水吸收二氧化硫设计任务书 - 图文

齐齐哈尔大学

化工原理课程设计

题 目 水吸收二氧化硫过程填料吸收塔设计 学 院 材料科学与工程学院

专业班级 高分子131 学生姓名 指导教师 成 绩

2016年7月8日

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

摘要

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，其目的是回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；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和回收双重目的。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。吸收操作仅为其中之一，它利用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。完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。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，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。二氧化硫填料吸收塔，以水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。以下是以水为溶剂吸收二氧化硫的设计。

关键词：水;二氧化硫；吸收；填料塔

1

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

Abstract

In the chemical industry, often need all components to be separated from the gas mixture, the goal is to recycle or capturing the useful substances in the gas mixture, in making products; To remove the harmful composition in process gas, gas purification, so that further processing; Or remove empty industrial tail gas of pests, in order to prevent atmospheric pollution. The actual process often purification and recycling dual purpose concurrently at the same time. The separation of gas mixture, according to the components in the mixture is always some difference of the physical and chemical properties. Absorption of operation is only one of them, it USES mixture components solubility in the liquid or chemical reactivity, in gas liquid two phase mass transfer during contact, achieve separation of the mixture of gas and liquid. Complete absorption process should include two parts of the absorption and desorption. In the process of chemical production, feed gas purification, gas products refined, governance and harmful gas, gas absorption process is necessary for protect the environment, etc. Sulfur dioxide packing absorption tower, with water as solvent, economic and reasonable, purifying degree is high, pollution is small. The following is based on the design of the water as solvent absorption of sulfur dioxide.

Key word：water；sulfur dioxide；absorption；packed tower

2

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

目录

摘要........................................................................................................................ 1 Abstract .................................................................................................................. 2 第一章绪论 ............................................................................................................ 1

1.1 概述 ........................................................................................................ 1 1.2 操作条件 ................................................................................................ 3 1.3 填料类型 ................................................................................................ 3 1.4 厂址选择 ................................................................................................ 3 第二章设计方案的选择与论证 ............................................................................ 3

2.1 设计流程 ................................................................................................ 3

2.1.1吸收剂的选择与再生方法的选择 ............................................. 3 2.1.2 装置流程的确定 ........................................................................ 6 2.1.3吸收工艺流程的确定 ................................................................. 7 2.1.4 填料的类型与选择 .................................................................... 8 2.1.5操作温度与压力的确定 ........................................................... 11 2.1.6 除沫器（除雾器） .................................................................. 13 2.1.7管口结构 ................................................................................... 14 2.2 设计要求 .............................................................................................. 15 第三章塔的工艺计算 .......................................................................................... 16

3

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

3.1 基础物性数据 ...................................................................................... 16

3.1.1 液相物性数据 .......................................................................... 16 3.1.2气相物性数据 ........................................................................ 16 3.1.3气液相平衡数据 ....................................................................... 17 3.1.4 物料衡算 .................................................................................. 17 3.2塔的结构设计 ....................................................................................... 18

3.2.1 塔径的确定 .............................................................................. 18 3.2.2 填料层高度计算 ...................................................................... 19 3.3填料压降的计算 ................................................................................... 21 第四章塔附件设计计算 ...................................................................................... 23

4.1液体分布器设计 ................................................................................... 23

4.1.1液体分布器设计的基本要求 ..................................................... 23 4.1.2液体分布装置（液体喷淋装置） ............................................. 24 4.2布液孔数 ................................................................................................ 26 4.3吸收塔接管尺寸计算 ........................................................................... 27 4.4塔附属高度计算 ................................................................................... 27 设计总结 .............................................................................................................. 28 参考文献 .............................................................................................................. 29 工艺设计主要符号说明 ...................................................................................... 30

4

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

第一章绪论

1.1 概述

填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量小，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。

料塔，是一类用于气液和液液系统的微分接触传质设备，主要由圆筒形塔体和堆放在塔内对传质起关键作用的填料等组成，用于吸收、蒸馏和萃取，也可用于接触式换热、增湿、减湿和气液相反应过程。

