西北大学化工学院化工原理课程设计说明书设计名称： 填料吸收塔设备的设计 年级专业： 2008级化学工程与工艺 姓 名：指导老师：姚瑞清2011年1月10日目录一．设计任务-----------------------------------2 二．填料选择-----------------------------------3 三．计算所需物性参数---------------------------3 四．设计计算过程-------------------------------4 五．塔附件选择---------------------------------10 六．工艺流程说明-------------------------------15 七．心得体会-----------------------------------16 八．参考文献-----------------------------------18 九．工艺流程图---------------------------------19一. 设计任务原料气入塔温度为25℃，用清水吸收原料气体中的SO2气体，混合气体的处理量为2000m3／h，其中含有SO2的摩尔分数为0.07，SO2的吸收率为90％，气体入口温度为25℃.水入口温度为20℃。
已知：20℃时，E=3.55 10³kPa, L/G=1.5(L/G)min;操作压力：常压；操作温度：液体20℃; 气体：25℃；填料类型：乱堆塑料鲍尔环；要求设计填料吸收塔，求所需塔高，塔径，塔内件，塔接管尺寸，绘制流程图，吸收塔工艺条件图，设计过程评述。
二.填料选择该系统属于易分离系统，可采用散装填料，系统中含SO2有一定腐蚀性，故考虑选用Ф50mm塑料鲍尔环，由于系统对压降无特殊要求，考虑到不同尺寸鲍尔环的性能采用乱堆Ф50mm塑料鲍尔环。
鲍尔环特性：鲍尔环是在拉西环的基础上发展起来的，是近期具有代表性的一种填料。
鲍尔环的构造是在拉西环的壁上沿周向冲出一层或俩层长方形小孔，但小孔的母材不脱离圆环，而是将其向内弯向环的中心。
鲍尔环对这种构造提高了环内空间和环内表面的有效利用程度，使气体流动阻力大为降低，因而对真空操作尤为适用。
鲍尔环上的俩层方孔是错开的，在堆积是即使相邻填料形成线接触，也不会阻碍气液俩相的流动，不致产生严重的偏离和构流现象。
因此，采用鲍尔环填料，床层一般无需分段。
三.计算所需物性参数1.基本物性数据（查资料与后面计算）：20℃液相:ρL =998.2Kg/m ³,μL =1.004⨯10-3 Pa S ⋅, σ=72.67mN/m ,D L =D 0T µ0/T 0µ=1.47x10-9m ²/s, 表面张力σ=33mN/m 开孔环的修正因子ψ=1.45 25℃气相:ρG =1.286kg/m ³,D 0 =0.108 m ²/s=0.039 m ²/h µG =1.81⨯10-5Pa S ⋅,σc =40mN/m,1.81250() 1.271000T P mD D S T P -==⨯表面张力σ=72.67mN/m 2.鲍尔环基本参数：比表面积a=103m ²/m ³，空隙率dρ，每立方米填料个数=6380个， 堆积密度233/mN m c σ=67.7kg/m, 干填料因子1137am ε-=填料因子Φ=82 m -1临界表面张力233/mN m c σ=四．设计过程计算：1.吸收剂用量：3.55/35.035835.04E MPam E P y mx y x=====取实际液气比为最小液气比的1.43倍，则可以得到以下计算。
有混合气的组成情况可知吸收塔进出口气相组成如下：0.071(10.9)0.070.0072y y ==-⨯=0.070.007(/)()/()31.536min 12120.07/35.040() 1.43(/) 1.4331.53645.096min(0.9328.950.0764.07)31.408/2000 1.2862572.0/81.890/45.0963692.910/L G y y x x e L L G G kg kmol M V W V kg h kmol h V VW W kmol h L Vρ-=--==-==⨯==⨯+⨯==⋅=⨯===⨯=66472.38/kg h =2.填料塔塔径计算：利用公式计算液体液泛可得：()112480.23lg 10 1.7530.250.1253( 1.75(/)(/)30.20.5[10(/)(10)]3:20998.2/,:201004:2517.3u V a f G G L A L g V L G L A V V L G G L u g f L G La C kg m C Pa s L LC Gρρμρρερρερρμρμμμμ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎢⎥ ⎪⎪ ⎪=- ⎪⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎛⎫-- ⎪=⨯ ⎪⎝⎭︒=︒=⋅︒=,:9.81,:0.09423/1370.250.125(0.0942 1.75(66472.38/2572.0)(1.286/998.2))[100.20.5(998.2/1.286)(1/137) 1.0049.81]1.15/Pa s g A ufu m sfσε⋅=-⨯=-⨯⨯⨯⨯= 操作空塔气速：取泛点气速的70% ,则 1.150.750.807/u m s =⨯=塔径：0.936D m===圆整后取: Ｄ=1.0ｍ (1)校核： 校核气速：442000/0.708/223.14 1.03600V S u m s m s D π⨯===⨯⨯ 故0.7080.6160.51.15fu u ==>(符合要求)(2)校核径比1000850P D d => (3)核算喷淋密度 ()()m i n V t L wR a μ=⨯对于散装填料： (最小润湿率)为 0.08 m 3/(m.h) a t =103m -13232()0.08103/()8.24/()min min 66472.383232/()84/()2998.20.785 1.0m m h m m h L U a V t U m m h m m h =⋅=⨯⋅=⋅=⋅=⋅⨯⨯故min U U>，符合要求。
