（一）设计方案的确定用水吸收S02，为提高传质效率，选用逆流吸收过程。

因用水作为吸收剂，且S02不作为产品，故采用纯溶剂。

（二）填料的选择该系统不属于难分离的系统，操作温度及压力较低，可采用散装填料，系统中有S02，有一定的腐蚀性，故考虑选用塑料鲍尔环，由于系统压降无特殊要求，考虑到不同尺寸鲍尔环的传质性能选用D g38塑料鲍尔填料。

（三）设计步骤本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计（1）吸收塔的物料衡算；（2）填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；（3）设计液体分布器及辅助设备的选型；（4）绘制有关吸收操作图纸。

（四）基础数据1、液相的物性数据对于低浓度的吸收过程，溶液的物性数据可以近似取水的物性数据，由手册查得，20℃时水的有关物性数据如下：密度ρ=998.2 kg/m3L粘度μ=0.001 Pa·s=3.6 kg/(m·h)L表面张力L σ=73 dyn/cm=940 896 kg/h 2S02在水中的扩散系数L D =1.47×10-5cm 2/s=5.29×10-6 m 2/h2、 气相的物性数据 混合气体的平衡摩尔质量M =0.04×64.06+0.96×29=30.40 g/mol混合气体的平均密度G ρ=101.330.408.31427330⨯⨯+（）=1.222 kg/m3混合气体的粘度可以近似取空气的粘度，查手册20℃时空气的粘度为G μ=1.81×10-5Pa ·s=0.065 kg/(m ·h)查手册得S02在空气中的扩散系数为G D =0.108 cm 2/s =0.039 m 2/h3、 气液相平衡数据 查手册，常压下20℃时： S02在水中的亨利系数E=3.55×1O 3kPa相平衡常数为m E P==3.55×1O 3/101.3=35.04 溶解度系数LLH EM ρ==998.2/3.55×1O 3/18.02=0.0156 kmol/h4、填料的填料因子及比表面积数据 泛点填料因子F φ=184 /m压降填料因子P φ=114 /m比表面积t α=151 m 2/m 3填料临界表面张力C σ=33 dyn/cm=427680 kg/h 2（五） 物料衡算进塔气相摩尔比111y 0.041y 10.04Y ==--=0.042 出塔气相摩尔比222y 0.00151y 10.0015Y ===-- 1.5×10-3进塔惰性气相流量3500273(10.04)22.427330G =⨯⨯-+=135.15 kmol/h吸收过程属于低浓度吸收，最小液气比可按下式计算12min 12)Y Y LG Y m X -=-（ 对于纯溶剂的吸收过程，进塔液相组成为：X 2=0312min 120.042 1.510)33.790.04235.040Y Y L G Y m X ---⨯===--（ 取液气操作比为1.5min ) 1.533.7950.685L LG G=⨯==1.5（ 50.685135.1550.6856850.08/L G kmol h =⨯=⨯=塔底吸收液组成1X ：1212()()G Y Y L X X -=-34121()135.15(0.042 1.510)8.0106850.08G Y Y X L ---⨯-⨯===⨯表1：气相进出组成(六）填料塔工艺尺寸的计算1、塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相的质量流量G h=⨯='3500 1.2224277kg/液相的质量流量（可以近似用纯水的流量计算）=⨯=L kg h'6850.818.02123438.4/参照Eckert通用关联图图 1： 填料塔泛点和压降的通用关联图（引自《化工原理》）图中 u 0——空塔气速，m /s ；φ——湿填料因子，简称填料因子，1 /m ； ψ——水的密度和液体的密度之比； g ——重力加速度，m /s 2；ρV 、ρL ——分别为气体和液体的密度，kg /m 3； w V 、w L ——分别为气体和液体的质量流量，kg /s 。

此图适用于乱堆的颗粒形填料，如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等，其上还绘制了整砌拉西环和弦栅填料两种规整填料的泛点曲线。

