摘要在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，实现气液混合物的分离。

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：① 回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；② 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。

吸收操作仅为分离方法之一，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，实现气液混合物的分离。

一般说来，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。

填料塔作为主要设备之一。

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。

此外，由于水和二氧化硫反应生成硫酸，具有很大的利用。

本次化工原理课程设计，我设计的题目是：炉气处理量为h m 34200炉气吸过程填料吸收塔设计。

本次任务为用水吸收二氧化硫常压填料塔。

具体设计条件如下：1、混合物成分：空气和二氧化硫；2、二氧化硫的含量：08.0（摩尔分率）3、操作压强；常压操作4、进塔炉气流量：h m 342005、二氧化硫气体回收率：%98吸收过程视为等温吸收过程。

关键词：吸收、填料塔、二氧化硫、低浓度。

The AbstractIn the chemical production, gas absorption process is using the mixture of gases, the components in liquid or chemical reaction activity of solubility differences. In the chemical industry, gas absorption purpose is to:(1) recovery or capture gas mixture of the useful materials in order to making products;2) remove the harmful process gas composition, make gas purification, so as to further processing;in order to avoid the atmospheric pollution.Generally speaking, the complete absorption process should include absorption and desorption two parts. In the chemical production process, the raw material of the gas purification, protect the environment, to use gas absorption process. As one of the main equipment packed tower. Sulfur dioxide packing absorption tower, water solvent, reasonable economy, purification degree is high, the pollution is small. In addition, because water and sulfur dioxide reacts sulfuric acid, have a lot of use.The principles of chemical engineering course design,My design task is the sulfur dioxide absorption water atmospheric packed tower. The specific design conditions as follows:1, mixture composition: air and sulfur dioxide;2, sulfur dioxide levels in: (Moore points rate)3, operating pressure; Atmospheric pressure operation4, into the tower furnace gas flow:5, sulfur dioxide gas recovery:The absorption process as the isothermal absorption process.Keywords: absorption, packed tower, sulfur dioxide, low concentration.目录摘要 (I)目录 (III)第一章设计方案的确定 (1)1.1流程方案 (1)1.2设备方案 (1)1.3流程布置 (1)1.4吸收剂的选择 (1)第二章填料的选择 (2)2.1对填料的要求 (2)2.2填料的种类和特性 (3)2.3填料尺寸 (3)2.4填料材质的选择 (4)第三章工艺计算 (4)3.1气液平衡的关系 (4)3.2吸收剂用量及操作线的确定 (4)3.2.1吸收剂用量的确定 (4)3.2.2操作线的确定 (5)3.3塔径计算 (6)3.3.1采用Eckert通用关联图法计算泛点速率 (6)3.3.2操作气速 (8)3.3.3塔径计算 (9)3.3.4喷淋密度U校核 (9)3.3.5单位高度填料层压降的校核 (10)3.4填料层高度计算 (11)3.4.1传质系数的计算 (11)3.4.2填料高度的计算 (15)第四章填料塔内件的类型与设计 (17)4.1 塔内件的类型 (17)第五章辅助设备的选型 (19)5.1管径的选择 (19)5.2泵的选取： (20)5.3风机的选型： (21)5.4除沫装置： (21)5.5人孔和手孔的选择： (22)5.6液面计的选择： (22)5.7测压装置和测使装置： (23)第六章分布器简要计算 (23)第七章填料塔附属高度计算 (24)第八章关于填料塔设计的选材 (24)结语 (26)致谢 (27)设计汇总 (28)参考文献 (29)第一章设计方案的确定1.1流程方案指完成设计任务书所达的任务采用怎样的工艺路线，包括需要哪些装置设备，物料在个设备间的走向，哪些地方需要有观测仪表、调节装置，有哪些取样点以及是否需要有备用支线等。

