水吸收二氧化硫填料吸收塔課程設(shè)計(jì)報(bào)告

.z.----.可修編.東營(yíng)職業(yè)學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)題目：處理量為2500m3/h水吸收二氧化硫過(guò)程填料吸收塔的設(shè)計(jì)。教學(xué)院化工與材料工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)石油化工生產(chǎn)技術(shù)學(xué)生**學(xué)生**08110430指導(dǎo)教師郭合倉(cāng)2014年06月01日化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)石油化工生產(chǎn)技術(shù)班級(jí)設(shè)計(jì)人一．設(shè)計(jì)題目處理量為2500m3/h水吸收二氧化硫過(guò)程填料吸收塔的設(shè)計(jì)二．原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理空氣—二氧化硫混合氣2.3萬(wàn)噸（開工率300天／年）。原料：二氧化硫含量為5%（摩爾分率，下同）的常溫氣體。分離要求：塔頂二氧化硫含量不高于0.26%。塔底二氧化硫含量不低于0.1%。建廠地址：**省永城市。三．設(shè)計(jì)要求（一）編制一份設(shè)計(jì)說(shuō)明書，主要內(nèi)容包括:1.摘要；2.流程的確定和說(shuō)明（附流程簡(jiǎn)圖）；3.生產(chǎn)條件的確定和說(shuō)明；4.吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算；5.附屬設(shè)備的選型和計(jì)算；6.設(shè)計(jì)結(jié)果列表；7.設(shè)計(jì)結(jié)果的討論和說(shuō)明；8.主要符號(hào)說(shuō)明；9.注明參考和使用過(guò)的文獻(xiàn)資料；10.結(jié)束語(yǔ)(二)繪制一個(gè)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。（三）繪制吸收塔的工藝條件圖。四．設(shè)計(jì)日期：2010年11月22日至2010年12月15日-.z.目錄摘要.……………………..……...…=4\*ROMANIV第一章緒論……………………….……………11.1吸收技術(shù)概況…………………….……..11.2吸收設(shè)備發(fā)展……………………...……11.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用………….……………...…3第二章吸收塔的設(shè)計(jì)方案…………………...…….……42.1吸收劑的選擇………..…………….……42.2吸收流程選擇…………….…….…….…52.2.1吸收工藝流程的確定………………..…………52.2.2吸收工藝流程圖及工藝過(guò)程說(shuō)明……..…….62.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇……………72.3.1吸收塔設(shè)備的選擇……………………...………72.3.2填料的選擇………….………..…..82.4吸收劑再生方法的選擇…………………….….…….102.5操作參數(shù)的選擇………………….……112.5.1操作溫度的確定…………………….………….112.5.2操作壓強(qiáng)的確定………………….………….…11第三章吸收塔工藝條件的計(jì)算…………………..….123.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)………………………….123.1.1液相物性數(shù)據(jù)…………………..123.1.2氣相物性數(shù)據(jù)………………..…123.1.3氣液兩相平衡時(shí)的數(shù)據(jù)…………...………….123.2物料衡算………………..123.3填料塔的工藝尺寸計(jì)算…………………….………..133.3.1塔徑的計(jì)算…………….………..133.3.2泛點(diǎn)率校核和填料規(guī)格………………...…….143.3.3液體噴淋密度校核……………………...……..153.4填料層高度計(jì)算………...…………..153.4.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算……………….……..……..153.4.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算…………….…...………………..……...163.4.3填料層高度的計(jì)算………………….……..…..173.5填料塔附屬高度的計(jì)算……………….….……..…..183.6液體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)……………..183.6.1液體分布器的選型………...…………………..183.6.2分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算………….….193.6.3塔底液體保持管高度的計(jì)算………………..203.7其他附屬塔內(nèi)件的選擇……………..213.7.1填料支撐板……………….…….213.7.2填料壓緊裝置與床層限制板……………..…213.7.3氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置……………..…213.8流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算………………...…223.8.1填料層壓力降的計(jì)算……………..…………..223.8.2泛點(diǎn)率…………………………...233.8.3氣體動(dòng)能因子…………………..233.9附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇………………………..……233.9.1吸收塔主要接管的尺寸計(jì)算…………………..……….……233.9.2離心泵的計(jì)算與選擇……………..………..…24工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說(shuō)明………26設(shè)計(jì)方案討論…………………………..………31附錄（計(jì)算程序及有關(guān)圖表）…………32參考文獻(xiàn)……………………….……..…………..34結(jié)束語(yǔ)………………….……….…35帶控制點(diǎn)的工藝流程圖………………..…..36設(shè)備條件圖…………………...…37化工原理課程設(shè)計(jì)教師評(píng)分表………….38摘要吸收是利用混合氣體中各組分在液體中的溶解度的差異來(lái)分離氣態(tài)均相混合物的一種單元操作。在化工生產(chǎn)中主要用于原料氣的凈化，有用組分的回收等。氣液兩相的分離是通過(guò)它們密切的接觸進(jìn)行的，在正常操作下，氣相為連續(xù)相而液相為分散相，氣相組成呈連續(xù)變化，氣相中的成分逐漸被分離出來(lái)。填料塔是氣液呈連續(xù)性接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備，屬微分接觸逆流操作過(guò)程。塔的底部有支撐板用來(lái)支撐填料，并允許氣液通過(guò)。支撐板上的填料有整砌和亂堆兩種方式。填料層的上方有液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑于填料層上。填料層的空隙率超過(guò)90%，一般液泛點(diǎn)較高，單位塔截面積上填料塔的生產(chǎn)能力較高，研究表明，在壓力小于0.3MPa時(shí)，填料塔的分離效率明顯優(yōu)于板式塔。