率高，设计题目也要求采用填料塔，所以本设计选用填料塔作为气液传质设备。

2.4吸收塔填料的选择

（1）填料种类的选择

填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面。

① 传质效率 即分离效率，它有两种表示方法：一是以理论级进行计算的表示方法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即HETP值；另一是以传质速率进行计算的表示方法，以每个传质单元相当的填料层高度表示，即HTU值。在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即HETP（或HTU）值低的填料。对于常用的工业填料，其

HETP(或HTU)值可由有关手册或文献中查到，也可以通过一些经验公式来估算。

② 通量 在相同的液体负荷下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大，则通量愈大，它的处理能力也愈大。因此，在选择填料种类时，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。对于大多数常用填料，其泛点气速或气相动能因子可在有关手册或文献中查到，也可由一些经验式来估算。

③ 填料层的压降 填料层的压降是填料的主要应用性能，压降越低，动力消耗越低，操作费用越小。选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要。比较填料层的压降尤两种方法：一是比较填料层单位高度的压降 p/z；另一是比较填料层单位传质效率的比压降

p/NT

。填料层的压降可用经验公式计算，亦可从有关图标中查出。

④ 填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作弹性，抗污堵性及抗热敏性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气液负荷发生波动时维持操作稳定。

（2）填料规格的分类

① 散装填料规格的分类 散装填料的规格通常是指填料的公尺直径。工业塔常用的散装填料主要有

DN16

、

DN25

、

DN38

、

DN50

、

DN76

等几种规格。同类填料，尺寸

越小，分离效率越高；但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一定的规定。

表2-2 常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值 填料种类 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍

D/d的推荐值 D/d≥20～30 D/d≥15 D/d≥10～15 D/d＞8 D/d＞8

② 规整填料规格的分类 工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125，150，250，350，500，700等几种规格，同种类型的规整填料，其表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求，通量要求，场地条件，物料性质及设备投资，操作费用

等方面综合考虑，使所选填料既能满足工艺要求，又具有经济合理性。

应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型，不通规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料，有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。一的原则来选择填料的规格。

③ 填料材质的分类设计时应灵活掌握，根据技术经济统工业上，填料的材质分为陶瓷，金属和塑料三大类。

a） 陶瓷填料 陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，一般能耐除氢氟酸以外的各种无机酸，有机酸的腐蚀，对强碱介质，可以选用耐碱配方制造的耐碱陶瓷填料。陶瓷填料因其质脆，易碎，不易在高冲击强度下使用，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，工业上，主要用于气体吸收，气体洗涤，液体萃取等过程。

b）金属填料 金属填料可用多种材质制成，金属材质的选择主要根据物系的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。炭钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，钛材，特种合金钢材质制成的填料造价极高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。金属填料可制成薄壁结构（0.2～1.0mm），与同种类型，同种规格的陶瓷，塑料填料相比，它的通量大，气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温，高压，高冲击强度下使用，工业应用主要以金属填料为主。

c） 塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）及聚氯乙稀（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能好，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，聚丙烯填料在低温（低于0℃）时具有冷脆性，在低于 0℃ 的条件下使用要慎重，可选用耐低温性能好的聚氯乙稀填料。塑料填料具有质轻，价廉，耐冲击，不易破碎等优点，多用于吸收，解吸，萃取，除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。

根据以上选择，考虑到以下方面

（1）选择填料材质 选择填料材质应根据吸收系统的介质和操作温度而定，一般情况下，可选用塑料，金属，陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不锈钢等，对于温度较高的情况，应考虑材料的耐温性能。

（2）填料类型的选择 填料类型的选择是一个比较复杂的问题。一般来说，同一

类填料塔中，比表面积大的填料虽然具有较高的分离效率，但是由于在同样的处理量下，所需要的塔径较大，塔体造价升高。

（3）填料尺寸的选择 实践表明，填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。一般来说，填料尺寸大，成本低，处理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔经常使用50mm的填料。