1.2设备方案根据设备要求，确定选用什么形式的设备。

若选用填料塔，塔内填料的型式、尺寸和材质如何选定。

方案的确定需要加以论证，在技术上可行的基础上考虑经济性。

1.3流程布置吸收装置的流程布置是指气体和液体进出吸收塔的流向安排。

主要有逆流操作、并流操作、吸收剂部分再循环操作、单塔或多塔串联操作，根据生产任务、工艺特点，结合各种流程的优缺点，逆流操作时传质平均推动力大，分离程度高，吸收剂利用率高，所以此次设计采用常规逆流操作的流程。

1.4吸收剂的选择吸收剂性能的优劣是决定吸收操作效果的关键之一，选择应考虑以下几方面：(1)溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量；(2)选择性要好，对溶质组分有良好的溶解能力，对其他组分不吸收或甚微；(3)挥发度要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失；(4)吸收剂在操作温度下粘度要低，且不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气液接触状况；(5)对设备腐蚀性小或基本无腐蚀性，尽可能无毒。

(6)价廉、易得、化学稳定性好，便于再生，不易燃烧等。

一般来说，任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用是要针对具体情况和主要因素，既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性。

第二章 填料的选择2.1对填料的要求填料塔对填料的要求具体表现在以下几个方面：（1）比表面积t α要大，比表面积t α是指单位堆积体积填料所具有的表面积32m m ；（2）能提供大的流体流量，即所选用的结构填料要敞开，使于死角区域的空间小，有 效空隙率大；(3)液体的再分布性能要好；(4)填料要有足够的机械强度，尤其是非金属填料；(5)价格低廉。

2.2填料的种类和特性工业填料按形状和结构分为颗粒填料和规整填料：(一)颗粒填料一般为湿法乱堆或干法乱堆的散装填料。

主要有以下类型：拉西环填料，鲍尔环填料，阶梯环填料等环形填料；弧鞍形填料，环矩鞍填料等鞍形填料等。

(二)规整填料以一定的几何形状，整齐堆砌，工业用多为波纹填料，其优点是结构紧凑、传质效率高、处理量大，但不易处理粘度大或有悬浮物的物料，且造价高。

综合考虑上述因素，此次设计过程我选择阶梯环填料。

2.3填料尺寸填料尺寸直接影响塔底操作和设备投资。

实践证明，塔径（D）与填料外径（d）之比值有一个下限值，若径比低于此下限值时，塔壁附近的填料空隙率大而不均匀，气流易短路及液体壁流等现象剧增。

各种填料的径比的下限：拉西环308-）20-（最小不低于10鲍尔环1510-（最小不低于8）阶梯环15（最小不低于8）对一定塔径，满足径比下限的填料可能有几种尺寸，应综合考虑填料性能及经济因素选定。

一般推荐:mm25的填料；≤时，选mmD3003825-的填料。

≤时，选mmmm900mmD300≤mm D 900≥时，选用mm 7050-的填料。

但一般大塔中常用mm 50的填料，但通量的提高不能补偿成本的降低。

2.4填料材质的选择填料材质根据物系的腐蚀性，操作温度，材质的耐腐蚀性并综合考虑填料性能及经济因素来选择。

(1)陶瓷 具有耐腐性及耐热性，但质脆、易碎，价格便宜。

(2)金属 金属材质主要有碳钢，不锈钢，铝和铝合金等。

(3)塑料 主要包括聚丙烯、聚乙烯、 聚氯乙烯等，塑料耐腐蚀性、耐低热性好，但具有冷脆性，表面润湿性较差。

一般讲，操作温度较高但无显著腐蚀性时，选用金属填料；温度较低选用塑料填料；物系具有腐蚀性、操作温度高，宜采用陶瓷填料考虑到本设计是利用清水吸收SO 2吸收液显弱酸性，有一定的腐蚀性，同时考虑到经济的合理性及吸收的效率，故选用聚乙烯阶梯环。

