水吸收二氧化硫填料塔设计作者陈福茂单位港口航道与近海工程学院专业港口航道与海岸工程学号1303010317摘要：本设计的目的在于除去工业放空尾气中的有害物质。

尾气的初始条件为：20℃，常压下，体积流量为2500m3/h混合气（空气+SO2），其中SO2体积分数5%，出塔SO2含量为0.25%。

设计方案：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，故属用纯溶剂吸收过程。

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。

根据以上条件本设计的结果如下：塔径D=1.2m；填料层高度h=5000mm；填料设计层压降△P=107.91×5=539.55Pa。

关键词：水，二氧化硫，填料塔吸收塔Water Absorption of Sulfur Dioxide in a Packed TowerAbstract:The absorption of the design aims to remove harmful substances in the exhaust of industrial venting. The sulfur dioxide absorption water, design and operating conditions for the task is: At the temperature of 20 and under the atmospheric pressure，the gas mixture (air + SO2)in the amount of procesing : 2500m3/h, volume fraction of sulfue dioxide in the inlet gas mixture:5﹪, emissions (sulfur dioxide by volume) : 0.25﹪. Design scheme: The sulfur dioxide absorption water, to belong to medium solubility absorption process, in order to improve the mass transfer efficiency, choose counter-current absorption process, because water absorbent do, and sulfur dioxide, not as products, so the pure solvents. Choice of filler: the process of water absorption of SO2, the operating temperature and operating pressure is low, the industry usually use plastic bulk packing. In the plastic bulk packing, plastic ladder ring packing performance is better, therefore the DN38 polypropylene ladder ring packing is being choiced. The design of the tower diameter is 1.2m, packing layer height is 5000mm, packing design pressure drop is 539.55Pa.Key Words: H2O; SO2；Packed Tower一、引言填料塔70年代以前，在大型塔器中，板式塔占有绝对优势，出现过许多新型塔板。

70年代初能源危机的出现，突出了节能问题。

随着石油化工的发展，填料塔日益受到人们的重视，此后的20多年间，填料塔技术有了长足的进步，涌现出不少高效填料与新型塔内件，特别是新型高效规整填料的不断开发与应用，冲击了蒸馏设备以板式塔为主的局面，且大有取代板式塔的趋势。

最大直径规整填料塔已达14～20m，结束了填料塔只适用于小直径塔的历史。

这标志着填料塔的塔填料、塔内件及填料塔本身的综合设计技术进入了一个新阶段。

纵观填料塔的发展，可以看出，直至80年代末，新型填料的研究始终十分活跃，尤其是新型规整填料不断涌现，所以当时有人说是规整填料的世界。

但就其整体来说，塔填料结构的研究又始终是沿着两个方面进行的，即同步开发散堆填料与规整填料[1, 2]。

另一个研究方向是进行填料材质的更换，以适应不同工艺要求，提高塔内气液两相间的传质效果，以及对填料表面进行适当处理(包括在板片上碾压细纹或麻点，在板片上粘接石英砂，表面化学改性等)，以改变液相在填料表面的润湿性[3-5]。

填料塔从ACHEMA‘94和ACHEMA’97两届展览会展出情况来看，进入90年代后，填料的发展较慢，仿佛进入一个相对稳定期，或者说是处于巩固阶段。

如1994年展出的最具代表性的产品仍是Sulzer公司1991年展出的Optiflow规整填料，而1997年也只展出了一种新型填料的几何形状，即Raschig公司的Supekpak300型板式规整填料，其余都是一些老填料的新改进(如Rombopak改进型填料)。

