水吸收_低濃度二氧化硫_填料吸收塔_設(shè)計(jì)

1、水吸收低濃度SO2填料吸收塔設(shè)計(jì)第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)、依據(jù)和要求一、 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1、混合氣體（空氣中含SO2氣體的混合氣體）處理量為90 kmol/h2、混合氣體組成：SO2含量為7.6%（摩爾百分比），空氣為：92.4%（mol/%）3、要求出塔凈化氣含SO2為：0.145%（mol/%），H2O為：1.172 kmol/h4、吸收劑為水，不含SO2 5、常壓，氣體入塔溫度為25°C，水入塔溫度為20°C。二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)方案的確定2、填料吸收塔的塔徑、填料層高度及填料層壓強(qiáng)的計(jì)算。3、填料塔附屬結(jié)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì)。4、填料塔工藝條件圖。三、 H2O- SO2

2、在常壓20 °C下的平衡數(shù)據(jù)xyxy0.002810.07760.0004230.007630.0019650.05130.0002810.00420.0014050.03420.00014050.001580.0008450.01850.00005640.000660.0005640.0112四、 氣體與液體的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)氣體的物理性質(zhì)：氣體粘度 氣體擴(kuò)散系數(shù) 氣體密度液體的物理性質(zhì)：液體粘度液體擴(kuò)散系數(shù)液體密度 液體表面張力 五、 設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份2、填料塔圖（2號(hào)圖）一張第二部分 SO2凈化技術(shù)和設(shè)備一、SO2的來(lái)源、性質(zhì)及其危害：1、二氧化硫的來(lái)源二氧化硫的來(lái)源

3、很廣泛，幾乎所有企業(yè)都要產(chǎn)生二氧化硫，最主要途徑是含硫化石燃料的燃燒。大約一噸煤中含有5-50kg硫，一噸石油中含有5-30kg硫。這些燃料經(jīng)燃燒都產(chǎn)生并排放出二氧化硫，占所有排放總量的96%.二氧化硫的來(lái)源包括微生物活動(dòng)，火山活動(dòng)，森林火災(zāi)以及海水飛沫。主要有自然來(lái)源和人為來(lái)源兩大類：自然來(lái)源主要是火山活動(dòng)，噴出的火山氣體中含有大量的二氧化硫氣體，地質(zhì)深處的天然硫元素在火山噴發(fā)過(guò)程中燃燒氧化為二氧化硫，隨火山灰一起噴射到大氣中。地球上57%的二氧化硫來(lái)自自然界，沼澤、洼地、大陸架等處所排放的硫化氫，進(jìn)入大氣，被空氣中的氧氧化為二氧化硫。自然排放大約占大氣中全部二氧化硫的一半，通過(guò)自然循環(huán)過(guò)程

4、，自然排放的硫基本上是平衡的。人為來(lái)源則指在人類進(jìn)行生產(chǎn)、生活活動(dòng)中，使用含硫及其化合物的礦石進(jìn)行燃燒，以及硫礦石的冶煉和硫酸、磷肥紙漿的生產(chǎn)等產(chǎn)生的工業(yè)廢氣，從而使其中一部分或全部的硫以二氧化硫的形式排放到大氣中，形成二氧化硫污染。這部分二氧化硫占地球上二氧化硫來(lái)源的43%。隨著化石燃料消費(fèi)量的不斷增加，全世界認(rèn)為排放的二氧化硫在不斷在增加，其中北半球排放的二氧化硫占人為排放總量的90%。我國(guó)的能源主要依靠煤炭和石油，而我國(guó)的煤炭、石油一般含硫量較高，因此，火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、冶煉廠、化工廠和煉油廠排放出的大量二氧化硫和二氧化碳是造成我國(guó)大氣污染的主要原因。由于我國(guó)部分地區(qū)燃用高硫煤，燃煤設(shè)

5、備未能采取脫硫措施，致使二氧化硫排放量不斷增加，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。2、二氧化硫的性質(zhì)(1) 物理性質(zhì)：二氧化硫又名亞硫酸酐，英文名稱： sulfur dioxide 。無(wú)色氣體，有強(qiáng)烈刺激性氣味。分子量64.07 密度為1.4337kg/m3 （標(biāo)準(zhǔn)狀況下） ，密度比空氣大。溶解度：9.4g/mL（25） 熔點(diǎn)76.1（200.75K） 沸點(diǎn)10 （263K） 蒸汽壓338.32kPa(2538mmHg，21.11)易溶于水，在338.32kPa水中溶解度為8.5%（25）；易容于甲醇和乙醇；容于硫酸、乙酸、氯仿和乙醚等。易液化（mp：10）。(2) 化學(xué)性質(zhì)：二氧化硫是一種酸性氧化物，它極