這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是用水吸收空氣中的二氧化硫，然后再進(jìn)行解吸處理得到二氧化硫。要求設(shè)計(jì)包括塔徑、填料塔高度、塔管的尺寸等，需要通過(guò)物料衡算得到所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行所需尺寸的計(jì)算得到各種設(shè)計(jì)參數(shù)，為圖的繪制打基礎(chǔ)，提供數(shù)據(jù)參考。-.z.第一章緒論1.。1吸收技術(shù)概況當(dāng)氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，氣體中的一個(gè)或者幾個(gè)組分溶解與液體中，而不能溶解的組分仍留在氣體中，使氣體得以分離。吸收過(guò)程是化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作，其基本原理是利用混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同，實(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作。實(shí)際生產(chǎn)中，吸收過(guò)程所用的吸收劑常需回收利用，故一般來(lái)說(shuō)，完整的吸收過(guò)程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分，因而在設(shè)計(jì)上應(yīng)將兩部分綜合考慮，才能得到較為理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。作為吸收過(guò)程的工藝設(shè)計(jì)，其一般性問(wèn)題是在給定混合氣體處理量、混合氣體組成、溫度、壓力以及分離要求的條件下，完成以下工作：（1）根據(jù)給定的分離任務(wù)，確定吸收方案；（2）根據(jù)流程進(jìn)行過(guò)程的物料和熱量衡算，確定工藝參數(shù)；（3）依據(jù)物料及熱量衡算進(jìn)行過(guò)程的設(shè)備選型或設(shè)備設(shè)計(jì)；（4）繪制工藝流程圖及主要設(shè)備的工藝條件圖；（5）編寫工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書。1.2吸收設(shè)備發(fā)展在吸收過(guò)程中，質(zhì)量交換是在兩相接觸面上進(jìn)行的。因此，吸收設(shè)備應(yīng)具有較大的氣液接觸面，按吸收表面的形成方式，吸收設(shè)備可分為下列幾類：（1）表面吸收器吸收器中兩相間的接觸面是靜止液面（表面吸收器本身的液面）或流動(dòng)的液膜表面（膜式吸收器）。這類設(shè)備中的接觸表面在相當(dāng)大的程度上決定于吸收器構(gòu)件的幾何表面。這類設(shè)備還可分為以下幾種基本類型：水平液面的表面吸收器：在這類吸收器中，氣體在靜止不動(dòng)或緩慢流動(dòng)的液面上通過(guò)，液面即為傳質(zhì)表面，由于傳質(zhì)表面不大，所以此種表面吸收器只適用于生產(chǎn)規(guī)模較小的場(chǎng)合。通常將若干個(gè)氣液逆流運(yùn)動(dòng)的吸收器串聯(lián)起來(lái)使用。為了能使液體自流，可將吸收器排列成階梯式，即沿流體的流向，后一個(gè)吸收器低于前一個(gè)吸收器。水平液面的表面吸收器的效率極低，現(xiàn)在應(yīng)用已很有限。只有從體積量不大的氣體中吸收易溶組分，并同時(shí)需要散除熱量的情況下才采用它們。這類吸收器有時(shí)還用于吸收高濃度氣體混合物中的*些組分。液膜吸收器：在液膜吸收器中，氣液兩相在流動(dòng)的液膜表面上接觸。液膜是沿著圓管或平板的縱向表面流動(dòng)的。已知有三種類型的液膜吸收器：列管式吸收器：液膜沿垂直圓管的內(nèi)壁流動(dòng)；板狀填料吸收器：填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的兩測(cè)流動(dòng)；升膜式吸收器：液膜向上（反向）流動(dòng)。目前，液膜吸收器應(yīng)用比較少，其中最常見的是列管式吸收器，常用于從高濃度氣體混合物同時(shí)取出熱量的易溶氣體（氯化氫，二氧化硫）的吸收。填料吸收器填料吸收器是裝有各種不同形狀填料的塔。噴淋液體沿填料表面流下，氣液兩相主要在填料的潤(rùn)濕表面上接觸。設(shè)備單位體積內(nèi)的填料表面積可以相當(dāng)大，因此，能在較小的體積內(nèi)得到很大的傳質(zhì)表面。但在很多情況下，填料的活性接觸表面小于其幾何表面。填料吸收器：填料吸收器一般作成塔狀，塔內(nèi)裝有支撐板，板上堆放填料層。噴淋的液體通過(guò)分布器灑向填料。在吸收器內(nèi)，填料在整個(gè)塔內(nèi)堆成一個(gè)整體。有時(shí)也將填料裝成幾層，每層的下邊都設(shè)有單獨(dú)的支撐板。當(dāng)填料分層堆放時(shí)，層與層之間常裝有液體再分布裝置。在填料吸收器中，氣體和液體的運(yùn)動(dòng)經(jīng)常是逆流的。而很少采用并流操作。但近年來(lái)對(duì)在高氣速條件下操作的并流填料吸收器給予另外很大的關(guān)注。在這樣高的氣速下，不但可以強(qiáng)化過(guò)程和縮小設(shè)備尺寸，而且并流的阻力降也要比逆流時(shí)顯著降低。這樣高的氣速在逆流時(shí)因?yàn)闀?huì)造成液泛，是不可能達(dá)到的。如果兩相的運(yùn)動(dòng)方向?qū)ν苿?dòng)力沒有明顯的影響，就可以采用這種并流吸收器。填料吸收器的不足之處是難于除去吸收過(guò)程中的熱量。通常使用外接冷卻器的辦法循環(huán)排走熱量。曾有人提出在填料層中間安裝冷卻組件從內(nèi)部除熱的設(shè)想，但這種結(jié)構(gòu)的吸收器沒有得到推廣。機(jī)械液膜吸收器：機(jī)械液膜吸收器可分為兩類。在第一類設(shè)備中，機(jī)械作用用來(lái)生成和保持液膜。屬于這一類的有圓盤式液膜吸收器。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到液面上方時(shí)，便被生成的液膜所覆蓋，吸收過(guò)程就在這一層液膜表面上進(jìn)行。圓盤的圓周速度為0.2～0.3米/秒。這種吸收器的傳質(zhì)系數(shù)與填料吸收器相近。第一類設(shè)備沒有什么明顯的優(yōu)點(diǎn)，并由于有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的存在而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，同時(shí)還增加了能量消耗。因此這類設(shè)備沒有得到推廣。第二類設(shè)備的實(shí)用意義較大。在這類設(shè)備中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)用來(lái)使兩相混合，促使傳質(zhì)過(guò)程得到強(qiáng)化。這種設(shè)備稱之為“轉(zhuǎn)子液膜塔”，常用于熱穩(wěn)定性較差物質(zhì)的精餾。顯然，這種設(shè)備也可用于吸收操作。（2）鼓泡吸收器在這種吸收器中，接觸表面是隨氣流而擴(kuò)展。在液體中呈小氣泡和噴射狀態(tài)分布。這樣的氣體運(yùn)動(dòng)（鼓泡）是以其通過(guò)充滿液體的設(shè)備（連續(xù)的鼓泡）或通過(guò)具有不同形式塔板的塔來(lái)實(shí)現(xiàn)。在充填填料的吸收器中，也可看到氣體和液體相互作用的特征。這一類吸收器也包括以機(jī)械攪拌混合液體的鼓泡吸收器。鼓泡吸收器中，接觸表面是由流體動(dòng)力狀態(tài)（氣體和液體的流量）所決定的。（3）噴灑吸收器噴灑吸收器中的接觸表面是在氣相介質(zhì)中噴灑細(xì)小液滴的方法而形成的。