填料领域最多的发展还是在气液分布器方面。

国外大公司对液体分布装置的研究较成熟，但对气体分布器的研究是几年前才起步的。

与此相反的是，近五六年来，塔器中板式塔技术却又有了明显的进步。

尽管如此，新型填料的开发与应用仍将会有发展，其重点亦仍是规整填料。

预计今后填料塔的发展仍应归结到以下三个方面：①新型填料及塔内件的开发。

②填料塔的性能研究。

③填料塔的工业应用。

塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。

根据塔内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔[6, 7]。

板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作[8-10]。

工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等[11-13]。

塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素[15-18]。

板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。

填料塔由填料、塔内件及筒体构成。

填料分规整填料和散装填料两大类[19,20]。

塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。

与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。

二、实验过程1 任务及操作条件1.1 设计任务SO2气体填料吸收塔设计。

1.2 操作条件(1) 混合气（空气+ SO2）处理量：2500m3/h；(2) 进塔混合气中二氧化硫体积分数：5%；(3) 进塔吸收剂（清水）温度：20℃；(4) 排放量（二氧化硫体积分数）：0.25%；(5) 操作压力：常压。

2 设计方案的确定2.1 吸收剂的选择用水吸收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。

2.2 填料的选择对于水吸收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D N38聚丙烯阶梯环填料。

图1 水吸收二氧化硫的吸收和解析过程 3 基础物性数据 3.1 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 L ρ=998.2 kg/m 3粘度为 L μ=0.001Pa.s=3.6 kg/(m.h)；Ψ=1表面张力为L σ=72.7×10-3N/m=940896kg/h 22SO 在水中的扩散系数为 L D =1.47×10-9m 2/s=5.29×10-6m 2/h 3.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为 M V =∑y i M i =0.05×64.06+0.95×29=30.75 混合气体的平均密度为V ρ=RTPM V=1.257kg/m 3 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 V μ=1.81 ×10-5Pa·s=0.065kg/(m.h) 查手册得SO 2在空气中的扩散系数为 D v=0.039m 2/h 3.3 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 =3.55 ×103 kPa 相平衡常数为溶解度系数为x *b =%142.004.3505.0= X *b =%14.01%14.0-=0.0014 5 填料塔的工艺尺寸的计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。

塔底混合气相质量流量为：V '＝2500×1.257=3142.5Kmol/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即L '=4950.37×18.02=89205.6674Kg/h⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛L G V L ρρ''0.5=5.31426674.89205×⎪⎭⎫ ⎝⎛2.998257.10.5=1.007 经比较选用DN38塑料阶梯环查《化工原理》附录知：填料因子Φ=1701m -。

从下图查得：仪FP=1.007垂线与散堆填料液泛总线相交可读出F Y =0.0213/1V'L'⎪⎪⎭⎫⎝⎛LGρρ图2 填料塔液泛、压力降通用关联图橫坐标：5.0V'L'⎪⎪⎭⎫⎝⎛L Gρρ 或 5.0LVV ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛G L ρρ纵坐标：LG Lg ρρϕμ∙∙1.01.2G 或 L L G f g W ρμϕρ1.0各物理量的意义如下：V ＇、L ＇――气体与液体的质量流速Kg/M 2S ；V 、V L ――气体与液体的体积流量M 3/S ；L G ρρ、――气体与液体的密度Kg/M 3。

ϕ――填料因子I/M ；查表1170-=m F φ021.02.02=ψ=L LV F F F g u Y μρρφs m g u LV F LF /981.010257.111702.99881.9021.0021.02.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯==μψρφρ sm u u F /687.0981.07.07.0=⨯==取Vs=s /m 694.0360025003= D=m u V S 135.1687.014.33600/250044=⨯⨯=∏ 圆整塔径，取D=1.2m 泛点率校核：)%(6.62%100981.0614.0/614.02.1785.03600/25002在允许的范围内=⨯==⨯=F u u s m u填料规格校核： 858.31381200d D >== 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为h m m L w ⋅=/08.0)(3min 查填料手册得min 206.792.1785.02.998/6674.89205U U >=⨯=经以上校核可知，填料塔直径选用D=1200mm 合理 三、 实验结果与讨论h m m a L U m m a t w t ⋅=⨯===23min min 32/6.105.13208.0)(/5.1321.液体分布器简要设计 1.1 液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。