6、易溶于水，其水溶液呈酸性，為亞硫酸水溶液。實(shí)際上，二氧化硫水溶液中成分為SO2·7H2O，僅含有微量的亞硫酸，但是亞硫酸鹽含有亞硫酸根離子。所謂的亞硫酸水溶液能被空氣逐漸氧化成硫酸，其濃度越低氧化越快，而且一經(jīng)加熱就會(huì)有自行氧化。二氧化硫在完全燃燒干燥時(shí)幾乎不與氧氣發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)在有初生態(tài)氧的燃燒環(huán)境下，或者對(duì)二氧化硫與氧氣的混合物進(jìn)行放電，則有氧化反應(yīng)發(fā)生。氧化性：SO2+2H2S=3S+2H2O ；還原性：能被Cl2、Br2、I2、Fe3+、KMnO4、HNO3等強(qiáng)氧化劑氧化成高價(jià)態(tài)硫元素。 SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX 3 、二氧化硫的危害二氧化硫?qū)θ梭w及動(dòng)物健康的

7、危害：主要是對(duì)眼角膜和上呼吸道粘膜的強(qiáng)烈刺激作用。其濃度與反應(yīng)關(guān)系如下：0.4毫克/立方米時(shí)無(wú)不良反應(yīng)；0.7毫克/立方米時(shí)，普遍感到上呼吸道及眼睛的刺激；2.6毫克/立方米時(shí)，短時(shí)間作用即可反射性的引起器官、支氣管平滑肌收縮，使呼吸道阻力增加。一般認(rèn)為空氣中二氧化硫濃度達(dá)1.5毫克/立方米，對(duì)人體健康即為有危害，長(zhǎng)期接觸主要引起鼻、咽、支氣管，嗅覺(jué)障礙和尿中硫酸鹽增加。吸入高濃度二氧化硫，可引起支氣管炎、肺炎，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生肺水腫及呼吸中樞麻痹。二氧化硫進(jìn)入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滯在上呼吸道，在濕潤(rùn)的粘膜上生成具有腐蝕性的亞硫酸、硫酸和硫酸鹽，使刺激作用增強(qiáng)。上呼吸道的平滑肌因有

8、末梢神經(jīng)感受器，遇刺激就會(huì)產(chǎn)生窄縮反應(yīng)，使氣管和支氣管的管腔縮小，氣道阻力增加。上呼吸道對(duì)二氧化硫的這種阻留作用，在一定程度上可減輕二氧化硫?qū)Ψ尾康拇碳?。但進(jìn)入血液的二氧化硫仍可通過(guò)血液循環(huán)抵達(dá)肺部產(chǎn)生刺激作用。 二氧化硫進(jìn)入血液可引起全身性毒作用，破壞酶的活性，影響糖及蛋白質(zhì)的代謝；對(duì)肝臟有一定損害。液態(tài)二氧化硫可使角膜蛋白質(zhì)變性引起視力障礙。二氧化硫與煙塵同時(shí)污染大氣時(shí)，兩者有協(xié)同作用。因煙塵中含有多種重金屬及其氧化物，能催化二氧化硫形成毒性更強(qiáng)的硫酸霧。因加劇其毒性作用。動(dòng)物試驗(yàn)證明，二氧化硫慢性中毒后，機(jī)體的免疫受到明顯抑制。大量吸入可引起肺水腫、喉水腫、聲帶痙攣而致窒息。急性中毒：輕

9、度中毒時(shí)，發(fā)生流淚、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等；嚴(yán)重中毒可在數(shù)小時(shí)內(nèi)發(fā)生肺水腫；極高濃度吸入可引起反射性聲門痙攣而致窒息。皮膚或眼接觸發(fā)生炎癥或灼傷。慢性影響：長(zhǎng)期低濃度接觸，可有頭痛、頭昏、乏力等全身癥狀以及慢性鼻炎、咽喉炎、支氣管炎、嗅覺(jué)及味覺(jué)減退等。少數(shù)工人有牙齒酸蝕癥。二氧化硫濃度為1015ppm時(shí)，呼吸道纖毛運(yùn)動(dòng)和粘膜的分泌功能均能受到抑制。濃度達(dá)20ppm時(shí)，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入濃度為100ppm 8小時(shí)，支氣管和肺部出現(xiàn)明顯的刺激癥狀，使肺組織受損。濃度達(dá)400ppm時(shí)可使人產(chǎn)生呼吸困難。二氧化硫與飄塵一起被吸入，飄塵氣溶膠微?？砂讯趸驇У椒尾渴苟拘栽黾?4倍。若飄塵

10、表面吸附金屬微粒，在其催化作用下，使二氧化硫氧化為硫酸霧，其刺激作用比二氧化硫增強(qiáng)約1倍。長(zhǎng)期生活在大氣污染的環(huán)境中，由于二氧化硫和飄塵的聯(lián)合作用，可促使肺泡纖維增生。如果增生范圍波及廣泛，形成纖維性病變，發(fā)展下去可使纖維斷裂形成肺氣腫。二氧化硫可以加強(qiáng)致癌物苯并（）芘的致癌作用。據(jù)動(dòng)物試驗(yàn)，在二氧化硫和苯并（）芘的聯(lián)合作用下，動(dòng)物肺癌的發(fā)病率高于單個(gè)因子的發(fā)病率，在短期內(nèi)即可誘發(fā)肺部扁平細(xì)胞癌。二氧化硫?qū)χ参锏奈：Γ捍髿庵泻趸蜻^(guò)高，對(duì)葉子的危害首先是對(duì)葉肉的海綿狀軟組織部分，其次是對(duì)柵欄細(xì)胞部分。侵蝕開(kāi)始時(shí)，葉子出現(xiàn)水浸透現(xiàn)象，特別是介于葉邊和葉脈之間的部分損害尤為嚴(yán)重。干燥后，受影響

