300kmolh的混合空氣中清水吸收SO2的填料塔設計講解

1、環(huán)保設備原理與設計課程設計說明書題目：300kmol/h的混合空氣中清水吸收SQ的填料塔設計院 系：化課程設計成績評定表課程設計評分（按下表要求評定）評分項目設計說明 書質量（50 分）圖紙質量（30 分）任務完成 情況（10 分）學習態(tài)度 （10 分）合計（100 分）得分指導教師評語指導老師簽名：年 月 日教研室主任審核意見教研室主任簽名：年 月 日環(huán)保設備課程設計任務書、設計題目300kmol /h的混合空氣中清水吸收 SQ2的填料塔設計、原始資料某工程在填料塔中用水吸收空氣中SQ2氣體，混合氣體流量為300kmol /h， SO2含量7%,要求凈化氣中SQ2含量0.15%,操作壓力常壓

2、，氣體入口溫度25C, 水入口溫度 20C, KG=5.13kmol/（m3h.kPa）, a=97.12h-1, H=46.9kPa.m3/kmol。 確定流程、設計清水用量、填料高度及塔的附屬結構。三、設計內(nèi)容1方案確定與工藝說明按照原始資料數(shù)據(jù)進行處理方案的確定，擬定處理工藝流程，選擇設備， 說明選擇理由，工藝說明包括原理、結構特點、設計原則等，論述其優(yōu)缺點， 編寫設計說明書。2設計計算（1）進行清水用量、填料高度；填料規(guī)格及塔徑計算。（2）效益分析及投資估算。3制圖（1）填料噴淋裝置圖1張（A4）（2）填料塔平面、剖面圖（A2）（3）填料支撐結構圖（A4）（4）液體再分布裝置圖（A4）

3、（5）氣、液體進出口分布結構圖（A4）4編寫設計說明書、計算書四、設計成果1填料噴淋裝置圖1張（A4）2填料塔平面、剖面圖（A2）3填料支撐結構圖（A4）4液體再分布裝置圖（A4）5氣、液體進出口分布結構圖（A4）6.設計說明書、計算書一份五、時間分配表（第19周）序號教學內(nèi)容時間備注1下達設計任務書1天由指導老師講授設計任務與要求2查閱資料，進行設計計算2天3繪制CAD設計圖紙2天4編寫設計說明書，裝訂成冊2天5總計時間7天七、成績考核辦法根據(jù)設計說明書、設計圖紙的質量及平?？己饲闆r由指導教師按優(yōu)、良、 中、及格、不及格評定成績。指導教師:目錄第一章二氧化硫的相關介紹 11.1二氧化硫的概述

4、 11.1.1 二氧化硫的物理性質 11.1.2 二氧化硫的化學性質 11.2二氧化硫的危害及用途 11.2.1 二氧化硫的危害 11.2.2二氧化硫的用途 21.3二氧化硫的治理 31.3.1 二氧化硫的治理原理 31.3.2二氧化硫的治理方法 3第二章吸收凈化工藝設計 42.1吸收概述 42.1.1 吸收的應用 42.1.2吸收的意義 42.1.3如何強化吸收 42.2吸收凈化設備類型與選擇 52.2.1吸收凈化設備的類型 52.2.2吸收凈化設備的選擇 62.2.3吸收凈化設備的確定 72.3吸收工藝的選擇 72.3.1吸收劑的選擇 72.3.2 吸收裝置流程的選擇 82.3.3吸收工藝

5、的選擇 92.4填料的類型與選擇 102.4.1 填料的特性 102.4.2填料類型 102.4.3填料的選擇 122.4.4填料的確定 13第三章填料塔的工藝尺寸 143.1基礎物性數(shù)據(jù) 143.1.1 液相物性數(shù)據(jù) 143.1.2氣相物性數(shù)據(jù) 143.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 143.2物料衡算 153.3填料塔的工藝尺寸計算 163.3.1 塔徑計算 163.3.2填料層高度計算 173.4填料層壓降計算 19第四章填料塔結構及附件設計 204.1筒體和封頭的設計 204.1.1 筒體的設計 204.1.2封頭的設計 204.2除沫裝置設計 214.2.1 除沫裝置類型 214.2.2 除

6、沫裝置選擇 224.3液體分布裝置設計 234.3.1 氣體的入塔分布 234.3.2液體分布裝置類型 234.3.3 液體分布裝置選擇 244.4液體再分布裝置設計 254.4.1 液體在分布裝置類型 254.4.2液體再分布裝置選擇 264.5填料支承裝置設計 274.5.1填料支承裝置類型 274.5.2填料支承裝置選擇 284.6填料壓緊裝置設計 294.6.1填料壓緊裝置類型 294.6.2填料壓緊裝置選擇 294.7人孔設計 304.8裙座的選擇 314.8.1 裙座的選材 314.8.2裙座的結構 314.9進出氣液管道的計算和選擇 344.10填料塔總高度計算 354.10.1