填充塔的应用始于19世纪中叶，起初在空塔中填充碎石、砖块和焦炭等块状物，以增强气液两相间的传质。1914年德国人F.拉西首先采用高度与直径相等的陶瓷环填料（现称拉西环）推动了填充塔的发展。此后，多种新填料相继出现，填充塔的性能不断得到改善，近30年来,填充塔的研究及其应用取得巨大进展,不仅开发了数十种新型高效填料，还较好地解决了设备放大问题。到60年代中期，直径数米乃至十几米的填充塔已不足为奇。现在，填充塔已与板式塔并驾齐驱，成为广泛应用的传质设备。

填料塔由塔体、填料、填料的压板和支承板、液体分布器和液体再分布器等组成。填料堆于支承板上，有些可以任意堆放,有些则必须规整排列。填充塔逆流操作时,气体自塔底进入,在填料间隙中向上流动；液体自塔顶加入,通过液体分布器均匀喷洒于整个塔截面上。液体分布器的性能对塔的性能有很大影响,液体在填料表面形成液膜，向下流动时形成不断更新的传质表面。液体沿任意堆放的填料层向下流动时，沿塔壁流动的液体逐渐增多，称为壁流现象。壁流现象影响到气液的均匀接触，因此填料层较高时，宜每隔一定距离设置液体再分布器，使

1

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

液体重新均匀分布。规整排列的填料，一般可不设再分布器，但对液体在塔顶初始分布的均匀性要求则更高。有时在塔顶还设置除沫器，以除去气流中的雾沫。 用于液液系统的填充塔的结构，与气液系统的填充塔基本相同。但操作时通常将一相分散成液滴，以液滴表面作为相间传质表面，填料则促进液滴的多次凝聚和分散，以利于传质表面的不断更新和增强液滴湍流，并减少两相轴向返混。因此制作填料的材料，必须不被分散相所润湿。为增强两相的接触传质，还可以利用外加机械能使塔内液体脉动，这种填充塔称为脉动填充塔。

填料是填充塔的基本构件，填充塔内两相接触传质状况主要由填料特性决定。填料的主要特性参数是：①比表面积。即单位体积填料层所具有的表面积，比表面积应尽可能大；②空隙率。填料层内空隙所占的体积分率，为减少气体的流动阻力，提高填充塔的通过能力，空隙率应尽可能大。此外，性能优良的填料还必须易于制造，价格低廉，耐腐蚀并具有一定的机械强度。

工业上常用的填料种类很多,按填料在塔内的填充方式，可分为乱堆填料与整砌填料。按几何形状可分为：①环形填料，包括拉西环、鲍尔环和阶梯环等。②鞍形填料，包括弧鞍形填料、矩鞍形填料及环鞍形填料等。③规整填料，有格栅填料、波纹填料和丝网填料等。填料还可分为用陶瓷、塑料、金属等制成的实体填料，和用金属丝网制成的网体填料。实体填料价格便宜，是常用的类型,但当液气流量比很小时,为保证填料表面充分润湿，宜采用网体填料。

填充塔的特点填充塔用于气液系统时，与板式塔相比，有如下特点：①气相压力降小；②易用耐腐蚀材料制造；③塔内持液量小；④有破碎泡沫的作用；⑤小直径塔（0.6m以下）的造价便宜；⑥为保证填料的充分润湿，液气比太小的操作不相宜；⑦对于气、液相流量变化的适应性差；⑧易被固体杂质堵塞，清理又不方便；⑨塔内部很难进行换热，难以从侧线抽出产品。

填充塔用于液液系统时，因其分离效果较差，使用不广。随着对填充塔研究的深入，将会继续创制新型高效填料，放大问题将得到更可靠的解决，填充塔的应用范围可望进一步扩大。

2

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

1.2 操作条件

①入塔炉气温度： 25℃

②洗涤除去二氧化硫的清水温度： 20℃ ③操作压强：常压 ④吸收温度：基本不变,可近似取为清水的温度

1.3 填料类型 阶梯环填料

1.4 厂址选择 齐齐哈尔市榆树屯

第二章设计方案的选择与论证

2.1 设计流程

2.1.1吸收剂的选择与再生方法的选择

对于吸收操作,选择适宜的吸收剂,具有十分重要的意义.其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响.一般情况下,选择吸收剂,要着重考虑如下问题.