11、的葉面部分呈白色或乳白色。如果二氧化硫的濃度為（0.3-0.5）×，并持續(xù)幾天后，就會(huì)對(duì)敏感性植物產(chǎn)生慢性損害。二氧化硫直接進(jìn)入氣孔，葉肉中的植物細(xì)胞使其轉(zhuǎn)化為亞硫酸鹽，再轉(zhuǎn)化成硫酸鹽。當(dāng)過(guò)量的二氧化硫存在時(shí)，植物細(xì)胞就不能盡快地把亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，并開(kāi)始破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。菠菜，萵苣和其他葉狀蔬菜對(duì)二氧化硫最為敏感。棉花和苜蓿也都很敏感。松針也受其影響，不論葉尖或是整片針葉都會(huì)變成褐色，并且很脆弱。二氧化硫?qū)ㄖ锛捌渌奈：Γ捍髿庵械亩趸蚣捌渖傻乃犰F、酸滴等，能使金屬表面產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，使紡織品、紙品、皮革制品等腐蝕破損，使金屬涂料變質(zhì)，降低其保護(hù)效果。造成金屬腐蝕最為有害的

12、污染物一般是二氧化硫，已觀察到城市大氣中金屬的腐蝕率約是農(nóng)村環(huán)境中腐蝕率的1.5-5倍。溫度尤其是相對(duì)濕度皆顯著影響著腐蝕速度。含硫物質(zhì)或硫酸會(huì)侵蝕多種建筑材料，如石灰石、大理石、花崗巖、水泥砂漿等，這些建筑材料先形成較易溶解的硫酸鹽，然后被雨水沖刷掉。尼龍織物，尤其是尼龍管道等，其老化顯然是由二氧化硫或硫酸氣溶膠造成的。長(zhǎng)期的酸雨作用還將對(duì)土壤和水質(zhì)產(chǎn)生不可估量的損失， 對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。二、SO2的凈化技術(shù)：二氧化硫不僅在大氣中形成酸雨，造成空氣污染，而且嚴(yán)重腐蝕鍋爐尾部設(shè)備，影響生產(chǎn)和安全運(yùn)行。電站鍋爐是我國(guó)二氧化硫的主要排放源，它的特點(diǎn)是煙氣量大，SO2濃度低，綜合利用難度大

13、。在電站煙氣脫硫的運(yùn)行費(fèi)中，脫硫劑的費(fèi)用占有很高比例。我國(guó)發(fā)電用煤的平均含硫量高達(dá)1.15%，因此，電站煙氣脫硫?qū)ξ覈?guó)來(lái)說(shuō)更為重要?？刂芐O2排放的工藝按其在燃燒過(guò)程中所處位置可分為燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫三種。燃燒前脫硫主要是洗煤、煤的氣化和液化。洗煤可用作脫硫的輔助手段，經(jīng)濟(jì)適用的煤氣化和液化技術(shù)在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)之中。就燃燒中脫硫的型煤和循環(huán)流化床燃燒來(lái)說(shuō)，燃用型煤比直接燃用原煤節(jié)煤又干凈，較多用于中小鍋爐上。當(dāng)前應(yīng)用的脫硫方法，大致可分為兩類，即干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫：該法是用粉狀、粒狀吸收劑，吸附劑或催化劑去除廢氣中的二氧化硫。干法的最大優(yōu)點(diǎn)是治理中無(wú)廢水、廢酸排出，減少了二次污染

14、；缺點(diǎn)是脫硫效率低，設(shè)備龐大，操作要求高。濕法脫硫：該法是采用液體吸收劑如水或堿溶液洗滌含二氧化硫的煙氣，通過(guò)吸收去除其中的二氧化硫，濕法脫硫所用設(shè)備較簡(jiǎn)單，操作容易，脫硫效率較高。但脫硫后煙氣溫度降低，于煙囪排煙擴(kuò)散不利。由于使用不同的吸收劑可獲得不同的副產(chǎn)物而加以利用，因此濕法是全國(guó)研究最多的方法。濕法脫硫效率較高，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，操作運(yùn)行方便，運(yùn)行成本低，產(chǎn)生的副產(chǎn)物如硫酸鹽和壓硫酸鹽，可回收利用，作為工業(yè)原料。所以在本設(shè)計(jì)中選取濕法脫硫。三、吸收設(shè)備：板式塔與填料塔的比較一般為了強(qiáng)化吸收過(guò)程，降低設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，要求吸收設(shè)備應(yīng)滿足以下基本要求：1. 氣液之間應(yīng)有較大的接觸面積和一定