接觸表面取決于流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)（液體流量）。這一類的吸收器有：吸收器中液體的噴灑是用噴霧器（噴灑或空心的吸收器）；用高速氣體運(yùn)動(dòng)流的高速并流噴灑吸收器；或用旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的機(jī)械噴灑吸收器。在這些不同形式的設(shè)備中，現(xiàn)在最通用的是填料及鼓泡塔板吸收器。1.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用在化工生產(chǎn)中所處理的原料﹑中間產(chǎn)物﹑粗產(chǎn)品等幾乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，為進(jìn)一步加工和使用，常需將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。對(duì)于均相物系，要想進(jìn)行組分間的分離，必須要造成一兩個(gè)物系，利用原物系中各組分間*種物性的差異，而使其中*個(gè)組分（或*些組分）從一相轉(zhuǎn)移到另一相，以達(dá)到分離的目的。物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過(guò)程稱為物質(zhì)傳遞過(guò)程。吸收單元操作是化學(xué)工業(yè)中常見的傳質(zhì)過(guò)程。氣體的吸收在化工生產(chǎn)中主要用來(lái)達(dá)到以下幾種目的：(1)有用組分的回收。例如用硫酸處理焦?fàn)t氣以回收其中的二氧化硫，用氣油處理焦?fàn)t氣以回收其中的芳烴，用液態(tài)烴處理裂解氣以回收其中的乙烯、丙烯等。(2)原料氣的凈化。例如用水和堿液脫除合成二氧化硫原料氣中的二氧化碳，用丙酮脫除裂解氣中的乙炔等。(3)*些產(chǎn)品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氫以制備鹽酸，用水吸收甲醛以制備福爾馬林溶液等。(4)廢氣的治理。例如：電廠的鍋爐尾氣含二氧化硫。硝酸生產(chǎn)尾氣含一氧化氮等有害氣體，均須用吸收方法除去。第二章吸收塔的設(shè)計(jì)方案2.1吸收劑的選擇對(duì)于吸收操作，選擇適宜的吸收劑，具有十分重要的意義。其對(duì)吸收操作過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的影響。一般情況下，選擇吸收劑，要著重考慮如下問(wèn)題：對(duì)溶質(zhì)的溶解度大所選的吸收劑對(duì)溶質(zhì)的溶解度大，則單位量的吸收劑能夠溶解較多的溶質(zhì)，在一定的處理量和分離要求條件下，吸收劑的用量小，可以有效地減少吸收劑循環(huán)量，這對(duì)于減少過(guò)程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面，在同樣的吸收劑用量下，液相的傳質(zhì)推動(dòng)力大，則可以提高吸收速率，減小塔設(shè)備的尺寸。對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性，即要求選用的吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度，而對(duì)其它組分則溶解度要小或基本不溶，這樣，不但可以減小惰性氣體組分的損失，而且可以提高解吸后溶質(zhì)氣體的純度。不易揮發(fā)吸收劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸汽壓，以避免吸收過(guò)程中吸收劑的損失，提高吸收過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。再生性能好由于在吸收劑再生過(guò)程中，一般要對(duì)其進(jìn)行升溫或氣提等處理，能量消耗較大，因而，吸收劑再生性能的好壞，對(duì)吸收過(guò)程能耗的影響極大，選用具有良好再生性能的吸收劑，往往能有效地降低過(guò)程的能量消耗。以上四個(gè)方面是選擇吸收劑時(shí)應(yīng)該考慮的主要問(wèn)題，其次，還應(yīng)該注意所選擇地吸收劑應(yīng)該具有良好的物理、化學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性。其良好的物理性能主要指吸收劑的粘度要小，不易發(fā)泡，以保證吸收劑具有良好的流動(dòng)性能和分布性能。良好的化學(xué)性能主要指具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以防止在使用中發(fā)生變質(zhì)，同時(shí)要求吸收劑盡可能無(wú)毒、無(wú)易燃易爆性，對(duì)相關(guān)設(shè)備無(wú)腐蝕性（或較小的腐蝕性）。吸收劑的經(jīng)濟(jì)性主要指應(yīng)盡可能選擇用廉價(jià)易得的溶劑，兩種吸收劑如下：表2-1物理吸收劑和化學(xué)吸收劑的選擇物理吸收劑化學(xué)吸收劑（1）吸收容量（溶解度）正比于溶質(zhì)分壓（2）吸收熱效應(yīng)很?。ń诘葴兀?）常用降壓閃蒸解吸（4）適于溶質(zhì)含量高，而凈化度要求不太高的場(chǎng)合（5）對(duì)設(shè)備腐蝕性小，不易變質(zhì)（1）吸收容量對(duì)溶質(zhì)分壓不太敏感（2）吸收熱效應(yīng)顯著（3）用低壓蒸汽氣提解吸（4）適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場(chǎng)合（5）對(duì)設(shè)備腐蝕性大，易變質(zhì)本設(shè)計(jì)采用水作為吸收劑，二氧化硫作為溶質(zhì)。2.2吸收流程選擇吸收工藝流程的確定工業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同的角度進(jìn)行分類，從所用的吸收劑的種類看，有僅用一種吸收劑的一步吸收流程和使用兩種吸收劑的兩部吸收流程，從所用的塔設(shè)備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程很多塔吸收流程，從塔內(nèi)氣液兩相得流向可分為逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環(huán)流程。（一）一步吸收流程和兩部吸收流程一步流程一般用于混合氣體溶質(zhì)濃度較低，同時(shí)過(guò)程的分離要求不高，選用一種吸收劑即可完成任務(wù)的情況。若混合氣體中溶質(zhì)濃度較高且吸收要求也高，難以用一步吸收達(dá)到規(guī)定的吸收要求，但過(guò)程的操作費(fèi)用較高，從經(jīng)濟(jì)性的角度分析不夠適宜時(shí)，可以考慮采用兩步吸收流程。（二）單塔吸收流程和多塔吸收流程單塔吸收流程是吸收過(guò)程中最常用的流程，如過(guò)程無(wú)特別需要，則一般采用單塔吸收流程。若過(guò)程的分離要求較高，使用單塔操作時(shí)，所需要的塔體過(guò)高，或采用兩步吸收流程時(shí)，則需要采用多塔流程（通常是雙塔吸收流程）（三）逆流吸收與并流吸收吸收塔或再生塔內(nèi)氣液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有傳質(zhì)推動(dòng)力大，分離效率高（具有多個(gè)理論級(jí)的分離能力）的顯著優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用。