3

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

(一)对溶质的溶解度大

所选的吸收剂多溶质的溶解度大,则单位量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下,吸收剂的用量小,可以有效地减少吸收剂循环量,这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面，在同样的吸收剂用量下，液相的传质推动力大，则可以提高吸收速率，减小塔设备的尺寸。

(二)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.

(三)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.

(四)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。

以上四个方面是选择吸收剂时应考虑的主要问题,其次,还应注意所选择的吸收剂应具有良好的物理、化学性能和经济性.其良好的物理性能主要指吸收剂的粘要小,不易发泡,以保证吸收剂具有良好的流动性能和分布性能.良好的化学性能主要指其具有良好的化学稳定性和热稳定性,以防止在使用中发生变质,同

4

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

时要求吸收剂尽可能无毒、无易燃易爆性,对相关设备无腐蚀性(或较小的腐蚀性).吸收剂的经济性主要指应尽可能选用廉价易得的溶剂.

依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方法，工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生，加热再生及气提再生等。

（一）减压再生（闪蒸）

吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得溶如吸收剂中的溶质得以再生。该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需在真空条件下进行，则过程可能不够经济。

（二）加热再生

加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于解吸温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸汽作为加热介质，加热方法可以依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用缉间接蒸汽加热。

（三）气提再生

气提再生是在再生塔的底部通入惰性气体，使吸收剂表面溶质的分压降低，使吸收剂得以再生。常用气提气体是空气和水蒸气。

5

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

表1-1 工业常用吸收剂

溶质 吸收剂 溶质 吸收剂 氨 水、硫酸 硫化铵 碱液、砷碱液、有机溶剂 丙酮蒸汽 水 苯蒸汽 煤油、洗油 氯化氢 水 丁二烯 乙醇 二氧化碳 水、碱液、碳酸烯酯 二氯乙烯 煤油 二氧化硫 水 一氧化碳 铜氨液

2.1.2 装置流程的确定

用水吸收SO2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传质效率，选择用逆流吸收流程。

工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同角度进行分类，从所选用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两步吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程，从塔内气液两相的流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用于

6

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

特定条件下的部分溶剂循环流程。

2.1.3吸收工艺流程的确定

工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同角度进行分类，从所选用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两步吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程，从塔内气液两相的流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。

（一）一步吸收流程和两步吸收流程

一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以考虑采用两步吸收流程。

（二）单塔吸收流程和多塔吸收流程

单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程，如过程无特别需要，则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高，使用单塔操作时，所需要的塔体过高，或采用两步吸收流程时，则需要采用多塔流程。典型的是双塔吸收流程。

（三）逆流吸收与并流吸收

吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高（具有多个理论级的分离能力）的显著优点而 广泛应用。工程上，如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。

7

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

（四）部分溶剂循环吸收流程

由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，当液相喷淋量过小时，将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善踏的操作条件。

2.1.4 填料的类型与选择

各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时，应该考虑如下几个问题：

(1) 选择填料材质选择填料材质应根据吸收系统的介质以及操作温度而定，一般情况下，可以选用塑料，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。但在大塔中使用小于20——25mm填料时，效率并没有较明显的提高，一般情况下，可以按表选择填料尺寸。

因此对于水吸收S02的过程、操作、温度及操作压力较低，工业上通常选用所了散装填料。在所了散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用

8

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

塑料阶梯环填料。

表1-2 填料特性参数

填料名称 规格（直径×高×厚）/mm 材质及堆积方式 2比表面积/m.m 33空隙率/m/m3 干填料因子/m -1塑料阶梯环 38（*）×19×1.0 塑料乱堆 132.5 0.91 175.8

表1-3 填料尺寸与塔径的对应关系

塔径/mm 填料尺寸/mm D≤300 300≤D≤900 D≥900 20～25 25～38 50～80

相关的填料数据如下：

表1-4 散装填料类型以及关联常数A,K值

散装填A K 规整填料类A K 9

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

料类型 型 塑料鲍尔环 0.0942 1.75 金属丝网波纹填料 0.30 1.75 金属鲍尔环 0.1 1.75 塑料丝网波纹填料 0.4201 1.75 塑料阶梯环 0.204 1.75 金属网孔波纹填料 0.155 1.47 金属阶梯环 0.106 1.75 金属孔板波纹填料 0.291 1.75 瓷矩鞍 0.176 1.75 塑料孔板波纹填料 0.291 1.563 金属环矩鞍 0.06225 1.75