15、接觸時(shí)間；2. 分離效率高；操作穩(wěn)定，彈性大；3. 對(duì)氣體的阻力??；4. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作維修方便，造價(jià)低廉；5. 相應(yīng)的抗腐蝕能力和防堵塞能力。常用的吸收設(shè)備有噴淋塔、填料塔、板式塔、湍流塔、鼓泡塔等。這里我們主要比較板式塔和填料塔各自的特點(diǎn)：板式塔內(nèi)沿塔高裝有若干層塔板(或稱塔盤(pán))，液體靠重力作用由頂部逐板流向塔底，并在各塊板面上形成流動(dòng)的液層；氣體則靠壓強(qiáng)差推動(dòng)，由塔底向上依次穿過(guò)各塔板上的液層而流向塔頂。氣、液兩相在塔內(nèi)進(jìn)行逐級(jí)接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。 填料塔內(nèi)裝有各種形式的固體填充物，即填料。液相由塔頂噴淋裝置分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面流下；氣相則在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿

16、過(guò)填料的間隙，由塔的一端流向另一端。氣、液在填料的潤(rùn)濕表面上進(jìn)行接觸，其組成沿塔高連續(xù)地變化。 目前在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)處理量大時(shí)多采用板式塔，而當(dāng)處理量較小時(shí)多采用填料塔。蒸餾操作的規(guī)模往往較大，所需塔徑常達(dá)一米以上，故采用板式塔較多；吸收操作的規(guī)模一般較小，故采用填料塔較多。板式塔與填料塔的比較項(xiàng)目塔型備注板式塔填料塔造價(jià)600以下，安裝較困難普通填料塔800以下造價(jià)一般較板式塔便宜，直徑大則昂貴由于填料塔造價(jià)隨體積幾乎正比的增大，單位體積造價(jià)降低分離效率每塊塔板的效率較穩(wěn)定，大塔效率比小塔效率有所提高工業(yè)塔等板高度與板式塔差不多，但塔徑增大效率下降，高效填料可以達(dá)到高的分離效率，有利于塔高降

17、低生產(chǎn)能力允許空塔速度較高，生產(chǎn)能力較大允許空塔速度較高，生產(chǎn)能力較小壓降壓降較大壓降小，尤其是絲網(wǎng)填料操作彈性浮閥，泡罩等具有大的操作彈性操作彈性較小填料塔采用鮑爾環(huán)等操作彈性有了擴(kuò)大液氣比L/V的范圍液氣比的適應(yīng)范圍大小的LV時(shí)，分離效率差版式塔中，雖然L小，仍能保持一定液層，填料塔中噴淋密度太小，就不能充分潤(rùn)濕清洗的方便性清洗較方便清洗費(fèi)時(shí)對(duì)腐蝕介質(zhì)的適應(yīng)性因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較難用防腐蝕材料制作，但無(wú)溢流柵板塔等可以易用防腐蝕材料制作塔中持液量持液量大持液量小，尤其是高效絲網(wǎng)填料有利于精密分離塔中換熱的可能性可以實(shí)現(xiàn)困難材料要求一般用金屬材料制作可用非金屬耐腐蝕材料安裝維修較容易較難重量較輕重

18、根據(jù)板式塔與填料塔的特點(diǎn)比較，以及根據(jù)設(shè)計(jì)的條件和要求，本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用填料塔最為合適。四、填料塔的結(jié)構(gòu)：示意圖填料塔也是一種重要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，在塔體內(nèi)充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方為填料壓板及液體分布裝置。液體自填料層頂部分散后沿填料表面流下而潤(rùn)濕填料表面；氣體在壓強(qiáng)差推動(dòng)下，通過(guò)填料間的空隙由塔的一端流向另一端。氣液兩相間的傳質(zhì)通常是在填料表面的液體與氣相間的界面上進(jìn)行的。塔殼可由陶瓷、金屬、玻璃、塑料制成，必要時(shí)可在金屬筒體內(nèi)襯以防腐材料。為保證液體在整個(gè)截面上的均勻分布，塔體應(yīng)具有良好的垂直度。填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且有阻力小和便于用耐腐材料制造等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)

19、于直徑較小的塔、處理有腐蝕性的物料或要求壓強(qiáng)降小的真空蒸餾系統(tǒng)，填料塔都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。另外，對(duì)于某些液氣比甚大的蒸餾或吸收操作，若采用板式塔，則降液管將占用過(guò)多的塔截面積，此時(shí)也宜采用填料塔。主要結(jié)構(gòu)如下所示：主要結(jié)構(gòu)作用主要要求外殼操作系統(tǒng)與環(huán)境的隔離界面要具有一定的強(qiáng)度，需要時(shí)應(yīng)能耐腐蝕填料氣液兩相的接觸元件，實(shí)現(xiàn)過(guò)程操作的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度，比表面積大，空隙率大，可使氣、液的處理量大氣體壓力降低填料支承支承填料，并使氣流分布均勻自由截面積大，應(yīng)>=65%。強(qiáng)度大液體分布器使液體均勻地噴淋在填料上噴灑均勻，防堵再分布器為防止液體的壁流效應(yīng)，填料層需要分段，在段間使液體集中再