第三章 工艺计算3.1气液平衡的关系由某些气体水溶液的亨利系数表查得20°C 下SO 2在水中的亨利系数kPa E 31055.3⨯=相平衡常数 036.35325.1011055.33=⨯==P E m 溶解度系数 )/(0156.002.181055.32.99833m kPa kmol EM H s ⋅=⨯⨯==ρ3.2吸收剂用量及操作线的确定3.2.1吸收剂用量的确定（1）最小吸收剂用量最小液气比： 21212*121min X m Y YY X X Y Y V L --=--=⎪⎭⎫⎝⎛式（3.1） 08696.008.0108.01111=-=-=y y Y()()001739.098.0108696.01112=-=-=ϕY Y进塔惰性气体流量为V ：()()()11946.15708.012515.273314.8325.10142001-⋅=-+⨯⨯=-=h kmol y RT PV V s对于纯溶剂吸收，进塔液相组成为02=X335.34036.3598.012121212*121min =⨯==-=--=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛m mY Y Y X m Y Y Y X X Y Y V L ϕ1min 076.5423036.3598.0946.157-⋅=⨯⨯=⋅=h kmol m V L ϕ（2）吸收剂用量：()min0.21.1⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫⎝⎛V L V L 1min 614.8134076.54235.15.1-⋅=⨯==h kmol L L()()001655.00614.8134001739.008696.0946.1572211=+-=+-=X L Y Y V X3.2.2操作线的确定对逆流操作吸收塔在任一截面n m -与塔顶间列物料衡算: LX VY LX VY +=+22 式（3.2） 则：⎪⎭⎫⎝⎛⋅-+⋅=22X V L Y X V LY 503.51335.345.15.1min=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛=V LV L 001604.0222==⋅-Y X V LY所以 001739.0503.51+=X Y3.3塔径计算3.3.1采用Eckert 通用关联图法计算泛点速率f u查《化工原理（上）》附录水的物理性质中20°C 下水的黏度 s mPa s Pa ⋅=⋅⨯=11050.100-5水μ塔底混合气体的平均摩尔质量：kmol kg M y M i i /8048.312992.006.6408.01=⨯+⨯==∑塔内气体的平均摩尔质量近似等于塔底混合气的平均摩尔质量： ∑===kmol kg M y M M i i /8048.311故塔内气体平均密度为：由：nRT PV = 式（3.3） RT M mPV = 式（a 3.3） 得：()33001.12515.273314.88048.31325.101-⋅=+⨯⨯=⋅=m kg RT M P ρ气相质量流量为：142.54603001.14200-⋅=⨯==h kg V w s V ρ 液相质量流量可近似按纯水的流量计算即：1744.14658502.18614.8134-⋅=⨯=⋅=h kg M L w s L则：969.02.9983001.142.5460744.1465855.05.0=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛LV VLw w ρρ图1.3 埃克特通用关联图在此设计中我选择的是mm d 50=的塑料阶梯环，查《化工原理》课程设计说明指导书表1.3阶梯环特性，可知：()321/81.121;80m m m t ==-αφ可知：纵坐标025.02.02=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛L LVf g u μρρφϕ 因为液相为清水，由1==Lρρψ水，故液体密度校正系数1=ψ 由纵坐标025.02.02=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛L LVf g u μρρφϕ 得 025.0005.12.9983001.181.91802.02=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯f u则泛点气速 1533.1-⋅=s m u f表3.1 阶梯环特性（乱堆）材质外径 ()mm高*厚 ()mm比表面积 ()mm空隙率()33m m 堆积个数 ()3m 个堆积密度 ⎪⎭⎫ ⎝⎛3mkg 干填料因子()m 1填料因子()m 1塑料2517.5x1.4 228 0.9 81500 978 313 240 3819x1.0 132.5 0.91 27200 575 175.6 130 5030x1.5 121.8 0.915 9980 768 159 80 金属38 19x0.8 140 0.958 28900 159 159 161 5025x1.01140.949125003771331373.3.2操作气速填料塔塔径的大小是根据生产能力与空塔气速来计算。