化-------水吸收二氧化硫过程填料吸收塔设计说明书学院：班级：姓名：学号：指导教师：设计时间:化工原理课程设计任务书(2)一、设计题目水吸收二氧化硫过程填料吸收塔设计二、设计任务及操作条件1、设计任务①生产能力（入塔炉气流量）2500 m3／h②二氧化硫吸收率96%③入塔炉气组成(含二氧化硫) 0.06 （摩尔分率）2、操作条件①入塔炉气温度25℃②洗涤除去二氧化硫的清水温度20℃③操作压强常压④吸收温度基本不变,可近似取为清水的温度3、填料类型阶梯环填料,填料规格自选4、厂址齐齐哈尔地区三、设计内容1、设计方案的选择及流程说明2、吸收塔的物料衡算3、吸收塔工艺尺寸计算4、填料层压降的计算5、液体分布器简要设计6、填料吸收塔装配图(1号图纸)7、设计评述8、参考资料目录1 绪论 (1)1.1吸收技术概况 (1)1.2 吸收设备的发展 (1)2 设计方案的确定 (2)2.1方案的确定 (2)2.2流程的确定 (2)3 填料选择 (2)4 吸收塔的工艺计算 (2)4.1基础物性数据 (2)4.1.1 液相物性数据 (2)4.1.2 气相物性数据 (2)4.1.3 气液相平衡数据 (3)4.2 物料衡算 (3)4.3填料塔的工艺尺寸计算 (4)4.3.1塔径的计算 (4)4.3.2传质单元高设计 (7)4.3.3传质单元数的计算 (7)4.3.4填料层高度 (9)4.4 填料层压降 (10)5 填料塔的附属结构 (11)5.1液体分布器简要置 (11)5.2液体再分配置 (11)5.3填料支撑结构 (12)5.3.1填料支撑结构应满足三个基本条件 (12)5.3.2较常用的支撑结构 (12)6结果汇表 (12)7符号说明 (14)8参考文献 (17)9设计心得 (18)1绪论1.1 吸收技术概况吸收操作利用气体混合物各组分在某种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。
化工生产中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离。
气体的吸收是用适当的液体吸收剂与气体混合物接触，吸收气体混合物中一个或几个组分，使其中的各组分得以分离的一种操作。
在化工生产中它主要用于原料气的净化、有用组分的回收、制取气体的溶液作为成品以及废气的治理等方面，因此吸收操作是一种重要的分离方法，在化学工业中应用相当普遍。
气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。
混合气体中某一组分能否进入液相，既取决于气体中该组分的分压，也取决于溶液里该组分的平衡蒸汽压。
如果混合气体中该气体的分压大于溶液中该组分的平衡蒸汽压，这个组分便可自气相转移到液相，即被吸收。
转移的结果，溶液里这个组分的浓度便升高，它的平衡蒸汽压也随着升高，到最后，可以升高到等于它的气相中的分压，传质过程于是停止，这时称为气液两相达到平衡。
反之，如果溶液中某一组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组分的分压，这个组分便要从溶液中释放出来。
即从液相转移到气相，这种情况称为解吸。
所以，根据两相的平衡关系可以判断传质过程的方向与极限。
另外，传质速率与推动力成正比，与阻力成反比，两相的浓度距离平衡浓度越大，则传质的推动力越大，传质速率也越大。
吸收操作的分析，应该从气液两相的平衡关系与传质速率关系着手，本章的许多公式和结论，正是在这个基础上得到的。
1.2 吸收设备的发展可用作吸收的设备种类很多，如填料塔、板式塔、喷洒塔和鼓泡塔等，工业上较多地使用填料塔。
填料吸收塔的设计，在保证实现工艺指标的前提下，要求结构尺寸合理，价格低廉，动力消耗低，操作故障少，维修管理方便等，在整个设计过程中这些因素都要加以考虑。
2 设计方案的确定 2.1方案的确定用水吸收二氧化硫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，且二氧化硫不作为产品，故采用纯溶剂。
2.2流程的确定在吸收操作中，除了制取溶液产品等少数情况只需单独进行吸收之外，一般都需对吸收后的溶液予以解吸，使溶剂再生，以同时也得到有价值的溶质。
这样，除了吸收塔之外，还需要与其他设备一起组成一个完整的流程。
3.填料的选择对于水吸收二氧化硫的过程,操作温度及压力较低，工业上通常采用塑料散装填料。
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。
4 吸收塔的工艺计算 4.1基础物性数据 4.1.1液体物料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。
由手册查的，20℃时水的有关物性数据如下： 密度：3L 998.2Kg/m=ρ粘度：h)3.6Kg/(m s 0.001Pa L ⋅=⋅=μ表面张力：==72.6dyn/cm L δ940896kg/h 2SO 2在水中扩散系数为/h m 105.29/s cm 101.47D 2-62-5L ⨯=⨯= 4.1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为∑=⨯+⨯==10.312994.006.6406.0yiMi M Vm混合气体的平均密度3/272.1298314.810.313.101m Kg RTPM Vm Vm =⨯⨯==ρ混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气度为)(065.0.1081.15h m kg s Pa ⋅=⨯=-μν查手册得SO 2在空气中的扩散系数为 220.108/0.039/v D cm s m h == 4..1.3气液相平衡数据由手册差得，常压下20℃时，SO 2在水中的亨利常数为 k P a E 31055.3⨯= 相平衡常数为 04.353.1011055.33=⨯==P E m溶解度系数为).