表1—5聚丙烯阶梯环几何数据

10

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

规格 比表面积m2/m3 空隙率 堆积个数 堆积重量 填料因子m-1 16*8.9*1 370 0.85 6 29913135.6 602.6 25*12.5*1.2 228 0.90 81500 97.8 312.8 38*19*1.2 132.5 0.91 27200 57.5 175.8 50*25*1.5 114.2 0.927 10740 54.8 143.1 76*37*2.6 90 0.929 3420 68.4 112.3

2.1.5操作温度与压力的确定

吸收过程的操作参数主要包括吸收（或再生）压力、吸收（或再生）温度以及吸收因子（或解析因子），这些条件的选择应充分考虑前后工序的工艺参数，从整个过程的安全性、可靠性、经济性出发，利用过程的模拟计算，经过多方案对比优化得出过程参数。

11

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

（一）操作压力的选择

对于物理吸收,加压操作一方面有利于提高吸收过程的传质推动力而提高过程的传质速率,另一方面,也可以减小气体的体积流率,减小吸收塔径。所以操作十分有利.但工程上,专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下,一般是以前道工序的压力作为吸收单元的操作压力。

对于化学吸收,若过程由质量传递过程控制,则提高操作压力有利,若为化学反应过程控制,则操作压力对过程的影响不大,可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压力,但加大吸收压力依然可以减小气相的体积流率,对减小塔径仍然是有利的。

对于减压再生(闪蒸)操作,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定,逐次或一次从吸收压力减至再生操作压力,逐次闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果。

（二）操作温度的选择

对于物理吸收而言,降低操作温度,对吸收有利。但低于环境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的,所以一般情况下,取常温吸收较为有利。对于特殊条件的吸收操作必须采用低于环境的温度操作。

对于化学吸收,操作温度应根据化学反应的性质而定,既要考虑温度对化学反应速度常数的影响,也要考虑对化学平衡的影响,使吸收反应具有适宜的反应速度。

对于再生操作,较高的操作温度可以降低溶质的溶解度,因而有利于吸收剂的再生。

（三）吸收因子的选择

吸收因子A是一个关联了气体处理量G，吸收剂用量L以及气液相平衡常数

m的综合的过程参数.

12

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

A?L/mG

式中G--------气体处理量, kmol/h； L---------吸收剂用量，kmol/h； m---------气体相平衡常数。

2.1.6除沫器（除雾器）

若由塔设备出来的气相没有大量雾沫夹带，则不需要考虑除雾问题，但在有些情况下，例如塔顶液体喷淋装置产生的侧液现象较严重，操作中得空塔气速过大，或者工艺过程不允许出来的气相中夹带雾滴，此时则需要考虑加装除雾装置，常用的除雾装置介绍如下：

折板除雾器

这是一种最为简单有效的结构。除雾板由50mm *50mm*3mm的角钢组成，板间横向距离为25mm，垂直流过的气速μ可按下式计算

丝网除雾器

这是一种效率较高的除雾器，可除去大于5μm的液滴，效率可达98%—99%，但压强降较折流板式除雾器为大，约为0.245kpa，且不适用于气液中含有粘结物或固体物质（例如碱液或碳酸氢铵溶液等），因为液体蒸发后留下固体物质容易堵塞丝网孔，影响塔的正常操作。

丝网盘高H一般取100—150mm丝网可用金属或塑料为材料制成。支承丝网的栅板应具有大于90%的自由截面积。

此外，填料塔常用的除雾器装置还有干填料除雾器（在液体喷淋装置与气体出口管制见状一段干填料），这种除雾方法用得较多，效果与折板除雾器相仿。

13

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

2.1.7管口结构 一，气体进、出口管 1、气体进口的结构

气体进出口的结构，要能防止液体淹没气体通过。填料塔对其流入塔的分布要求一般不平，但也不应该是气体直接由管接口或水平管中入塔内。对于直径500mm以下的小塔，可使进气管水平伸到塔的中部。管的末端切成45o斜口（向下），或这类似的向下切口，使气流折转向上，对于直径1.1m以下的塔，管的末端可做成向下的喇叭形扩大。对于更大的塔，可以做成类似的盘关式。