工程上，如無(wú)特別需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶劑循環(huán)吸收流程由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大，當(dāng)液相噴淋量過(guò)小時(shí)，將降低填料塔的分離效率，因此當(dāng)塔的液相負(fù)荷過(guò)小而難以充分潤(rùn)濕填料表面時(shí)，可以采用部分溶劑循環(huán)吸收流程，以提高液相噴淋量，改善塔的操作條件。本設(shè)計(jì)采用單塔逆流操作。吸收工藝流程圖及工藝過(guò)程說(shuō)明圖2-1吸收SO2的流程包括吸收和解吸兩大部分?；旌蠚怏w冷卻至下進(jìn)入吸收塔底部，水從塔頂淋下，塔內(nèi)裝有填料以擴(kuò)大氣液接觸面積。在氣體與液體接觸的過(guò)程中，氣體中的SO2溶解于水，使離開吸收塔頂?shù)臍怏w二氧化硫含量降低至允許值，而溶有較多二氧化硫的液體由吸收塔底排出。為了回收二氧化硫并再次利用水，需要將水和二氧化硫分離開，稱為溶劑的再生。解吸是溶劑再生的一種方法，含二氧化硫的水溶液經(jīng)過(guò)加熱后送入解吸塔，與上升的過(guò)熱蒸汽接觸，二氧化硫從液相中解吸至氣相。二氧化硫被解吸后，水溶劑得到再生，經(jīng)過(guò)冷卻后再重新作為吸收劑送入吸收塔循環(huán)使用。設(shè)計(jì)填料吸收塔實(shí)體主體結(jié)構(gòu)示意圖如下：圖2--22.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇吸收塔設(shè)備的選擇對(duì)于吸收過(guò)程，能夠完成其分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種，如何從眾多的塔設(shè)備中選擇合適的類型是進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)得首要工作。而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則需對(duì)吸收過(guò)程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)多方案對(duì)比方能得到較滿意的結(jié)果。一般而言，吸收用塔設(shè)備與精餾過(guò)程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求，即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，易于制造、安裝、操作和維修等。在液體流率很低難以充分潤(rùn)濕填料，或塔徑過(guò)大，使用填料塔不很經(jīng)濟(jì)的情況下，以采用板式塔為宜。但作為吸收過(guò)程，一般具有操作液氣比大的特點(diǎn)，因而更適用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過(guò)程節(jié)能，所以對(duì)于吸收過(guò)程來(lái)說(shuō)，以采用填料塔居多。本次吸收塔設(shè)計(jì)選擇填料吸收塔。填料的選擇塔填料是填料塔中的氣液相間傳質(zhì)組件，是填料塔的核心部分。其種類繁多，性能上各有差異。圖2--31.散堆填料目前散堆填料主要有環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料。所用的材質(zhì)有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金屬等（1）拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料于1914年由拉西（F.Rashching）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)，如圖片拉西環(huán)所示。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應(yīng)用。（2）鮑爾環(huán)填料如圖片鮑耳環(huán)所示，鮑爾環(huán)是對(duì)拉西環(huán)的改進(jìn)，在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，被切開的環(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。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(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，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種應(yīng)用較廣的填料。（3）階梯環(huán)(Stairswreath)填料如圖片階梯環(huán)所示，填料的階梯環(huán)結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長(zhǎng)方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯(cuò)45°的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。（4）矩鞍填料如圖片矩鞍填料所示，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。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場(chǎng)合，均已被瓷矩鞍填料所取代。（5）金屬環(huán)矩鞍填料如圖片金屬換環(huán)聚鞍填料所示，環(huán)矩鞍填料（國(guó)外稱為Intalo*）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)，在散裝填料中應(yīng)用較多。2．規(guī)整填料規(guī)整填料是由許多相同尺寸和形狀的材料組成的填料單元，以整砌的方式裝填在塔體中。規(guī)整填料主要包括板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、格利希格柵、脈沖填料等，其中尤以板波紋填料和絲網(wǎng)波紋填料所用材料主要有金屬絲網(wǎng)和塑料絲網(wǎng)。（1）格柵填料(Spacegridfiller)是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用最早的格柵填料為如圖片3-12（a）所示的木格柵填料。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以圖片3-12（b）所示的格里奇格柵填料最具代表性。格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負(fù)荷大及防堵等場(chǎng)合。（2）波紋填料(Ripplesfiller)目前工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30°和45°兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤填料間交錯(cuò)90°排列。波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價(jià)高，但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。（d）所示，金屬板波紋填料是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液體、加強(qiáng)橫向混合的作用。波紋板片上軋成細(xì)小溝紋，可起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場(chǎng)合。（3）金屬壓延孔板波紋填料(Themetalspressestopostponetheboreplankripplesfiller)是另一種有代表性的板波紋填料。