表2-3 填料尺寸与塔径的对应关系

塔径/mm D≤300 300≤D≤900 D≥900

填料尺寸/mm

20～25 25～38 50～80

设计题目根据以上的设计原则和后面的计算得，采用塑料阶梯环DN38的填料。

第3章 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。由《化工原理》[1]查得25℃时水的有关数据如下： 密度：

ρL=996.95kg/m

3

粘度： L 0.8937mpa.s 3.24kg/(m.h) 表面张力： L=719.55×10-4N.m-1=933120kg/h2 丙酮在水中的扩散系数：

DL=D0(

T1.5P0-62)()=4.39×10m/h PT0

3.1.2气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量： MVm yiMi 58 6% 29 94% 30.74 混合气体的平均密度： Vm

P.MVm101.3 30.74

1.26kg/m3 RT8.314 298

混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查《化工原理》[1] 25℃空气粘度： V 0.017mpa.s 0.062kg/(m.h)

查《简明化学原理实验》[2]丙酮在空气中的扩散系数：

DV1DT1P2981.75

()1.75(1) V () DV 0.0367m2/h DV2T2P20.122273

3.1.3气液相平衡数据

[2]

E 211.5Kpa 查《简明化学原理实验》得常压下25℃时丙酮在水中的亨利系数为：

相平衡常数： m

E211.5

2.088 P101.3

溶解度系数： H

L

E.Ms

996.95

0.25kmol/(Kpa.m3)

211.5 18.02

3.2物料衡算

如下图所示，全塔物料衡算是一个定态操作逆流式接触的吸收塔，各个符号表示的意义如下：

V ——惰性气体流量，Kmol/h；

L ——纯吸收剂流量，Kmol/h； Y1、Y2 ——进出吸收塔气体的摩尔比； X1、X2 ——进出塔液体中溶质质量的摩尔比

进塔气体摩尔比：

Y1

y16%

0..638 1 y21 6%

出塔气体摩尔比：

Y2

y20.05%

5 10 4 1 y21 0.05%

回收率：

Y25 10 4

1- 1 0.9922

Y10.0638

进塔惰性气相流量：

V

2000273 (1 6%) 76.89kmol/h

22.4298

该吸收塔过程属最低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：

Y YL

()min 12

Y1V X2

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：

X 0；(LV) Y1 Y20.0638 5 10 4

2minY 2.11

1/m X2

2.088

0取操作液气比：

LV 1.8(L

V

)min 1.8 2.11 3.798 L 1.8(L

V

)min.V 3.798 76.89 292.03kmol/h

V(Y1 Y2) L(X1 X2)

X V.(Y1 Y2)76.89 (0.0638 5 10 4L )1292.03

0.02

3.3填料塔的工艺尺寸的计算

3.3.1塔径的计算

采用埃克特通用关联图计算泛点气速： 气相质量流量：

v 2000 1.26 2520kg/h

液相质量流量课近似按纯水的流量计算，即：

L L.ML 292.03 18.02 5262.20kg/h 埃克特通用关联图的横坐标：

(

L V0.55262.201. )() (26)0.5

0.075 V L2520996.95

查《化工原理课程设计》[3]得：

u2

F F Vg 0.2

L 0.12；

L

F 170m 1

u017g L

.017 9.81 996.95

F

0. F 0.2

0170 1 1.279 0.8937

0.2

2.37m/s； V L取 u 0.7uF 0.7 0.2.37 1.66m/s；

由 D

4VS

u4 20003600

0.65m；

3.14 1.66

圆整塔径，取 D 0.7m； 泛点率校核： u

20003600

1.44m/s；

0.785 0.72

u1.44 100% 60.8%（在允许范围内） uF2.37

填料规格校核：

D700 18.4 8； d38

喷淋密度的校核： 取最小润湿速率：

(LV)min 0.08m3/m h

查《化工原理课程设计》[3]得：

at 132.5m2/m3；

Umin (Lw)minat 0.08 132.5 10.6m3/m2 h；

U

L L/ L

13.7 Umin；

0.785D20.785D2

经以上校核可知，填料塔在直径选用D=700mm合理。

3.3.2填料层高度计算

Y1 mX1 2.088 0.02 0.42； Y2 mX2 0；

*

*

脱因系数为： S

mV2.088 76.89

0.55； L292.03

气相总传质单元数为：

NOG

1Y Y10.0638

ln[(1 S)12* S] ln[(1 0.55) 0.55] 9.02； -41 S1 0.555 10Y2 Y2

*

气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：

aw c0.75UL0.1UL2at 0.05UL20.2 1 exp{ 1.45()()(2)()}，查《化工原理课程设计》at Lat L Lg L Lat

[3]