2、气体出口的结构

气体出口的结构，要能防止液滴的带出的积累，可采用同气体进口结构相似的开向下的引出管，或者在出口接管之前加装除沫挡板或加装一开口向上的分离袋囊，袋底砖有小孔，以泄去分离出来的液体，当气体夹带液滴较多时，则需要令装除。

二，液体进、出口管

液体进出口管多是直接通向喷淋装置，其结构需要按喷淋装置的要求而定。液体的出口装置应该便于塔内液体的排放，不易堵塞，而且又能将塔设备的内部与外部大气相隔离。也提出扣装置在负压操作的塔设备中必须另装液封装置。例如倒U形管等。有时不另装液封装置而把塔的下部当作缓冲器用，即其中经常贮有一定量的液体，并保持液面恒定，在有的塔设备中，液体出口装置采用防涡流板，可以消除邻近出口处的旋涡，这一结构也可用于液体不太清洁的场合，另外，也要注意防止瓷环碎片漏入液体出口管，使管道堵塞，可装设挡网等。此外，填料卸出口可按塔径大小，在人孔、手孔的标准尺寸中进行选择。

14

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

2.2 设计要求

①生产能力（入塔炉气流量）为2500 m3／h ②二氧化硫吸收率为 95%

③入塔炉气组成(含二氧化) 为0.07（摩尔分率）

表1-6 通用关联图

15

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

第三章塔的工艺计算

3.1 基础物性数据 3.1.1 液相物性数据

对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据查得，293K时水的有关物性数据如下：

密度ρ=998.2kg/m 粘度μL=0.001Pa·s=3.6kg/(m·h)

3

表面张力бL=72.6dyn/cm=940896kg/h

SO2在水中的扩散系数为DL =1.47×10-5m2/s=5.29×10-6m2/h

3.1.2气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为Mvm=∑yiMi=0.07×64＋0.92×29=31.45

PMvm101.325?31.45??1.286kg m-3 混合气体的平均密度ρvm= RT8.314?298混合气体粘度近似取空气粘度，手册25℃空气粘度为

16

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

μ

V=1.81×10

-5

Pa·s=0.065kg/(m?h)

查手册得SO2在空气中的扩散系数为 DV=0.108cm2/s=0.039m2/h

3.1.3气液相平衡数据

由手册查得20℃时SO2在水中的亨利系数E=3550kPa 相平衡常数为m=

E3550??35.04 P101.3溶解度系数为H=

ρl?0.0156kmlokPa.m3 E.Ms3.1.4 物料衡算 进塔气相摩尔比为y1=0.07

出塔气相摩尔比为y2=y1（1-η）=0.07×（1-0.95）=0.0035 进塔惰性气相流量为V=

2500273?(1?0.07)?95.087kmol/h 22.4293该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即

（（

Ly?y）min?12 Vy1/m?x2对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0

（（

y?y2L0.07?0.0035）min?1??33.284 Vy1/m?x20.07/35.04?0取操作液气比为L/V=1.3（L/V）=1.3×33.284 吸收剂用量 L=1.3×33.284×95.087=4114.34kmol/h

17

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

根据操作线方程得，塔底吸收液组成为 x1=

95.087?(0.07?0.0035)?1.537?10?3

4114.343.2塔的结构设计 3.2.1 塔径的确定

D=

气相质量流量=V=25001.286=3215.0(kg/h)

液相质量流量可以近似按纯水的流量计算，即

WL?L?MS?4144.34×18.02=74140.407(kg/h)

空气塔流速 u?(0.5~0.85)ufuf:贝恩——霍根关联式

uf2a?vw?1?10.2lg(?2??uL)?A?1.75(L)4(V)8

g??LwL?L21.28674140.407141.28618uf)×() ×175.8××1.00.2）=0.204-1.75×(lg(998.23215.00998.29.81uf=1.220ms

u:取u=0.7uf=0.854ms

4vs4×2500300==1.118m

?×0.854?u塔径D=

圆整D=1.2m

18

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

核算气速

4vs4×25003600??0.614ms ?D2?×1.22实际气速u?u0.614??50.12％ （0.5~0.8）符合要求 uf1.220D1118??29.42>10 符合要求 d38喷淋密度