20、重新分布噴灑均勻，截面積大，拉西環(huán)分段每段不超過(guò)4m，其他填料不超過(guò)56m除霧器防止氣速過(guò)大，在塔頂出塔的氣體中帶出大量液體除霧效率高，壓力降小結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：五、工藝流程及工藝流程圖氣體從填料塔的下端由鼓風(fēng)機(jī)1鼓入，吸收液由填料塔上端進(jìn)入從塔底流出，進(jìn)行充分的接觸、吸收。送入貯液槽2中加藥、沉淀，然后被水泵打到進(jìn)水管，循環(huán)進(jìn)行吸收。在進(jìn)水管處裝有轉(zhuǎn)子流量計(jì)4，測(cè)量進(jìn)液管中吸收液的流量。第三部分 吸收塔的工藝計(jì)算（L、P、D、H）一、吸收劑用量的計(jì)算（最小液氣比）由原始數(shù)據(jù)已知：入口氣體量y1=7.6； 出口氣體量y2=0.145低濃度吸收時(shí)：Y1= y1 Y2= y2 進(jìn)口液體不含二氧化

21、硫所以x2=0由H2OSO2在常壓20oC的平衡數(shù)據(jù)，得X1=0.00276= =27.011低濃度時(shí)有 GG=90 kmol/h吸收劑的最小用量：=×G =27.011×90=2430.99（kmol/h）L=(1.12.0) ，取L=1.5吸收劑實(shí)際用量為L(zhǎng)=1.5×2430.99=3646.485（kmol/h）逆流吸收塔操作示意圖如下：YXX1Y1X2Y2X：表示水中含有溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)Y：表示空氣中含有溶質(zhì)氣體的摩爾分?jǐn)?shù)二、氣液相進(jìn)出口組成 1、氣相進(jìn)口組成組成入口質(zhì)量流速（kg/h）質(zhì)量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)空氣2

22、411.6484.6483.1692.4SO2437.7615.366.847.6H2O2849.40100901002、氣相出口組成組成出口質(zhì)量流速（kg/h）質(zhì)量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)空氣2411.6498.814483.1698.468SO27.840.32120.12250.145H2O21.0960.86441.1721.3882440.57610084.45451003、液相進(jìn)口組成組成入口質(zhì)量流量（kg/h）質(zhì)量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)SO2H2O65636.731003646.48510065636.

23、731003646.4851004、液相出口組成組成出口質(zhì)量流速（kg/h）質(zhì)量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)SO2429.920.6516.71750.184H2O65615.63499.3493645.31399.81666045.5541003652.0305100三、填料的選擇填料是填料塔的核心。填料塔操作性能的好壞，與所選用的填料有直接關(guān)系。填料的種類很多，可分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料兩大類。前者有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形、波紋填料等。塔填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)重要的環(huán)節(jié)之一。塔設(shè)備內(nèi)裝入填料的目的是增加兩種介質(zhì)的接觸表面積，從而促進(jìn)傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行。良好的填料，

24、應(yīng)具有下列特性：(1) 單位容積的重量要小(其數(shù)值成為容重， 根據(jù)填料的堆積方法，即亂堆或整砌而不同)，這樣可使塔設(shè)備的自重減低，基礎(chǔ)的負(fù)荷減輕.這一特性常以符號(hào)(公斤力/米)表示之。(2) 比表面積要大(其數(shù)值也因填料的堆砌方法而不同)，比表面積就是單位體積填料的總表面積，常以a(米/米)表示之.比表面積大即意味著氣液的接觸表面大，有利于傳質(zhì)的進(jìn)行;亦即操作時(shí)可容許較高的氣、液體的流速.但必須注意填料的真正氣液接觸表面，并不一定與比表面積成正比例，而決定于噴淋液所實(shí)際潤(rùn)濕的表面，且也和噴淋液在填料層中的分布有關(guān)。(3) 空隙體積要大(其數(shù)值也因填料的堆積方法而不同)，空隙體積亦稱自由體積，就

25、是單位體積填料中的總空隙量，常以V(米/米)表示之。(4) 要有較高的空隙率。單位體積填料層所具有的空隙體積稱為填料的空隙率。以 表示，其單位為 m3/m3 。一般說(shuō)來(lái)，填料的空隙率多在 0.450.95 范圍以內(nèi)。當(dāng)填料的空隙率較高時(shí)，氣、液通過(guò)能力大且氣流阻力小，操作彈性范圍較寬。(5) 制造容易，價(jià)格低廉。(6) 具有化學(xué)耐蝕性。(7) 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不易破裂，否則損耗變，檢修頻繁，增加操作費(fèi)用。填料的幾何特性數(shù)據(jù)：填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料因子等，是評(píng)價(jià)填料性能的基本參數(shù)。填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越

