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1、一 设计任务书 （一）设计题目 水吸收 SO过程填料吸收塔的设计： 试设计一座填料吸收塔， 用于脱除焙烧 2炉送 出的混合气体 ( 先冷却 )中的 SO2 ，其余为惰性组分，采用清水进行吸收。 混合气体的处理量m3/h 金属鲍尔 410 117 160 环 环塑料阶梯 260 170 127 环 瓷矩鞍 550 200 1100 226 瓷拉西环 410 832 1300 600 , 1/m 填料因子填料类型-82118 金属阶梯环 62114343232125 塑料鲍尔环-116-89176 塑料阶梯环 -215700160140 瓷矩鞍环-5761050288450 瓷拉西环平均 摩尔 2
2、-62/h 在水中 0.051 mSO6.206 10在空气 m/h SO22中的扩散的扩散系数 系数 8 重力加速度 1.2710 m/h 气相平衡数据 SO在水中的亨利系数m 相平衡常数 E 溶解度系数 H 230.0134kmol/kPam3 4.13 10 kpa 40.76 物料蘅算数据 Y1 Y2 X1 气相流量 G X2 最小液气操作液气液相流量L 比比 51.4 0 0.11 0.0033 0.00208 39.54 80.982 kmol/ h 4162.4748 kmol/ h 工艺数据气相质量液相质量流量塔径 气相总气相 总填料层填料层压降 流量 传质单传质单高度元高度元
3、数 1.1m 941.76pa 9.857 0.636m 8.0m 2923.14 75007.7094 填料塔附件 液体分布器液体再分除沫器填料限 定装置填料支承板布器二级槽式丝网式升气管式 分块梁式床层限制版 2200 混合气体 SO含量（体积分数） 2金属环矩 150 135 170 弧鞍 拉西环 填料类型球形棒形 DDN16N25DN38D质量 3.22 kg/(m 混合气体液体粘度 10% 120 开孔环 N76N50D 1.3287 SO的回收率不低于 2 鞍金属阶梯-114306 金属鲍尔 环的平均密 h) 97% -98 吸收剂的用量与最小用量之比140 160 环塑 料鲍尔
4、280 184 550 140 -93.4138 金属环矩鞍度液体 表面张 混合气体 932731 力的粘度 1.3 92 3671 0.066 kg/(mh) （二）操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度 25 （三）设计内容 （1）吸收塔的物料衡算； （2）吸收塔的工艺尺寸计算； （3）填料层压降的计算； （4）液体分布器简要设计； （5）吸收塔接管尺寸计算； （6）绘制吸收塔设计条件图； （7）对设计过程的评述和有关问题的讨论。 二 设计方案简介 2.1 方案的确定 用水吸收 SO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 2程。 因用水作为吸收剂，且SO不作为产品，故
5、采用纯溶剂。 22.2 填料的类型与 选择 对于水吸收 SO的过程，操作温度及操作压力较低， 工业上通常选用塑料散 2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。 1 阶梯环是对鲍尔环的改进。 与鲍尔环相比， 阶梯环高度减少了一半， 并在一端增 加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短， 减少了气体通过填料层的阻力。 锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填 料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙， 同时成 为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新， 有利于传质效 率的提高
6、。阶梯环的综合性能优于鲍尔环， 成为目前所使用的环形填料中最为优 良的一种。 2.3 设计步骤 本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计 （一）吸收塔的物料衡算；（二）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； （三）设计液体分布器及辅助设备的选型； （四）绘 制有关吸收操作图纸。 三 、工艺计算 3.1 基础物性数据 3.1.1 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，25 时水的有关物性数据如下： 3 =997.1 kg/m 密度为 L粘度为 =0.0008937 Pas=3.2173kg/(m h) L2 =71.97 d
7、yn/cm=932731 kg/h 表面张力为 L-92-62/h m/s=6.2061.724SO在水中 的扩散系数为 D=1010mL20.5T)M( 18 r101.859D 计算，查化学工程基础 ） Wilke-Chang （依 0.6 V3.1.2 气相物性数据 设进塔混合气体温度为25， 混合气体的平均摩尔质量为 =yM=0.1M64.06+0.929=32.506g/mol iVmi混合气体的平均密度为 2 3 ）=1.3287kg/ m2.506/ （8.314298.15=PM/RT=101.325 3Vm混合气体的粘 度可近似取为空气的粘度，查手册得25空气的粘度为 -5P
8、a?s=0.066kg/(m?h) 10 =1.83 V查手册得 SO在空气中的扩散系数为2-522 /s=0.051 m h1.42210m/D=VPT-5时 Pa 1.750)(D DSO在空气中的扩 273K时，1.013 10计算，其中（依 2 0TP0-52散系数为 1.22 10m/s，查 化学工程基础） 3.1.3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下25时 SO在水中的亨利系数为 23 10 kPaE=4.13 相平衡常数为 3/101.3=40.76 10m=E/P=4.13 溶解度系数为 3m3kmol/kPaH=18.02=0.0134 /EM=997.2/4.13 103