得： c 33dyn/cm 427680kg/h2；

液体质量通量为：UL

5262.20

13680.4kg/(m2 h)； 2

0.785 0.7

aw4276800.7513680.40.113680.42 132.5 0.0513680.42

1 exp{ 1.45()()()()0.2} 0.3828at933120132.5 3.24995.7 1.27 10996.95 933120 132.5

气膜吸收系数由下式计算：

kG 0.237(

UV0.7 V1/3atDV

)()()at V VDVRT；

气体质量通量：

2000 1.26

6239.4kg/(m2 h)； 2

0.785 0.7

6239.40.062132.5 0.0367

kG 0.237()0.75()1/3() 0.053kmol/(m2 h Kpa)

132.5 0.0621.26 0.03678.314 298

UV

液膜吸收系数又下式计算：

kL 0.0095( 0.0095(

UL2/3 L 1/2 Lg1/3

)()()aw LDL L L

8

13680.43.24 1/23.24 1.27 101/3

)2/3()() 0.5m/h

0.38 132.5 3.24996.95 4.39 10 6996.95

由

kGa kGaW 1.1

查《化工原理课程设计》[3]得 1.45；

则kGa kGaw 1.1 0.053 0.38 132.5 1.451.1 4.02kmol/(m3 h Kpa)； kLa kLaw 0.4 0.5 0.38 132.5 1.450.4 29.2L/h；

u

60.8% 50%； uF

1.42.2

uu''

kGa 1 9.5 kLa 1 2.6 u 0.5 kGa u 0.5 kLa

F F 由 ； 得：

kG'a [1 9.5(0.608 0.5)1.4] 4.02 5.7kmol/(m3 h Kpa)；

kL'a [1 2.6(0.608 0.5)2.2] 29.2 29.77L/h；

则 kGa

1 ''kGHkLa

1

4.020.25 29.77

3.23kmol/(m3 h Kpa) ；

由 HOG

VV76.89

0.6m； KYa KGaP 3.23 101.3 0.785 0.72

由 Z HOGNOG 0.60 9.02 5.4m 得 Z' 1.3Z 1.25 5.4 6.75m； 设计填料层高度为7m。

h

8~15h 6mm

[3]D查《化工原理课程设计》得：对于阶梯环填料 max,不要分段

计算得填料层高度为7000mm，故需分段。

3.4填料层压降的计算

采用埃克特通用关联图计算填料层压降： 横坐标： (

L L0.55262.201.260.5

)() ） 0.075， V V2520996.95

[3]

1

116mP查《化工原理课程设计》得：；

u2 p V0.21.442 116 11.26

L 0.89370.2 0.024

g L9.81996.95纵坐标： ；

查《化工原理课程设计》[3]得： PZ 10 9.81 98.1pa/m； 填料层压降为： P 98.1 7 686.7pa

第4章 塔内件及附属设备的计算

4.1液体分布器的计算

（1）液体分布器的选型

该填料塔的塔径大于600mm，所以选用多孔管式分布器。 （2）分布点密度计算

按埃克特建议值，D 700mm时，喷淋点密度为170点/m2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋密度为200点/m2。

布液点数为： n 0.785 0.72 200 76.93 77

按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计，设计结果为：设6根支管，支管直径40mm，在管的两侧开孔，呈交叉式，主管的直径为100mm,长600mm，两管中心距100mm,宽度为40mm,实际设计布点数为82