对于其他填料，尚无可靠的填料因子数据。

横坐标为0.50.5'123438.4 1.222()()()() 1.01'4277998.2G L L G ρρ== 查Eckert 通用关联图，纵坐标为0.025即20.20.025G F F L Lu g ρφϕμρ=表3 ：散装填料泛点填料因子平均值查得：1184F m φ-=1.04/F u m s === 取空塔气速为泛点气速的0.65倍，则：00.650.65 1.040.68/F u u m s ==⨯=塔径1.35D m === 圆整塔径1.4D m =校核泛点率校核2350036000.63/1.44u m s π==⨯0.63100%60.58%1.04F u u =⨯= 填料规格校正140036.84838D d ==> 液体喷淋密度校核23151/t m m α=取最小湿润速率为3min ()0.08m /m w L =·h3min min ()1510.0812.08/w t U L m m α==⨯=·hmin 2123438.4/998.280.371 1.44U U π==>⨯经以上校核，填料塔直径选用1400D mm =合理2、 填料层高度的计算*41135.048100.0280Y mX -==⨯⨯=*220Y mX ==脱吸因数35.04135.150.6916850.08mG S L ⨯=== 气相总传质单元数*12*221ln[(1)]1OGY Y N S S S Y Y -=-+-- 310.0420ln[(10.691)0.691]7.23210.691 1.5100--=-⨯+=-⨯-气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 液体的质量通量32123438.480227.74/(11.44L U kg m π==⨯·h ）表4：常见材质的临界表面张力值220.750.10.050.221exp{1.45()()()()}w c L t L L t L t L L L L ta U U U a g σασαμρρσα-=-- 20.750.10.050.2283380227.7480227.7415180227.741exp{1.45()()()()}73151 3.6998.2 1.2710998.2940896151-⨯=--⨯⨯⨯⨯⨯ 0.596=0.5960.59615189.996w t αα==⨯=气膜吸收系数如下计算：0.7130.237()()()GG t GG t GG GU a D k D RTμαμρ= 气体的质量通量为223500 1.2222779.79/11.44G U kg m π⨯==⨯·h0.7132779.790.0651510.0390.237()()[]1510.065 1.2220.0398.314(27320)G k ⨯=⨯⨯⨯⨯+=0.0331液膜吸收系数如下计算：2312130.0095()()()LL L L w LL L LU g k D μμαμρρ-= 823113680227.74 3.6 3.6 1.27100.0095()()()89.996 3.6998.2 5.2910998.2--⨯⨯=⨯⨯⨯⨯1.106/m h =由1.1G G w k k ααϕ=表5：常见填料塔的形状系数查表ϕ=1.451.1G G w k k ααϕ=1.10.033189.996 1.45=⨯⨯4.483=kmol/((m 3·h ·kPa)0.4L L w k k ααϕ=0.41.10689.996 1.45=⨯⨯115.485= 1/h60.58%50%Fuu => 1.4'[19.5(0.5)]G G Fuk k u αα=+- 1.4[19.5(0.60580.5)] 4.483=+⨯-⨯ 6.318=2.2'[1 2.6(0.5)]L L Fuk k u αα=+- 2.2[1 2.6(0.60580.5)]115.485=+⨯-⨯117.63= 1/h111''G G L K k Hk ααα=+1116.3180.0156117.63=+⨯31.422/kmol m =·h ·kPa OG Y G G G H K AK PAαα==2135.1511.422101.3 1.44π=⨯⨯⨯0.601m =0.6017.232 4.346OG OG Z H N m ==⨯=取安全系数为1.25，则：' 1.25 4.346 5.65Z m =⨯=所以，设计填料塔的高度为5.7m表6： 散装填料分段高度推荐值对于鲍尔环填料，5~10D=，max h 6≤， h=5×1400=7000 mm 5700mm<7000mm计算填料层高度为5700mm ，故不需分段（六） 填料层压降的计算采用Eckert 通用关联图计算填料层压降0.5'()()'G LL G ρρ=1.01 表7： 散装填料压降填料因子平均值查得：P φ=114 /m220.20.20.631141 1.22219.81998.2G P L L u g ρφϕμρ⨯⨯=⨯⨯0.0056=查图/103.27P Z = 103.27 5.7P =⨯588.64Pa =（七）塔内件的选择1、除雾沫装置的选择穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴，因此需在塔顶气体排出口前设置除沫器，以尽量除去气体中被夹带的液体雾沫，溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收SO2效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。

丝网除雾沫器：一般取丝网厚度H=100~150 mm，气体通过除沫器的压降约为120~250pa。

通过丝网除沫器的最大速0.085 2.428/===u m s实际气速为最大气速的0.75~0.8倍所以实际气速u=0.75×2.428=1.82 m/s2、液体分布器的选型（1）、由于液量较大，气体量相对较少，液相负荷相对较大，气相负荷相对较低，故选用底孔式大液量槽式分布器。