它與金屬孔板波紋填料的主要區(qū)別在于板片表面不是沖壓孔，而是刺孔，用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為0.4～0.5mm小刺孔。其分離能力類似于網(wǎng)波紋填料，但抗堵能力比網(wǎng)波紋填料強(qiáng)，并且價(jià)格便宜，應(yīng)用較為廣泛。波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大（常用的有125、150、250、350、500、700等幾種）。波紋填料的缺點(diǎn)是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價(jià)高。（4）脈沖填料(Pulsefiller)是由帶縮頸的中空棱柱形個(gè)體，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料，如圖片3-12（e）所示。脈沖填料組裝后，會(huì)形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大，氣液兩相通過(guò)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動(dòng)。在縮頸段，氣速最高，湍動(dòng)劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段，氣速減到最小，實(shí)現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過(guò)程。脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，故特別適用于大塔徑的場(chǎng)合。工業(yè)上常用規(guī)整填料的特性參數(shù)可參閱有關(guān)手冊(cè)。由于該過(guò)程處理量不大，所以所用的塔直徑不會(huì)太大，以采用填料塔較為適宜，所以采用聚丙烯塑料階梯環(huán)填料。其主要性能參數(shù)為：比表面積=132.5m孔隙率=0.91形狀修正系數(shù)=1.45填料因子=170mA=0.204臨界*力2.4吸收劑再生方法的選擇依據(jù)所用的吸收劑不同可以采用不同的再生方案，工業(yè)上常用的吸收劑再生方法主要有減壓再生、加熱再生及氣提再生等。減壓再生（閃蒸）吸收劑的減壓再生是最簡(jiǎn)單的吸收劑再生方法之一。在吸收塔內(nèi)，吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔并減壓，使得融入吸收劑中的溶質(zhì)得以再生。該方法最適用于加壓吸收，而且吸收后的后續(xù)工藝處于常壓或較低壓力的條件，如吸收操作處于常壓條件下進(jìn)行，若采用減壓再生，則解吸操作需要在真空條件下進(jìn)行，則過(guò)程可能不夠經(jīng)濟(jì)加熱再生加熱再生也是吸收劑再生最常用的方法。吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔內(nèi)并加熱使其升溫，溶入吸收劑中的溶質(zhì)得以解吸。由于再生溫度必須高于吸收溫度，因而，該方法最適用于常溫吸收或在接近于常溫的吸收操作，否則，若吸收溫度較高，則再生溫度必然更高，從而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸氣作為加熱介質(zhì)，加熱方法可依據(jù)具體情況采用直接蒸汽加熱或采用間接蒸汽加熱。2.5操作參數(shù)的選擇操作溫度的確定對(duì)于物理吸收而言,降低操作溫度,對(duì)吸收有利.但低于環(huán)境溫度的操作溫度因其要消耗大量的制冷動(dòng)力而一般是不可取的,所以一般情況下,取常溫吸收較為有利.對(duì)于特殊條件的吸收操作方可采用低于或高于環(huán)境的溫度操作.對(duì)于化學(xué)吸收,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定,既要考慮溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的影響,也要考慮對(duì)化學(xué)平衡的影響,使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度.對(duì)于再生操作,較高的操作溫度可以降低溶質(zhì)的溶解度,因而有利于吸收劑的再生.而對(duì)本設(shè)計(jì)而言，由吸收過(guò)程的氣液關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應(yīng)有吸收系統(tǒng)的具體情況決定。依據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，操作溫度定為20℃。操作壓力的確定操作壓力的選擇根據(jù)具體情況的不同分為三種：對(duì)于物理吸收,加壓操作一方面有利于提高吸收過(guò)程的傳質(zhì)推動(dòng)力而提高過(guò)程的傳質(zhì)速率,另一方面,也可以減小氣體的體積流率,減小吸收塔徑.所以操作十分有利.但工程上,專門為吸收操作而為氣體加壓,從過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的壓力參數(shù)下可以進(jìn)行吸收操作的情況下,一般是以前道工序的壓力作為吸收單元的操作壓力.對(duì)于化學(xué)吸收,若過(guò)程由質(zhì)量傳遞過(guò)程控制,則提高操作壓力有利,若為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程控制,則操作壓力對(duì)過(guò)程的影響不大,可以完全根據(jù)前后工序的壓力參數(shù)確定吸收操作壓力,但加大吸收壓力依然可以減小氣相的體積流率,對(duì)減小塔徑仍然是有利的.對(duì)于減壓再生(閃蒸)操作,其操作壓力應(yīng)以吸收劑的再生要求而定,逐次或一次從吸收壓力減至再生操作壓力,逐次閃蒸的再生效果一般要優(yōu)于一次閃蒸效果.本設(shè)計(jì)中由吸收過(guò)程的氣液平衡可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即加壓有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對(duì)設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加，綜合考慮，采用常壓101.325kPa。第三章吸收塔工藝條件的計(jì)算3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)對(duì)于低濃度的吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取純水的物性數(shù)據(jù)20℃時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度ρL=998.2(kg/m3)粘度μL=0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)表面*力δL=72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)DL=1.47×10-5(㎝2/s)=5.29×10-6(m2/h)氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Mvm=0.05×64.06+0.95×29=30.75混合氣體的平均密度為1.278（kg/m3）混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)的20C°空氣的粘度為(m·h)在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為m2/s)=0.039(m2/h)氣液兩相平衡時(shí)的數(shù)據(jù)常壓下20℃在水中的亨利系數(shù)為相平衡常數(shù)為溶解度系數(shù)為3.2物料衡算因?yàn)楣紾B（Y1-Y2）=Ls(*1-*2)無(wú)論是低濃度吸收還是高濃度吸收均適用，故物料衡算利用此式。