(0156.002.181055.32.99833m kpa kmolE H SL=⨯⨯==MP4.2 物料衡算进塔气相摩尔比为=Y 10638.006.0106.0111=-=-yy出塔气相摩尔比为00255.0)96.01(0638.0)1(12=-=-=ϕAY Y进塔惰性气相流量为h k m o l 11.96)06.01(252732734.222500V =-+⨯=该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气量比可按下式计算，即12min 12()/Y Y LV Y m X -=- 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 20X = 64.33004.35/6380.025500.06380.0)(m in =--=V L取操作液气比为：m in )(4.1V LV L = 7.10464.334.1=⨯=VLh kmol L /526.7846.1197.104=⨯= 1212()()V Y Y L X X -=-()0.00134526.780.00255)-3896.11(0.06L-V X Y Y X 2211==+=4.3填料塔的工艺尺寸计算 4.3.1塔径计算采用Eckert 通过关联图计算泛点气速 气相质量流量为3180kg/h 1.2722500w V =⨯=液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即/h 81572.58kg 18.024526.78w L =⨯=Eckert 通过关联图的横坐标为169.0)2.998722.1(31801572.588)(5.05.0==L V V L w w ρρ 查图8—23得023.02.02=L LV F F g μρρψφμ 查表5—11填料类型 填料因子,1/m DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 金属阶梯环 — — 160 140 — 塑料鲍尔环 550 280 184 140 92 塑料阶梯环— 260 170 127 — 瓷距鞍 1100 550 200 226 — 瓷拉西环 1300 832600410—得：-1F 170m =φ s m g U LV F LF /210.11722.111702.99881.9023.0023.02.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯==μψρφρ取0.715m/s 1.0210.70.7u u F =⨯== 由112.1157.014.33600/250044=⨯⨯==uV D sπ圆整塔径，取 1.2m D = 泛点率校核：s m D V u S /61.02.114.33600/25004422=⨯⨯==π%.7559%100210.161.0=⨯=Fu u (在允许的范围内)附录五填料规格校核：858.31381200>==d D液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 h /m 0.08m )(L 3m in W ⋅= 查附录五 得 ：32t /m 132.5m =ah /m 10.6m 132.50.08)(23m in m in ⋅=⨯==t w a L U填料类型公称直径mm 外径×高×厚/mm比表面积m 2 /m 3空隙率个数m -2堆积密度kg/m 3干填料因子m -1塑料阶梯环2525×12.5×1.4 228 90% 81500 97.8 31238 38×19×10 132.5 91% 27200 57.5 175 50 50×25×1.5 114.2 82.7% 10740 54.8 143 7676×38×3.09092.9%342068.4112m i n 229.2722.1785.02.998/8.5815724U U DwLL>=⨯==πρ经以上校核可知，填料塔直径选用1200m m D =合理。
4.3.2填料层高度计算0.0456=0.001335.04=mX =Y 1*1⨯ 0=mX = Y 2*2 脱吸因数为 744.078.452611.9604.35=⨯==L mV S 4.3.3气相总传质单元数为 ])1[(11*22*21S YY Y Y S n SN OG +---I -=]744.0000255.000638.0)744.01ln[(744.011+----==7.68气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算})()()()(45.1exp{12.0205.0221.075.0t L L LL t L Lt L L c t wa U g U a U a a σρρασσμ---= 查表5—13常见材质的临界表面张力值 材质 碳 瓷 玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯钢 石蜡 表面张力，dyn/cm 56 61 73 33 407520得：2/427680/33h kg cm dyn c ==σ 液体质量通量为 )/(58.721622.1785.058.8157222h m kg U L ⋅=⨯=1.075.0)6.35.13258.72162()940896427680(45.1exp{1⨯--=tw a a 598.0})5.1329408962.99858.72162()1027.12.9985.13258.72162(2.0205.0822=⨯⨯⨯⨯⨯-气膜吸收系数由下式计算：)()()(237.0317.0RTD a D a U k V t VV V Vt V G ρμμ=气体质量通量为： )/(99.27792.1785.0257.1250022h m kg U V ⋅=⨯⨯=)293314.8039.05.132()039.0272.1065.0()065.05.13299.2779(237.017.0⨯⨯⨯⨯=G k)/(0314.02kPa h m kmol ⋅⋅= 液膜吸收系数由下式计算：31212)()()(0095.0lL LL L LW L L g D a U k ρμρμμ-= 31821632)2.9981027.16.3()1029.52.9986.3()6.35.132598.058.72162(0095.0⨯⨯⨯⨯⨯⨯=--h m /122.1=由 1.1ψW G G a k a k = ， 表5—14常见填料的形状系数填料类型 球形 棒形 拉西环弧鞍 开孔换 ψ值 0.720.7511.191.45得：45.1=ψ 则 1.1ψW G G a k a k =)/(01.9245.15.132598.00314.031.1kPa h m kmol ⋅⋅=⨯⨯⨯=4.0L ψW L a k a k =h l /103.1545.15.132985.0221.14.0=⨯⨯⨯=%50%75.59>=Fu u由 a k u u a k G F G ])5.0(5.91[4.1'-+=,a k u u a k L FL ])5.0(6.21[2.2'-+=, 得)(3.9602.901])5.09755.0(5.91[34.1'kPa h m kmol a k G ⋅⋅=⨯-+=h l a k L /104.75103.15])5.09755.0(6.21[2.2'=⨯-+=则 aHk ak a K L GG ''111+=)/(751.1104.750156.013.960113kPa h m kmol ⋅⋅=⨯+=由 Ω=Ω=aP K V a K V H G Y OGm 725.02.1785.03.101571.1 6.1192=⨯⨯⨯=由 5.5687.68725.0=⨯==OG OG N H Z m Z 6.965.56825.1'=⨯= 4.3.4 设计取填料层高度为m Z 7'=由于m h 6max 'Z => ，故填料层分两段。