26、大，氣液分布越均勻，表面的潤(rùn)濕性能越好，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開(kāi)敞，則通量越大，壓降亦越低。填料名稱特性拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料是最早提出的工業(yè)填料，其結(jié)構(gòu)為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。拉西環(huán)的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)不敞開(kāi)， 有效空隙率比實(shí)際空隙率小得多，故壓力降較大；布液能力差，堆放后整個(gè)床層不易宜均勻；向壁偏流嚴(yán)重。鮑爾環(huán)填料鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得。其結(jié)構(gòu)為在拉西環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，被切開(kāi)的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開(kāi)孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空

27、間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，具有生產(chǎn)能力大、阻力低、效率高、操作彈性大等特點(diǎn)。在一般情況下，同樣壓降時(shí)，處理量可以比拉西環(huán)大50%以上；同樣處理量時(shí)，壓降可相應(yīng)降低；傳質(zhì)效率可提高20%左右，故鮑爾環(huán)是目前適用于工業(yè)大塔的一種良好填料。 階梯環(huán)填料階梯環(huán)是今年來(lái)新發(fā)展的填料。階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個(gè)錐形翻邊。由于高徑比減少，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(guò)填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿

28、填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種?；“疤盍匣“疤盍蠈侔靶翁盍系囊环N，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質(zhì)材料制成。弧鞍填料的特點(diǎn)是表面全部敞開(kāi)，不分內(nèi)外，液體在表面兩側(cè)均勻流動(dòng)，表面利用率高，流道呈弧形，流動(dòng)阻力小。其缺點(diǎn)是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，填料表面不能得以充分利用，在流體力學(xué)和傳值性能方面均不如弧鞍填料?；“疤盍蠌?qiáng)度較差，容易破碎。目前國(guó)內(nèi)這種填料使用較少。矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時(shí)不會(huì)套疊，液體分布較均勻；強(qiáng)度

29、也較好。它的流體阻力小，處理物料能力大，傳質(zhì)效率高，比鮑爾環(huán)制造方便， 是一種性能良好的填料。環(huán)矩鞍填料環(huán)矩鞍填料(國(guó)外稱為Intalox)是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，是工業(yè)應(yīng)用最為普遍的一種金屬散裝填料。 共軛環(huán)共軛環(huán)是華南理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種新型填料，是一種高效散堆填料，這種填料的特點(diǎn)是：在塔內(nèi)堆放時(shí)不會(huì)發(fā)生沿軸向重疊。其內(nèi)肋結(jié)構(gòu)呈共軛形狀，在塔內(nèi)堆放時(shí)很均勻，故使液體在填料表面上的分布均勻。相鄰填料的內(nèi)肋與表面接觸的點(diǎn)多，可以加速液體的聚散和

30、表面更新。以上特點(diǎn)使共軛環(huán)對(duì)流體的阻力小，而提供氣、液相接觸的表面大，從而改善了填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性質(zhì)。制造共軛環(huán)填料所需金屬和塑料用量在相同傳質(zhì)單元高度及塔徑下比目前工業(yè)上使用的各種國(guó)產(chǎn)散堆填料用量少。填料的選擇是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題：1）.填料用材的選擇：設(shè)備操作溫度低，塑料能長(zhǎng)期操作無(wú)變形，體系對(duì)塑料無(wú)溶脹的情況下可考慮塑料，因其價(jià)格低廉，性能良好，有較好的耐腐蝕性。而陶瓷填料一般用于腐蝕性介質(zhì)，金屬填料一般耐高溫，但價(jià)格昂貴。是水吸收低濃度SO，介質(zhì)具有輕微腐蝕性，所以本次課程設(shè)計(jì)用陶瓷填料。2）.填料類型的選擇：要在眾多的填料中選出最適宜的塔填料，須對(duì)這些填料在規(guī)定的工藝條件下，做出全面

31、的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。因?yàn)閬y堆填料較規(guī)則填料經(jīng)濟(jì)，所以本次課程設(shè)計(jì)采用亂堆填料法。對(duì)于不同類型的亂堆填料，同樣的尺寸、材質(zhì)的鮑爾環(huán)在同壓降、處理量比拉西環(huán)達(dá)50%以上，效率高出30%以上。但是，本次課程設(shè)計(jì)的處理量較小，用鮑爾環(huán)浪費(fèi)，所以本次課程設(shè)計(jì)選用拉西環(huán)。3）.填料尺寸的選擇：一般來(lái)說(shuō)，填料尺寸小，單位堆積體積的數(shù)目增加，填料層的比表面積增大而空隙減小，氣體的流動(dòng)阻力相應(yīng)增加。實(shí)踐證明，塔徑與材料外徑的合適比值有一個(gè)限值，瓷拉西環(huán)為20-30。拉西環(huán)填料是最古老、最典型的一種填料。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，價(jià)格低廉，性能數(shù)據(jù)較齊全以及機(jī)械強(qiáng)度高，因此，長(zhǎng)久以來(lái)，盡管它存在嚴(yán)重缺點(diǎn)，但仍受廠家歡