最小喷淋密度

Umin?Lw.at?0.008×132.5?10.6

喷淋密度v?合理

w?L?L0.785×D274140998.2??65.7>umin 符合条件，则D=1.2m20.785×1.23.2.2填料层高度计算

填料塔高度=传质单元数×传质单元数高度=HOG?NOG 1.传质单元数

Y1?MX1?35.036×1.537×10-3?0.054

Y2?mx2?35.036×0?0

**S?mV35.036?95.087??0.810L4114.341Y1?Y2*10.07?0NoG??ln[(1?S)??S]?ln[(1?0.810)??0.0810]?8.0431?SY2?Y2*1?0.8103.50?10?3?019

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

w274140.4074kgkgUL???7.805?10?21.6822m?hm2?s0.785?D20.785?1.22

aw?c0.75UL0.1UL2UL2at?0.050.2?1?exp[?1.45?()?()?()?(2)]at?Lat??L?L??L?at?L?gaw4276900.757.805?1040.1(7.805?104)2(7.805?104)2?132.5?0.050.2?1?exp[?1.45?()?()?()?()]at940896132.5?3.6998.2?940896?132.5998.22?1.27?108m23?0.610?132.5?80.845aws查表得膜吸收系数=421.45

液膜吸收系数：

U23U2?12U2g30.4kL?0.0095?()?()?()??aw?ULPL?DCP2281?17.805?10433.63.6?1.27?100.432kL?0.0095?()?()?()?1.45?1.34280.845?3.6998.2?5.29?10?6998.2KLa?kL?aw?1.342?80.855?108.526lh气膜吸收系数：

21VG0.7UG3at?UG1.1kG?0.237?()?()?()??at?UG?G?DGR?T3215.00.065132.5?0.039kG?0.237?()0.7?()3?()?1.451.1?0.052132.5?0.0651.286?0.0348.314?293kGa?kG?aw?0.052?80.845?4.204k?mol3(m?h?k?Pa)气体总传质单元高度：

u?59.92%?0.5，根据校验公式 uf1120

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

KGa'?[1?9.5?(u?0.5)1.4]?kGaufKGa'?[1?9.5?(0.599?0.5)1.4]?4.204?5.772k?mol3(m?h?kPa)u KLa'?[1?2.6?(?0.5)2.2]?kLaufKLa'?[1?2.6?(0.599?0.5)2.2]?108.526?110.267lh11KGa???1.326k?mol31111(m?h?kPa)??KGa'H?KLa'5.7720.0156?110.267（注：H为溶解系数=0.0156）

???0.785P2,V为进塔惰性气体流量?HOG?95.087?0.745m2KGa??1.326?101.325?0.785?1.2

Z?HOG?NOG?0.745?8.043?5.992?UZ'?1.3?Z?1.3?5.992?73.3填料压降的计算

???WV?L?X???WV??L?0.50.574140.41?1.286?????3215.0?998.2??0.828

???uY??2pg?vl??0.2l?116?11.286?0.731??0.00819.81998.22

?U空气气速

p?填料因子（

p?=116）φ=

?H2OL=1

查通用关联图（1-1）

?P?15?9.81?147.15Pa/m Z21

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

?P?147.15?7?1030.05Pa

22

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

第四章塔附件设计计算

4.1液体分布器设计

液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。工业应用以管式、槽式及槽盘式为主。

4.1.1液体分布器设计的基本要求

性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：

（1）液体分布均匀评价液体分布的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流动的均匀性。

?分布点密度液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差较大。大致规律是：塔径越大，分布点密度越小;液体喷淋密度越小，分布点密度越大，对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。表3-1列出了散装填料塔的分布点密度推荐值 表3-1 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值

塔径，mm 分布点密度，点/m塔截面 2D=400 D=750 D≥1200 330 170 42 23

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

②分布点的几何均匀性分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题。设计中，一般需要通过反复计算和绘图排列，进行比较，选择最佳方案。分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。

③降液点间流动的均匀性为保证各分布点的流动均匀需要分布器总体的设计合理。精细的制作和正确的安装，高性能的液体分布器，要求各分部点与平均流动的偏差小于6%

（2）操作弹性大液体分布器的操作弹性，是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为2～4，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊设计。 （3）自由截面积大液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35%以上。

（4）其他液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便。 按Eckert建议值，D≥1200mm时，喷淋点密度为42点／m2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为100点／m2。