（3）布液计算 由Ls

4

d0n 2g H 取 0.58， H 120mm；d0 (

2

4Ls

)1/2 0.0057；

n 2g H

设计取d0=6mm。

图4-1 多管式液体分布器示意图

4.2填料塔附属高度的计算

一个完整的吸收塔，除了填料高度外，还有其他附属高度，因此塔高的计算还包括塔附属高度的计算

（1） 塔填料层上部的高度：除沫器与液体入口高度，可取1.0m，再分布器高度。h1 1 0.5 0.4 1.9m 0.5m。出液口距离法兰的距离0.4m，

（2） 塔底高度的计算，塔底端液体距离塔底高度，经计算：U L.t 可取t=30s,取0.2m。进气孔距上法兰高度为0.42m。h2 0.2 0.42 0.82m

4

D2.h2，

⑶板与法兰间的距离5 0.2 1m，排液口和出气口的高度各为0.1m，封头高度为0.2m.h3 1 0.2 0.4 1.6m

⑷总高度为H=4.02+7=11.02m

4.3填料支撑板

填料支撑装置对保证填料塔的操作性能具有巨大的作用，对填料支撑装置的基本要求是：有足够的强度以支撑填料的重量；提供足够大的自由截面，尽量减小8两相的流体阻力；有利于液体分布；乃腐蚀性能好，便于各种材料制造，以及安装拆卸方便。评价填料支撑装置的性能优劣，主要根据它能否在支撑板与填料的接触压力，提供足够大的自由截面。

常用的填料支撑装置有栅板型，孔管型，驼峰型等，对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型等。

当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时，塔内填料将发生浮动或相互撞击，破坏塔的正常操作甚至损坏填料，为此，一般在填料层顶部设压板或床层限制板。

设计中,为防止填料支撑装置处压降过大甚至发生液泛,要求填料支撑装置的自由截面积应大于75%。

本设计依据塔径选用栅板型支撑板，它是由竖立的扁钢组成的，扁钢之间的距离一般为填料外径的0.6-0.8倍左右。

图4-2 栅板式填料支承板

4.4填料压紧装置

填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类，每类又有不同的型式。填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重量将填料压紧。它适用于陶瓷、石墨等制成的易发生破碎的散装填料。床层限制板用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的散装填料及所有规整填料。床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布器的安装和使用，不能采用连续的塔圈固定，对于小塔可用螺钉固定于塔壁，而大塔则用支耳固定。规整填料一般不会发生流化，但在大塔中，分块组装的填料会移动，因此也必需安装由平行扁钢构造的填料限制圈。本设计中填料塔在填料装填后于其上方安装填料压紧栅板。

4.5液气进出管的选择

由公式 d

4Vs

： uV

（1）气体管：查《化工原理课程设计》知，气速通常在10~20m/s。当 u 12m/s 时，d=158mm；当 u 15m/s 时，d=177mm；

选 160 4.5的流体输送用无缝钢管（《GB/T8163-1999流体输送用无缝钢管》） 查《GB/T17395-1998无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》，具体参数见表4-1。 （2）液体管：液体速度通常在0.8~1.5m/s,取u 1m/s时， d=117.7mm，取d=100mm,故实际流速u=1.38m/s。

选 108 4的流体输送用无缝钢管（《GB/T8163-1999流体输送用无缝钢管》），弯管结构R为650mm。

查《GB/T17395-1998无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》，具体参数见表4-1。

表4-1 普通钢管尺寸及单位长度理论重量

外径，mm

160 108

壁厚，mm

4.5

4

单位长度理论重量，kg/m

18.98 10.26

4.6液体除雾器

除沫装置安装在液体再分布器上方，用以除去出气口气流中的液滴。由于二氧化硫溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。

图4-3 DN700-1600上装式丝网除沫器

标记：HG/T21618 丝网除沫器S1400-100 SP NS-80/316

表4-2 DN700上装式丝网除沫器 mm

公称直径DN

主要外形尺寸 H

H1

D

丝网

重量（kg） 格栅及定距杆

支承件

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