（以下計(jì)算過(guò)程分別以G和L表示GB和Ls）進(jìn)塔氣相摩爾比為出塔氣相摩爾比為進(jìn)塔惰性氣相流量為該吸收過(guò)程屬于低濃度吸收，平衡曲線可近似為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算，即對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為取操作液氣比93L=49.93×98.79=4932.58(kmol/h)+*2=98.79(0.0526-0.00263)/4932.58+0=0.00103.3填料塔的工藝尺寸計(jì)算塔徑的計(jì)算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速。液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即=4932.58×18.02=88885.09kg/h氣相質(zhì)量流量為=2500×1.278=3195kg/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為查Eckert通用關(guān)聯(lián)圖得（附錄四），式中：：泛點(diǎn)氣速m/sg：重力加速度9.81m/s2，：氣相，液相密度kg/m3：液體粘度mPa·s（此處為1）本次設(shè)計(jì)選用的是塑料階梯環(huán)類型填料。查表5-11，其填料因子泛點(diǎn)氣速：對(duì)于散裝填料，泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為，泛點(diǎn)率的選擇，對(duì)于加壓操作，選擇較高的泛點(diǎn)率，減壓操作選擇較低的泛點(diǎn)率，此處取∴圓整塔徑D取。泛點(diǎn)率校核和填料規(guī)格泛點(diǎn)率校核(在允許*圍內(nèi))填料規(guī)格校核階梯環(huán)的徑比要求：>8有即符合要求液體噴淋密度校核取最小潤(rùn)濕速率為：查《化工原理課程設(shè)計(jì)（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)）》附錄五得故滿足最小噴淋密度的要求.經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1200mm合理3.4填料層高度計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算解吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為傳質(zhì)單元高度的計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算查表(常見材質(zhì)的臨界表面*力值)，液體質(zhì)量通量為氣體質(zhì)量通量為氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算由，查附得，則因?yàn)?，故需要校正。由，得則有由填料層高度的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層設(shè)計(jì)高度一般為~因此取所以設(shè)計(jì)取填料層高度為查附，對(duì)于階梯環(huán)填料，h/D=8～15,m取則計(jì)算得填料層高度為5500mm，故不需要分段。3.5填料塔附屬高度的計(jì)算塔上部空間高度，通過(guò)相關(guān)資料可知，可取為1.3m，塔底液相停留時(shí)間按1.5min考慮，則塔釜液所占空間高度為：考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取2.5m，所以塔的附屬空間高度可以取為1.3+2.5=3.8米。因此塔的實(shí)際高度取H=5.5+3.8=9.3(m)3.6液體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)液體分布器的選型液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式、及槽盤式等。工業(yè)應(yīng)用以管式、槽式、及槽盤式為主。性能優(yōu)良的液體分布器設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足以下幾點(diǎn)：⑴液體分布均勻評(píng)價(jià)液體分布均勻的標(biāo)準(zhǔn)是：足夠的分布點(diǎn)密度；分布點(diǎn)的幾何均勻性；降液點(diǎn)間流量的均勻性。①分布點(diǎn)密度。液體分布器分布點(diǎn)密度的選取與填料類型及規(guī)格、塔徑大小、操作條件等密切相關(guān)，各種文獻(xiàn)推薦的值也相差較大。大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點(diǎn)密度越??；液體噴淋密度越小，分布點(diǎn)密度越大。對(duì)于散裝填料，填料尺寸越大，分布點(diǎn)密度越小。表3-1列出了散裝填料塔的分布點(diǎn)密度推薦值表3-1Eckert的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦值塔徑，mm分布點(diǎn)密度，塔截面D=400330D=750170D≥120042②分布點(diǎn)的幾何均勻性。分布點(diǎn)在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點(diǎn)密度更為重要的問(wèn)題。設(shè)計(jì)中，一般需通過(guò)反復(fù)計(jì)算和繪圖排列，進(jìn)行比較，選擇較佳方案。分布點(diǎn)的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。③降夜點(diǎn)間流量的均勻性。為保證各分布點(diǎn)的流量均勻，需要分布器總體的合理設(shè)計(jì)、精細(xì)的制作和正確的安裝。高性能的液體分布器，要求個(gè)分布點(diǎn)與平均流量的偏差小于6%。⑵操作彈性大液體分布器的操作彈性是指液體的最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之比。設(shè)計(jì)中，一般要求液體分布器的操作彈性為2～4，對(duì)于液體負(fù)荷變化很大的工藝過(guò)程，有時(shí)要求操作彈性達(dá)到10以上，此時(shí)，分布器必須特殊設(shè)計(jì)。⑶自由截面積大液體分布器的自由截面積是指氣體通道占塔截面積最小應(yīng)在35%以上。⑷其它液體分布器應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、制造容易、調(diào)整和維修方便由于該吸收塔的液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式液體分布器。當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過(guò)*一數(shù)值時(shí)，填料層需分段。在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集自上一填料層來(lái)的液體，為下一填料層提供均勻的液體分布。由節(jié)中知，本次設(shè)計(jì)的填料層不需要分段,故不需要安裝液體再分布器。分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算按照Eckert建議值，D≥1200mm時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)/m2,因?yàn)樵撍合嘭?fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為120點(diǎn)/m2。