32、迎，沿用至今。綜上考慮，本次課程設(shè)計(jì)用的填料是：瓷拉西環(huán)Dg25。其：外徑 d=25mm比表面積 at=190(m/m)空隙率 (m/m)堆積密度 =505(kg/m)臨界表面張力 L=61(dyn/cm)=6.1×10 (N/m)濕填料因子 =400 (1/m)四、吸收塔的塔徑和壓強(qiáng)的計(jì)算：1、塔徑的計(jì)算：液相的質(zhì)量流速 W=65636.73kg/h氣相的質(zhì)量流速 W=2849.40kg/h氣體的密度 G=1.383kg/m液相的密度 L=998.2 kg/m?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)X=WW=0.86查亂堆填料塔液泛速度通用關(guān)聯(lián)圖，橫坐標(biāo)X=0.86的縱坐標(biāo)為Y=0.0267縱坐標(biāo)

33、公式 Y=式中：=400m/m為液體校正系數(shù)，水的密度和液體的密度之比將各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入公式經(jīng)計(jì)算，得液泛氣速 Vf=0.7m/s實(shí)際氣速取泛點(diǎn)氣速的50%80%，取65%操作氣速 V=Vf·70%=0.7×65%=0.455m/s氣體處理量 Qv=2060.30（m3/h）=0.5723(m/s)塔徑 DT=1.2658m圓整為DT=1.2m則塔截面面積A= =1.1304（m2）由DT=1.2m，計(jì)算實(shí)際操作的空塔氣速：V=0.0.506m/s 安全系數(shù) =0.723=72.3% 范圍在50%80%，所以符合要求計(jì)算最小噴淋密度，因填料尺寸小于75mm，故取(L)=0.08

34、 m/(mh)L=(L)a=0.08×190=15.2m/(mh)操作條件下的噴淋密度為：L=24.02m/(mh)> 15.2m/(mh)校核=48>30 可以避免避流現(xiàn)象2、壓降的計(jì)算為求壓降，需找出設(shè)計(jì)氣速V下的縱坐標(biāo)Y現(xiàn)Y與Y的差別僅是氣速不同Y= Y()=0.0267×()=0.014查關(guān)聯(lián)圖Y=0.014， X=0.86，點(diǎn)處得： =392 Pa/m五、吸收塔塔高的計(jì)算： h=HOG×NOG1、氣相總傳質(zhì)單元數(shù)：NOG= 由定積分的幾何意義，通過(guò)圖解法求得曲線下的面積。步驟：（1）先求出操作線方程；（2）在y1與y2之間任意取定y值，通過(guò)操

35、作線方程得到x；（3）查“H2OSO2在常壓20下的平衡數(shù)據(jù)”得ye ；（4）求出的值。求解過(guò)程： (1)低濃度氣體吸收的操作線方程：y=x+(y-x) 代入數(shù)據(jù)得：y=x+(0.00145-×0) =40.5165x+0.00145(3) 在y1與y2之間任意取定y值，通過(guò)操作線方程得到xx00.00005640.00014050.000281y0.001450.003740.007140.012800.000660.00180.0042689.655324.675179.856116.279x0.0004230.0005640.0008450.001840y0.018590.02

36、430.03570.0760.007630.01120.01850.047491.24176.33658.14034.965(4) 用坐標(biāo)紙，圖解法(以y為橫坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作圖)由定積分的幾何意義，得：NOG= =計(jì)量小格的數(shù)目，不滿半格不計(jì)，超過(guò)半格的按一格計(jì)，共4092個(gè)格，則可求出NOG =6.138。2、氣相總傳質(zhì)單元高度的計(jì)算(可通過(guò)實(shí)際測(cè)量和關(guān)聯(lián)式計(jì)算等方法實(shí)現(xiàn)).(1)傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式： 恩田模型及修正公式單位不換算成國(guó)標(biāo)單位。在恩田式中：填料的潤(rùn)濕表面積 aw = 有效比表面積 a 式中：填料的潤(rùn)濕表面積 aw =_ m2/m3 填料的比表面積a=190 m2/m3

37、液體的質(zhì)量流量 L =58065.05 kg/（m2h）填料材質(zhì)的臨界表面張力 L=61dyn/cm (陶瓷)液體的表面張力=73dyn/cm =92.71×10kg/h 液體的粘度 uLKg/(mh)重力加速度 g=1.27*108m/h2 代入數(shù)據(jù)得：=1-exp(-1.45×()×()×()×()=0.69a=0.69a=0.69×190=131.1m/m(2)氣相傳質(zhì)系數(shù)公式：式中：氣體的質(zhì)量流量 V=2520.70 kg/(m2/h氣體粘度G = 0.0652 kg/(mh)氣體擴(kuò)散系數(shù) DG = 0.0393m2/s 液體