7、填料塔基本尺寸 354.10.2填料塔總高度 35第五章輔助設備的計算和選型 375.1泵的計算和選型 375.1.1泵的用途及分類 375.1.2泵的計算及選擇 375.2風機的計算與選型 385.2.1風機的用途及分類 385.2.2風機的計算及選擇 39第六章設計結果和符號說明 406.1設計結果匯總 406.2符號說明 41第七章 設計總結 43參考文獻 44第一章二氧化硫的相關介紹1.1二氧化硫的概述二氧化硫是最常見的硫氧化物，硫酸原料氣的主要成分。二氧化硫是無色 氣體，有強烈刺激性氣味，是大氣主要污染物之一。當二氧化硫溶于水中，會 形成亞硫酸。若把SQ2進一步氧化，通常在催化劑如二

8、氧化氮的存在下，便會 生成硫酸。1.1.1二氧化硫的物理性質二氧化硫是無色有刺激性氣味的氣體，溶于丙酮、乙醇、甲酸等多種有機 溶劑，溶于水(0C時溶解度22.8g/l00ml，90C時溶解度0.58g/100ml。水溶液呈 酸性。在硫酸溶液中的溶解度以硫酸濃度為85%時為最小。液態(tài)時為良好的溶劑。2000C以上發(fā)生熱分解，也可通過電場放電、紫外線或X射線輻射等分解。1.1.2二氧化硫的化學性質(1) 、酸性氧化物：SQ2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性?？梢?與水作用得到二氧化硫水溶液，即“亞硫酸”(中強酸)；可與堿反應形成亞 硫酸鹽和亞硫酸氫鹽，與堿性氧化物反應生成鹽。(2) 、氧化還原反

9、應：SQ2中的硫元素的化合價為+4價，為中間價態(tài)， 既可升高，也可下降。所以 SQ2既有氧化性，又有還原性，但以還原性為主。1.2二氧化硫的危害及用途1.2.1二氧化硫的危害SQ2是一種無色具有強烈刺激性氣味的氣體，易溶解于人體的血液和其他 黏性液。大氣中的SQ2會導致戶籍到炎癥、支氣管炎、肺氣腫、眼結膜炎癥等。同時還會使青少年的免疫力降低，抗病能力變?nèi)酢Q2在氧化劑、光的作用下，能生成硫酸鹽氣溶膠，硫酸鹽氣溶膠能使人致病，增加病人死亡率。根據(jù) 經(jīng)濟合作發(fā)展組織（QECD）的研究，當硫酸鹽年濃度在10 yg/m3左右時, 每減少10%的濃度能使死亡率降低0.5% ； SQ2還能與大氣中的飄塵

10、黏附， 當人體呼吸時吸入帶有SQ2的飄塵，會使SQ2的毒性增強。研究表明，在高 濃度的SQ2的影響下，植物產(chǎn)生急性危害，葉片表面產(chǎn)生壞死斑，或直接使植 物葉片枯萎脫落；在低濃度SQ2的影響下，植物的生長機能受到影響，造成產(chǎn) 量下降，品質變壞。SQ2對金屬，特別是對鋼結構的腐蝕。每年給國民經(jīng)濟 帶來很大的損失。據(jù)估計，工業(yè)發(fā)達國家每年因為金屬腐蝕而帶來的直接經(jīng)濟 損失占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的2%4%。1.2.2二氧化硫的用途防腐劑：由于SQ2的抗菌性質，它有時用作干杏和其它干果的防腐劑，用 來保持水果的外表，并防止腐爛。釀酒：在釀酒中，SQ2作為抗生素和抗氧化劑，防止酒遭到細菌的損壞和 氧化，也幫助把

11、揮發(fā)性酸度保持在想要的程度，它還是釀酒廠衛(wèi)生的很重要的 要素，可用來清潔水管、水槽和其它設備。還原性漂白劑：在水的存在下，SQ2可使物質褪色，漂白作用通常不能持 久，空氣中的氧氣把被還原的染料重新氧化，使顏色恢復。制備硫酸：SQ2首先轉化成SQ3,然后再轉化成發(fā)煙硫酸，最后轉化成硫 酸。制冷劑：SQ2容易液化，且汽化熱很大，因此適合作為制冷劑。在氟利昂 的發(fā)展之前，SQ2就曾經(jīng)用作家用冰箱的制冷劑。試劑和溶劑：液態(tài)SQ2是萬用的惰性溶劑，廣泛用于溶解強氧化性鹽。脫氯：在城市的污水處理中，SQ2用來處理排放前的氯化污水。1.3二氧化硫的治理1.3.1二氧化硫的治理原理為防止SQ2的有害影響，大多

12、數(shù)國家把大氣中的 SQ2濃度控制在0.05PPM 以下，目前采取的有效途徑一般有如下幾種：采用低硫燃料：此種措施是減少二氧化硫排放的有效途徑之一。高煙囪排放：能降低SQ2的當?shù)嘏欧沤^對量，但沒有從根本上解決 SQ2對 大氣的污染。高空中的SQ2與日光和濕氣作用，增加降雨的PH值，形成酸雨。燃料脫硫：低硫燃料來源困難，價格高，全國正積極進行燃料的直接脫硫 研究，但是煤中有機硫脫出的方法還不太成熟。燃燒脫硫：在燃料燃燒過程中加入脫硫劑，但脫硫效率低，煙氣仍需凈化。煙氣脫硫：煙氣脫硫大體可分為兩類。一類是濕法：使用液體吸收劑對煙 氣洗滌的方法；二類是干法：用粉狀吸收劑、吸附劑噴入煙氣中來脫除二氧化