布液點(diǎn)數(shù)為點(diǎn)按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：二級(jí)槽共設(shè)七道，槽側(cè)面開孔，槽寬度為80mm,槽高度為210mm,兩槽中心矩為160mm,分布點(diǎn)采用三角形排列。實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為n=132點(diǎn)，(見示意圖)布液計(jì)算：由L:液體流量m3/sn:開孔數(shù)目:孔流系數(shù)，取0.55～0.60d0:孔徑，m:開孔上方的液位高度，m取，m設(shè)計(jì)取圖3-1槽式液體分布器二級(jí)槽的布液點(diǎn)示意圖塔底液體保持管高度的計(jì)算取布液孔的直徑為15mm，則液位保持管中的液位高度可由公式：得，即：：式中：：布液孔直徑，mL：液體流率，m3/s：布液孔數(shù)：孔流系數(shù)：液體高度，m：重力加速度，m/s2值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定可取因此，取根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，則液位保持管高度為：3.7其它附屬塔內(nèi)件的選擇3.7.1填料支撐板填料支撐板的作用是支撐塔內(nèi)的填料。常用的填料支撐裝置由柵板型，孔管型，駝峰型等。對(duì)于散裝填料，通常選用孔管型，駝峰型支撐裝置；設(shè)計(jì)中，為防止在填料支撐裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生液泛，要求填料支撐裝置的自由截面積應(yīng)大于75%。本次設(shè)計(jì)選用駝峰型支撐裝置。3.7.2填料壓緊裝置與床層限制板對(duì)于散裝填料，可以選用壓緊柵板，也可以選用壓緊網(wǎng)板，在其下方根據(jù)填料的規(guī)格鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定。設(shè)計(jì)中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過(guò)高甚至發(fā)生液泛，要求壓板或限制板自由截面分率大于70％。本次設(shè)計(jì)選用壓緊網(wǎng)板。氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置（1）氣體進(jìn)出口裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對(duì)500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對(duì)1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b置。氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡(jiǎn)單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。本設(shè)計(jì)中選用折板除霧器。折板除霧器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，除霧板由的角鋼組成，板間橫向距離為25mm，垂直流過(guò)的氣速可按下式計(jì)算：式中——?dú)馑伲琺；——液相及氣相密度，；——系數(shù)，；本設(shè)計(jì)中取，則流過(guò)的氣速所需除霧板組的橫斷面為由上式確定的氣速*圍，除霧板的阻力為49-98pa，此時(shí)能除去的最小霧滴直徑約為0.05mm，即50.（2）排液裝置液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取10～20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口流速可取0.8～1.5m/s（必要時(shí)可加大些）管徑依氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)定進(jìn)行圓整.在以后的各節(jié)中會(huì)有計(jì)算。3.8流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算填料層壓力降的計(jì)算（1）氣體進(jìn)出口壓力降由后面主要接管尺寸計(jì)算可知，氣體的進(jìn)出口接管內(nèi)徑為。則氣體的進(jìn)出口流速為:則進(jìn)口（突然擴(kuò)大=1）出口(突然縮小=0.5）（2）填料層壓力降氣體通過(guò)填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算，有前面計(jì)算可知其中橫坐標(biāo)為查《散裝填料壓降填料因子平均值》得m-1縱坐標(biāo)為查Eckert關(guān)聯(lián)圖得所以填料層壓力降其它塔內(nèi)間的壓力降較小,因此可忽略于是得到吸收塔的總壓力降為泛點(diǎn)率吸收塔操作氣速為0.614m/s.泛點(diǎn)氣速為0.9458m/s.所以泛點(diǎn)率為對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為：~所以該塔的泛點(diǎn)率合適。氣體動(dòng)能因子吸收塔內(nèi)氣體的動(dòng)能因子為氣體動(dòng)能因子在常用*圍內(nèi)。3.9附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇吸收塔主要接管的尺寸計(jì)算本設(shè)計(jì)中填料塔有多處接管，但主要的是氣體和液體的進(jìn)料口和出料口接管。在此分別以液體進(jìn)料管和氣體進(jìn)料管的管徑計(jì)算為例進(jìn)行說(shuō)明。氣體和液體在管道中流速的選擇原則為：常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取10～20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口流速可取0.8～1.5m/s（必要時(shí)可加大些）1．液體進(jìn)料接管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下查《輸送流體用地縫鋼管：GB8163-20083》可知，可選用熱軋無(wú)縫鋼管管徑為。則實(shí)際管內(nèi)徑為174mm.實(shí)際通過(guò)液體接管的液速為：。2．氣體進(jìn)料接管采用直管進(jìn)料。取氣速所以查《輸送流體用地縫鋼管：GB8163-20083》可知取管徑為實(shí)際管內(nèi)徑為，則實(shí)際通過(guò)氣體接管的氣速為：3．吸收劑輸送管路直徑及流速計(jì)算根據(jù)管材規(guī)*，選擇型的熱軋無(wú)縫管道，其內(nèi)徑為145mm，其實(shí)際流速為：。離心泵的計(jì)算與選擇流量流量所需的揚(yáng)程式中—兩截面處位頭差；—兩截面處?kù)o壓頭之差；—兩截面處動(dòng)壓頭之差；—直管阻力；—管件、閥門局部阻力；根據(jù)前面設(shè)計(jì)資料對(duì)上述公式各項(xiàng)進(jìn)行估算：管路總阻力和所需壓頭計(jì)算根據(jù)管路的平立面布置，計(jì)算所得雷諾數(shù)為：（湍流）利用柏拉修斯關(guān)系式有：根據(jù)填料塔高及泵的大體位置，管路長(zhǎng)ｌ取13米選用三個(gè)90。彎頭，三個(gè)截止閥全開考慮到安全系數(shù)，查得流量的安全系數(shù)為1.1，揚(yáng)程的安全系數(shù)為1.05～1.1因?yàn)樵撐找郧逅疄槲談?