38、擴(kuò)散系數(shù) DL = m2/sR=8.314kJ/(kmol*K) 氣體密度 = 1.383kg/m3溫度 T = 298 K 填料的環(huán)狀修正系數(shù) =1 (拉西環(huán)) 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得；k=0.237×()×()×()×1=0.0312(kmol/mhkpa)(3)液相傳質(zhì)系數(shù)公式：式中：液體粘度L = kg/(mh)=0.0095×()×()×()×1=0.694當(dāng)V 50%Vf時(shí)，須對(duì)上兩式求出的kL 、kG進(jìn)行修正實(shí)際氣速V=0.506m/s，則V=V=72.3%， V>50%Vf ，所以需對(duì)kL 、kG進(jìn)行

39、修正：x=1+9.5(-0.5)=1+9.5(0.723-0.5)=2.198x=1+2.6(-0.5)=1+2.6(0.723-0.5)=1.096所以：k·a=xk·a=1.096×0.694×131.1=99.718 k·a=xk·a=2.198×0.0312×131.1=8.991根據(jù)=+ 其中代入數(shù)據(jù)得： =+ 即得ka=1.720H=0.422=0.422×6.138=2.590m安全系數(shù)為1.31.7，取1.5，則實(shí)際填料高度h=1.5×2.590=3.89m圓整為：h=4m，不需

40、要分層壓降P=392kPa/m×4m=1568kPa第四部分 填料塔的設(shè)計(jì)計(jì)算一、塔體的組成：填料塔由塔底段、吸收段、塔帽三部分組成。1、塔底段（進(jìn)氣段、貯液槽段）塔底段的主要組件有：進(jìn)氣管、貯液槽、進(jìn)液管、供水管、放空管、維修人孔、窺視鏡（一對(duì)）2、吸收段吸收段的主要組件有：支承板、填料、維修人孔、氣液再分布器、填料投加口、進(jìn)液管、布水器、除霧板3、塔帽：排氣管二、塔體各部分的設(shè)計(jì)計(jì)算：1、塔底段（進(jìn)氣段、貯液槽段）H1（1）貯液槽：貯液槽的主要作用是貯存吸收液，在吸收液循環(huán)的過(guò)程中可以起到一個(gè)緩沖的作用，使吸收液的流量均勻。在貯液槽中可以對(duì)吸收液進(jìn)行加藥，去除吸收液中的二氧化硫，

41、使吸收液可以循環(huán)利用。取有效液面高度=700mm（500-1000mm）則貯液槽的容積為：V=1.13040.7=0.8m3（2）進(jìn)氣管：進(jìn)氣管管徑的選取，影響到氣體進(jìn)入時(shí)的流速，選取較小的管徑，氣體流速大，不利于氣體在氣體分布器上的分布；選取較大管徑，氣體流速較小，有利于氣體在塔內(nèi)的均勻分布，使氣液結(jié)合充分。一般可將進(jìn)氣管做成斜切口以改善氣體分布或采用較大管徑使其流速降低，達(dá)到氣體分布均勻的目的。對(duì)于直徑1.5米的塔，管的末端可做成向下的喇叭行擴(kuò)大口。對(duì)于更大的塔，應(yīng)考慮盤(pán)管式分布結(jié)構(gòu)。進(jìn)氣管直徑 250mm(250-300mm)進(jìn)氣管中心線距支承板下表面距離 350mm進(jìn)氣管中心線距貯液槽

42、液面高度 350mm(300-350mm)進(jìn)氣管口的半徑為155mm（3）進(jìn)液管：進(jìn)液管中心線與有效液面相平。進(jìn)液管直徑：100mm（中心線與液面持平）（4）設(shè)于氣液進(jìn)出口或塔底和塔釜，通過(guò)維修人孔可以對(duì)塔內(nèi)進(jìn)行維修維修人孔直徑 500mm（500-600mm） 外部長(zhǎng)100mm維修人孔中心線距塔底高度 700mm（5）放空管：通過(guò)放空管可以去除操作過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣放空管直徑 150mm（100-150mm） 長(zhǎng) 100mm（6）窺視孔中心線與有效液面相平，且直徑 200mm塔底段總高度為：H1=2200mm2、吸收段：H2（1）支承板：安裝在填料層底部；作用是支承填料，并使氣流分布均勻，保證足夠的開(kāi)孔率，使氣液兩相能自由通過(guò)；支承板的開(kāi)孔面積要占總面積的75%，選用塑料覆蓋的金屬柵格，增強(qiáng)塑性；種類有十字型，柵條型，多孔板升氣管式。根據(jù)塔徑大小，柵板可制成整塊式或分塊式，對(duì)于直徑D500毫米的塔，采用整塊柵板，對(duì)于直徑D>500毫米的塔，可采用分塊式柵板，每塊板寬270-390毫米，以便通過(guò)塔的入口裝卸。D=1200時(shí)，分成三塊。當(dāng)用柵板