（4）塔压降的计算用查Eckert 关联图的方法求180/P Pa m ∆=查关联图得180/P P a m∆=（符合要求） 3．传质系数的计算： ①求W a 的值：0.10.050.20.752221exp 1.45W C L L L L L L a G G a G a a g a σσμρρσ-⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎢⎥=-- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦0.750.75(/)(33/70)0.55388629.840.10.1(/)()1.72931031.004103600-0.052220.0588629.84103(/)=1.27028998.2 1.27100.2288629.8420.2(/)=0.605-32998.272.67103600103/a a w c Ga LL G a g L LG a L Lσσμρρσ====-⨯⨯⨯-⨯=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯（）（）1exp[ 1.450.553 1.729 1.2700.605]0.660=--⨯⨯⨯⨯=故23230.66010368.004a m m m m w =⨯=②求传质系数 （按照修正的恩田公式计算，修正因子 ψ=1.45） ⅰ:液相传质系数 L K a2/30.51/30.40.0095()()()66472.382=88629.84kg/m 20.7850.1Gg L L L k L a D w L L L L G h Lμμψμρρ-==⋅⨯()()2/32/33()88629.84/68.004 1.00410360050.740.539() 1.004103600/998.2 1.47100.0382GL a w L L D L Lμμρ-⎡⎤=⨯⨯⨯=⎢⎥⎣⎦---=⨯⨯⨯⨯=13831/3 1.004103600 1.2710()77.186()998.2g L Lμρ-⨯⨯⨯⨯== 以此可以计算液相传质系数0.009550.740.038277.186 1.421/0.40.431.42168.004 1.1100.389/k m h Lk a k a kmol m h kPaL L wψ=⨯⨯⨯===⨯⨯=⋅⋅ⅱ:气相传质系数G k a ⋅0.71/3 1.1220.71/30.237()()()2572(0.785 1.0)3726.433/()76.209() 1.0320.00271.1 1.504890.23776.209 1.0320.00271/0.051/1.10.05168.0V G G G G G G V V G G G GGG aD k a D RTG V kg h m G a D aD RTk m h m h Gk a k a G G wμψμρμμρψψ===÷⨯=⋅=====⨯⨯⨯===⨯304 1.50489/35.169/kmol m h kPa kmol m h kPa⨯⋅⋅=⋅⋅又fu0.5u >，故 1.4 1.40.708'(0.5)[19.5][19.5] 5.169(0.5)1.1537.641/ 2.2 2.20.708'(0.5)[1 2.6][1 2.6]100.389(0.5)1.153113.126/u K a K a u G G fkmol m h kPa u K a K a u L L fkmol m h kPa-=+=+⨯⨯-=⋅⋅-=+=+⨯⨯-=⋅⋅将得到的传质系数换算成以摩尔分率为推动力的传质系数''1133/() 1.434/()11117.641113.1260.0156G L K a kmol m h kPa kmol m h kPa G k a Hk a ==⋅⋅=⋅⋅++⨯ 4.塔高的计算⑴传质单元高度的计算:276.070.6771.434101.32531.40.5OG Y G V V H K a K aP ====ΩΩ⨯⨯⨯米⑵传质单元数的计算（吸收因数法）:176.07m m 35.040.7233688.81m 11112ln[(1)]1122V A L y mx N OG A y mx A A ==⨯=-=-+--又y =0.7,y =0.007,m=35.04,x =012210.070ln[(10.723)0.723] 4.51510.7230.0070N OG -∴=-+=--⑶塔高的计算0.677 4.515 3.057OG OG H H N m m =⋅=⨯=' 1.4 1.4 3.057 4.279H H m m ==⨯=圆整，得 5H m =⑷填料分段的计算max 5~10,6hh m D=≤ 取6,hm D=则65h m m =>（符合要求）故，不分段 5．持液量的计算 每个填料表面积21030.016/6380a m n===个， 当量球形填料直径0.50.016()0.0723.14p d m m ==,'2284.83998.2/84678.19/L G kg m h kg m h =⨯⋅=⋅,于是0.684678.19533331.710/0.0746/()0.072L m m m m tw -=⨯⨯=, 全塔持液量2'0.78520.785998.20.07460.15292.260L L D H L tw kg kgρ==⨯⨯⨯⨯=总6.负荷量的计算：2max =0.910.785 1.00.91998.23917.935L kg kg ε=⨯⨯⨯⨯=，填料质量267.70.785 1.05256.723kg =⨯⨯⨯= 最大负荷(3917.35265.723)4183.658kg kg =+=五.塔附件的选择1.除沫器的选择折板式除沫器除沫器是用来除去由填料层顶部溢出的气体中的液滴，安装在液体分布器上方，由于本吸收过程发泡少，故选用价格低廉的折板式除沫器，其阻力较小（50-100Pa ），能除去50um 以上的液滴。