9、.1.4 物料衡算 (l). 进塔混合气中各组分的量 近似取塔平均操作压强为101.3kPa，故： 混合气量 2200273.15 (273.15+25) 14=89.98kmolh 混合气 SO中量 89.980.1 8.998 kmolh 28.99864.06=596.211k gh 设混合气中惰性气体为空气， 则混合气中空气量 89.98-8.998 80.982kmolh 80.982292348.478kgh (2)混合气进出塔的摩尔组成 y 0.118.998(1 0.97)y0.00332 280.982 8.998(1 0.97) 3 （3）混合气进出塔摩尔比组成 进塔气相摩
10、尔比为 y0.110.11Y 11 y1 0.11出塔气相摩尔比为 ) 0.11(1 0.97) Y(10.0033Y A21 （4）出塔混合气量 出塔混合气量 =80.982+8.998 0.03=83.6814kmol/h =2348.478+596.2110.03=2366.36433kg/h （5）吸收剂（水）的用量L 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算 Y YL12)( minYV X12m 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 X=0 2L0.11 0.0033 39.54 () minV0.11/40.76 0 取操作液气比为 LL )1.3( minV
11、VL 51.40 1.3 39.54VL=51.480.982=4162.4748 kmol/h (6) 塔底吸收液组成 X 1V(YY) L(X X) 221180.982 (0.11 0.0033) X0.00208 14162.4748(7) 操作线方程 4162.4748LLY0.0033 XX(XY )依操作线方程 2280.982VV 0.0033 51.4Y X 4 3.2 填料塔的工艺尺寸的计算 3.2.1 塔径的计算 采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速。 气相质量流量为 w=2200kg/h 1.3287=2923.14v液相质量流量可近似按纯水的流量 计算，即 W=
12、4162.47 18.02=75007.7094 kg/h L其中： 3 =997.1 kg/m L3 kg/m = 1.3287V 282 = 1.27 10g = 9.81 m/s m/hW = kg/h 2923.14 VW = 75007.7094 kg/h L =0.0008937 Pas Lu 通用关联图法计算泛点气速）采用Ecekert （1F。 ：通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下 图一填料塔泛点和压降的通用关联图（引自化工原理） 5 空塔气速，m /s； u 图中 0 湿填料因子，简称填料因子， 1 /m； 水的密度和液体的密度之比； 2 ；g重力加速度， m /s3kg
13、/m 分别为气 体和液体的密度，、LV ； 分别为气体和液体的质量流量，kg /s。 wV、wL 鲍尔环等，矩鞍形填料、 此图适用于乱堆的颗粒形填料，如拉西环、 弧鞍形填料、 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。 通用关联图的横坐标为Eckert w1.328775007.70940.50.5VL0.9366 )() (2923.14w997.1LV 6 查图一查得纵坐标值为 2 u0.2 VF0.022()L gL表一 散装填料泛点填料因子平均值 填料因子， 1/m 填料类型 D D D D D N76N16N25N38N50 （
14、 化工原理课程设计附录十一） 查得： 1 m170 F g0.0220.022 9.81 997.1L0.987mu /s F0.20.2 0.89371 1.3287170LVF（2）操作 气速 由以下公式计算塔径： （ 化工原理课程设计 ） 4VSD对于散装填料，其泛点率的经验值为u/u=0.50.85 Fu取 u=0. 7u=0.70.987=0.691m/s F（3）塔径 由 4V4 2200/3600S1.061 Dm3.14u 0.691 7 圆整塔径，取 D=1.1m。 （4）泛点率校核： 2200/3600 s/u0.643m 20.785 1.1u0.643 100% 65.
15、15%(在允许范围内） u0.987F （5）填料规格校核： D1100828.94d38（6）液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 3/mmin=0.08 mh （Lw）查填料手册得 a23 比表面积 /m=132.5m塑料阶梯环ta32132.5=10.6mh Lw）min/ m=0.08Umin=（t75007.7094/997.2 32U U mh 79.18m/ min20.785 1.1 经以上校核可知，填料塔直径选用 D=1100mm 合理。 3.2.2填料层高度计算 (1) 传质单元数 N OGmX 40.76 Y0.00208 0.08478 11mX Y022解吸因数为 :
16、 mV40.76 80.982 0.793SL4162.4748气相总传质单元数为 : 8 Y Y121ln(1 S)N S OGYSY 12200.11 19.8570.793 ln(1 0.793) 01 0.7930.0033（2）传质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩 田关联式计算 0.20.10.050.7522 aUaUU tCwLLL 1.45exp 1 2 agaa tLLLtLLt: 查表二常见材质的临界表面张力值石蜡聚丙烯玻璃聚氯乙烯钢 材质 碳 瓷 表面张 20 40 73 61 56 75 33 , mN /m 力 2 得 = 33 dyn/cm = 427680 kg/h C: 液体质量通量为75007.7092)78967.95mhkg/U ( L21.10.785 气膜吸收系数由下式 0.2 0.050.10.7522 a78967.9578967.9578967.95132.5427680 w1.45