，選用離心泵型號(hào)為：IS125-100-200單級(jí)單吸離心泵，其性能參數(shù)如下（見附錄五）表3--2轉(zhuǎn)速（r/min）流量m3/h揚(yáng)程H/m效率η/%功率/kW必需汽蝕余量(NPSH)r/m軸功率電機(jī)功率2.5145010012.5764.487.5工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說(shuō)明基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)和物料衡算結(jié)果匯總：表-1項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位吸收劑（水）的密度ρL998.2(kg/m3)溶劑的粘度μL0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)溶劑表面*力δL72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)二氧化硫在水中擴(kuò)散系數(shù)DL1.47×10-5(㎝2/s)=5.29×10-6(m2/h)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量30.75混合氣體的平均密度1.278二氧化硫在空氣中擴(kuò)散系數(shù)DG0.108×10-4(m2/s)=0.039(m2/h)亨利系數(shù)E3.55×103KPa;氣液相平衡常數(shù)35.04溶解度系數(shù)H0.0156kmol/(m3.KPa);二氧化硫進(jìn)塔摩爾比Y10.0526二氧化硫出塔摩爾比Y20.00263惰性氣體摩爾流量G98.79kmol/h;吸收劑摩爾流量L4932.58kmol/h液相進(jìn)口摩爾比*20液相出口摩爾比*10.001填料塔工藝尺寸計(jì)算結(jié)果表：表-2項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位氣相質(zhì)量流量3195kg/h液相質(zhì)量流量88885.09kg/h塔徑1200mm空塔氣速0.614泛點(diǎn)率64.92%噴淋密度U78.77m3/(m2.h)解吸因數(shù)S0.7018氣相總傳質(zhì)單元數(shù)6.361液體質(zhì)量通量UL78631.54氣體質(zhì)量通量UG2826.43氣膜吸收系數(shù)0.0317kmol/(m2.h.kpa)液膜吸收系數(shù)1.171(m/h)氣相總吸收系數(shù)(校正后)6.419kmol/(m3.h.kpa)液相總吸收系數(shù)（校正后）114.34(l/h)氣相總傳質(zhì)系數(shù)1.396kmol/(m3.h.kpa)氣相傳質(zhì)單元高度0.618填料層高度Z′5.5填料塔上部空間高度1.3填料塔下部空間高度2.5塔附屬高度3.8塔高9.3布液孔數(shù)132點(diǎn)孔徑d00.015m開孔上方高度0.16m液位保持管高度h′0.1833m流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總：表-3項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位氣體進(jìn)口壓力降△P1120.11Pa;氣體出口壓力降△P260.05Pa;填料層壓力降△P3701.42Pa;吸收塔總壓力降△P881.58Pa;泛點(diǎn)率64.92%氣體動(dòng)能因子F附屬設(shè)備計(jì)算結(jié)果匯總：表-4項(xiàng)目選型數(shù)值與計(jì)量單位液體進(jìn)出口接管熱軋無(wú)縫鋼管液體實(shí)際流速氣體進(jìn)出口接管熱軋無(wú)縫鋼管氣體實(shí)際流速吸收劑輸送管路熱軋無(wú)縫鋼管吸收劑實(shí)際流速離心泵的選型IS125-100-200單級(jí)單吸離心泵揚(yáng)程H=12.001m所用聚丙烯塑料階梯環(huán)填料主要性能參數(shù)匯總：表-5項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位公稱直徑38mm塔徑與填料公稱直徑比值D/d>8填料因子平均值170m臨界表面*力值33形狀修正系數(shù)1.45填料分段高度推薦值h/D=8～15m壓降填料因子平均值116m-1主要符號(hào)說(shuō)明：1、英文字母表-6——填料層的潤(rùn)滑比表面積m2/m3；S——脫吸因數(shù);無(wú)因次;——填料層的有效傳質(zhì)比表面積（m2/m3）——擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;塔徑,m;——液體質(zhì)量通量——?dú)怏w質(zhì)量通量——亨利系數(shù)，KPa;——重力加速度，kg/(m2.h);——溶解度系數(shù)，kmol/(m3.KPa);——?dú)庀鄠髻|(zhì)單元高度，m;——液相傳質(zhì)單元高度，m;——?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度，m;——液相總傳質(zhì)單元高度，m;——液體噴淋密度;——相平衡常數(shù)，無(wú)因次;——?dú)庀鄠髻|(zhì)單元數(shù)，無(wú)因次;——液相傳質(zhì)單元數(shù)，無(wú)因次;——?dú)庀嗫倐髻|(zhì)系數(shù)，無(wú)因次——液相總傳質(zhì)系數(shù)，無(wú)因次;——總壓，KPa;——溫度，0C;——?dú)怏w通用常數(shù)，kJ/(kmol.K)——填料直徑，mm；——空塔速度，m/s;——液泛速度，m/s;——惰性氣體流量，kmol/h;——混合氣體體積流量，m3/h;—液膜吸收系數(shù)m/h;——?dú)饽の障禂?shù)，kmol/(m2.h.kpa);—?dú)庀嗫偽障禂?shù)kmol/(m3.h.kpa);—液相總吸收系數(shù)，l/h;—?dú)庀嗫倐髻|(zhì)系數(shù)kmol/(m3.h.kpa);—液相總傳質(zhì)系數(shù)l/h;——吸收劑用量kmol/h;kmol/s;——是吸收液量kmol/h——吸收劑質(zhì)量流量kg/h；——?dú)怏w質(zhì)量流量，kg/h；——密度kg/m3——填料因子，m-1;修正系數(shù)，無(wú)因次2、下標(biāo)表-7——液相的——?dú)庀嗟摹旌蠚饬髁俊旌蠚赓|(zhì)量流量*——溶質(zhì)在液相中的摩爾分率無(wú)因次*——溶質(zhì)在液相中的摩爾比無(wú)因次y——溶質(zhì)在氣相中的摩爾分率無(wú)因次Y——溶質(zhì)在氣相中的摩爾比無(wú)因次Z——填料層高度m’——填料高度m3.希臘字母表-8——粘度Pa.s——密度kg/m3——表面*力kg/h2——平均的，對(duì)數(shù)平均的——最小的——最大的設(shè)計(jì)方案討論本次設(shè)計(jì)的用水吸收二氧化硫的填料吸收塔，采用的是聚丙烯塑料階梯環(huán)填料和逆流單程流程。混合氣的體積流率為2500m3/h，經(jīng)過(guò)物料衡算知吸收劑水的體積流量為89.045m3/h。塔徑為1200mm,塔總體高度為9.3m，而且不需要分段。氣體和液體的進(jìn)出口以及輸送管路的管道尺寸都是依據(jù)《輸送流體用地縫鋼管：GB8163-20083》。在選擇離心泵的時(shí)候，不僅考慮到了吸收劑的體積流量安全系數(shù)，也考慮到了揚(yáng)程的安全系數(shù)。條件裝配圖尤其是工藝流程圖，是在查閱有關(guān)繪圖權(quán)威資料如《化工工藝算圖》，《工程制圖與AutoCAD教程》以及參考了《化工儀表及自動(dòng)化》的基礎(chǔ)上認(rèn)真繪制的，但是由于學(xué)生的能力有限，水平欠佳，所以最終的圖也許并沒有達(dá)到十分的標(biāo)準(zhǔn)，這是有待在以后的學(xué)習(xí)生活中需要加以提高