4.1.2液体分布装置（液体喷淋装置）

填料塔操作时，在任一横截面上保证气液的均匀分布十分重要。液体分布装置的作用是使液体的初始分布尽可能地均匀，设计液体分布装置的原则应该是能均匀分散液体，通道不易堵塞、结构简单、制造检修方便等。

为了使液体初始分布均匀，原则上应增加单位面积上的喷淋点数，但是，由于结构的限制，不可能将喷淋点设计的很多，同时如果喷淋点数过多，必然使每股的液流的流量过小，也难以保证均匀分配。此外，不同填料对液体均匀分布的要求也有差异。如高效填料因流动不均匀对效率的影响十分敏感，孤影有较为严格的

24

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

均匀分布要求。

常用的填料喷淋点数可参照下列指标：

D?400mm时，每30cm 2塔截面设计一个喷淋器 D?750mm时，每60cm 2塔截面设计一个喷淋器 D?1200mm时，每240cm 2 塔截面设计一个喷淋器

任何程度的壁流都会降低效率，因此在靠塔壁的10%塔径区径内，所分布的流量不应超过总流量的10%。液体喷淋装置的安装位置，通常需高于填料层表面150~300mm，以提供足够的自由空间，让上身气流不受约束地穿过喷淋器。 液体喷淋装置的类型很多，国内常用的有下列几种 （一）管式喷淋器

几种结构简单的管式喷淋器有弯管式、缺口式、液体直接向下流出，为避免水冲击瓷环现象，在流出口下面加有一块圆形挡板，这两种喷射器一般只用于塔径300mm以下的情况。多孔直管式（适用于600mm以下的塔），多孔盘管式（适用于直径1.2mm以下的塔），在管底部钻2~4排直径3~6mm的小孔，孔的总截面积大致与进液管截面积相等。必须注意，饭开有小孔的喷淋器都要求料液不含沉淀或其他悬浮颗粒，否则易于堵塞。 （二）莲蓬式喷洒器

莲蓬式喷洒器是开有许多小孔的球面分布器。液体借助泵或高位槽的静压头，经分布器上的小孔喷出。喷洒半径的大小随液体压头和分布其高度不同而异，在探头稳定的场合，可达到较为而均匀的喷淋效果。

莲蓬式喷洒器结构简单，应用较为广泛，缺点是小孔容易堵塞，它一般用于直径600mm以下的塔中。通常安装在填料塔上方中央处，离开填料表面的距离为塔

25

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

径的1/2—1。莲蓬头直径约为塔径的20%—30%。小孔直径为3—15mm。球面半径为（0.5—1.0）d。喷洒角α≦80o。喷洒外圈距塔壁x=70—100mm。莲蓬高度y=（0.5—1.0）D。 （三）盘式分布器

盘式分布器是一种分布效果较好的结构。其作用原理是液体通过进液管加到淋洒盆内，然后由淋洒盆围板的上边缘溢流或通过喷洒盆上的小孔或管子，是液体淋洒到填料上。盆式喷淋器的结构简单，液体通过时的阻力较小，其分布比较均匀，这种分布器适用于直径大于0.8m的塔。 （四）冲击式淋洒器

冲击式淋洒器，其优点是喷洒半径大（最高时可达3m），液体流量大约为50—200m3/h, 结构简单，不会堵塞。缺点是改变液体流量或液体压头时会影响半径，因此应在操作比较恒定计较小直径下使用。

4.2布液孔数

选管式分布器液相符合不大，取布液孔数为120个/m，则总布孔数

n?0.785?1.22?120?114

液体保持管高度取液孔直径d=8mm

?4V?S???4?74140/998.2?3600?2???nk??23.14?0.008?114?6?????0.306 h??d2g2?9.81k取0.6～0.62，取k=0.6 Vs为液体体积流速 液位保持管高h'?1.15h?0.3519m?200～500mm?

26

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

4.3吸收塔接管尺寸计算

管道为圆形d?4vs?u

Vs为气速体积流量，u为流体流速（气体10～20m/s,液体0.8～1.5m/s） 气体进出口直径 u取12m/s

d?4?2500/3600?0.272m3.14?12

出口直径d1=d2=272mm选管DN300 325×8液体进口直径 u取1.2m/s

d?4vs?u?4?（74140.407/3600?998.2）?0.148m

3.14?12出口直径d2?d1?148mm 取DN150无缝钢管 159×4.5

4.4塔附属高度计算 塔上部空间， 查资料可取1.2m 塔底按液体停留时间为1.5min

h?1.5?60?0.785?DV21.5?60??s74140.4073600?998.2?1.95m 0.785?1.22 Vs为液体体积流量

考虑到气相接管所占空间，取高度1.95?0.272?2.22?2.4 则塔附属高度为2.4+1.2=3.6m 塔总高度h=3.6+7+0.66×2=11.92m

27

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

填料支撑板 查书 取厚 d=70mm 填料支持圈 查书 取厚 d=10mm 裙座高度为塔径的1.5-2倍 故取H=1800mm

设计总结

回顾起此课程设计，让我感慨颇多，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实

28

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但高兴的是最终都得到了解决。

这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。其次，这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工协作才能保证整个项目的有条不絮。

最后感谢老师这两周对我们的辅导，也希望老师能够认可我们的设计成果。

参考文献

[1] 贾绍义，紫诚敬《化工原理课程设计》天津大学出版社，2002 [2]马沛生.化工数据[M].北京：中国石化出版社2013 [3]匡照忠.化工及其与设备[M].北京：化学工业出版社，2012

29

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

[4]李功样，陈兰英，崔英德《常用化工单元设备设计》华南理工大学出版社 [5]杨长龙《化工原理课程设计》哈尔滨工程大学出版社2009

[6] Lancia A，Musmarra D，Pepe F,etal.SO2 Absorption in a BubblingReactor Using Limestone Suspensions.Chem.Eng.Sci.1994

[7]YIN Shen,DING S X,XIE Xiaochen,et al.A review on basic data-driven approaches for industrial process monitoring. IEEE Transactions on Industrial Electronics . 2014

工艺设计主要符号说明

1、英文字母

a——填料层的有效传质比表面积（m2/m3）; aw——填料层的润滑比表面积m2

/m3；

A——吸收因数;无因次; d——填料直径，mm；

30

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

dp——填料当量直径，mm; D——扩散系数，m2/s； 塔径;

E——亨利系数，KPa; g——重力加速度，kg/(m2.h); H——溶解度系数，kmol /(m3.KPa); HG——气相传质单元高度 ，

m;

HL——液相传质单元高度，m; m;

HOL——液相总传质单元高度，m; 3.s.KPa);

LG——吸收液质量流速kg/(m2.h); m——相平衡常数，无因次; 次;

NL——液相传质单元数，无因次; 次;

NOL—— 液相总传质系数，无因次; p——分压，KPa ; kJ/(kmol.K) ;

S——解吸因子;

HOG——气相总传质单元高度，kG——气膜吸收系数, kmol /(m

L喷——液体喷淋密度;

NG——气相传质单元数，无因

NOG——气相总传质系数，无因P——总压，KPa ;

R——气体通用常数，

T——温度，0C;

31

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

u——空塔速度，m/s ; uf——液泛速度，m/s ;

VB——惰性气体流量，kmol/s ; VS——混合气体体积流量，m3/s;

kL——液膜吸收系数 ，kmol/(m2.s.kmol/m3); ky——气膜吸收系数，

kmol/(m2.s);

Ky——气相总吸收系数kmol/(m2.s);

kx——液膜吸收系数，

kmol/(m2.s);

kG——气相总吸收系数，kmol/(m2.s.kpa);

Kx——液相总吸收系数

kmol/(m2.s);

LS——吸收剂用量kmol/h; kmol/s; L——是吸收液量 kmol/h；

L'——吸收液质量流量kg/h； LV——吸收液流量，m3/s

?——密度kg/ m3 ?——填料因子， m-1 ; 2、下标

L——液相的 G——气相的

V——混合气流量 kmol/s V'——混合气质量流量 x——溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次 X——溶质组分在气相中的摩尔比 无因次

32

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

y——溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次 Y——溶质组分在气相中的摩尔比 无因次

Z——填料层高度 m Zs——填料层分段高度

3.希腊字母

?——粘度 Pa.s?——密度?——表面张力 N/m mmin——最小的 max

33

——平均的，对数平均的 ——最大的 kg/m3

齐齐哈尔大学化工原理课程设计

34

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lcco.html