13、硫。濕法脫硫，其主要優(yōu)點是脫硫除塵一體，設備簡單，投資少，脫硫效率高， 對操作技術要求不高。1.3.2二氧化硫的治理方法本設計是要凈化凈化含有SQ2的空氣，使其達到排放標準，即煙氣脫硫。 濕法煙氣脫硫是目前煙氣脫硫的主要方法，其主要優(yōu)點是脫硫除塵一體，設備 簡單，投資少，脫硫效率高，對操作技術要求不高。本設計采用濕法脫硫。設計采用填料塔進行吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液傳質面積而 且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進行。填料塔還具有結 構簡單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，混合空氣經(jīng)風機由填料塔 的下側進入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進

14、行吸收。經(jīng)吸收后的氣體由塔頂排除，吸收了 SQ2的水沿塔的下端流出。第二章吸收凈化工藝設計2.1吸收概述吸收是根據(jù)氣體混合物中各組分在液體溶劑中物理溶解度或者化學反應活 性不同而將混合物分離。吸收凈化法具有效率高、設備簡單等特點，廣泛應用 于氣態(tài)污染物的控制之中，它不僅是減少或者消除氣態(tài)污染物向大氣排放的重 要途徑，而且還能將污染物轉化為有用的產(chǎn)品。吸收過程包括吸收和解吸。本設計中，含 SQ2的氣體在25 C下進入吸收 塔底部，水從塔頂淋下，塔內(nèi)裝有填料，以擴大氣液接觸面積。在氣液接觸過 程中，氣體中的SQ2溶于溶液，使離開塔頂?shù)臍怏w中 SQ2含量降至允許值，而 溶有較多SQ2的液體由塔底排出

15、。用這種逆流接觸的方法提高了吸收效率。2.1.1吸收的應用在化學工業(yè)中，氣體吸收操作廣泛應用于直接生產(chǎn)化工產(chǎn)品，分離氣體混 合物，原料氣的精制及從廢氣中回收組分或除去有害物質等。地球化學、生物 物理和生物醫(yī)藥工程，也要應用氣體吸收的理論及其研究成果。2.1.2吸收的意義在化學工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各組分加以分離，其目的是： 回收或捕獲氣體混合物中的有用物質，以制取產(chǎn)品；除去工藝氣體中的有害成 分，使氣體凈化，以便進一步加工處理；或除去工業(yè)放空尾氣中的有害物，以 免污染大氣。在實際過程中往往同時兼有凈化和回收雙重目的。2.1.3如何強化吸收1、增加吸收過程推動力增加吸收劑的用量L或增加

16、液氣比L/V，這樣操作線位置將上移，吸收平 均推動力增加；改變相平衡關系，可通過降低吸收劑溫度、提高操作壓強或將吸收劑改性，使相平衡常數(shù)m減小，這樣平衡線位置下降，吸收的推動力增大；降低吸收劑入口組成X2,液相進口處推動力增大，全塔平均推動力也隨之增大。2、減小吸收過程阻力（即：提高傳質系數(shù)）開發(fā)和采用新型填料，使填料的比表面積增大。改變操作條件，對氣膜控 制的物系，宜增大氣速和增強氣相湍動；對液膜控制的物系，宜增大液速和湍 動。此外，吸收溫度不能過低，否則分子擴散系數(shù)減小、粘度增大，致使吸收 阻力增大。2.2吸收凈化設備類型與選擇2.2.1吸收凈化設備的類型由于氣液兩相界面的狀況對吸收過程有

17、著決定性的影響，吸收設備的主要 功能就在于建立最大的并且能迅速更新的相接觸表面。根據(jù)氣液兩相界面的形 成方式，吸收設備可分為表面吸收器、鼓泡式吸收器和噴灑吸收器3大類。表面吸收器的兩相界面是靜止的液面或者流動的液膜表面，屬于這類吸收器的有 表面吸收器、液膜吸收器、填料吸收塔和機械膜式吸收器。鼓泡式吸收器的特 點是氣體以氣泡形式分散于吸收劑中，屬于此類的吸收器有泡罩吸收塔、湍球 塔、泡沫吸收塔、板式吸收器和帶有機械攪動的吸收器。噴灑吸收器中，液體 以液滴形勢分散于氣體中。這類吸收器主要有噴淋塔、高氣速并流噴灑吸收器 和機械噴灑吸收器等。在大氣污染凈化中，因為氣體量大而濃度低，所以常選用以氣相為連

18、續(xù)相、 湍流程度高、相界面大的吸收設備，最常用的是填料塔，其次是板式塔，才外 還有噴淋塔和文丘里吸收器。（1）填料塔填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備。塔體為直立 圓筒，筒內(nèi)支承板上堆放一定高度的填料。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的 空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。吸收劑從塔頂經(jīng)液體分布 器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。填料的潤濕表面就成為氣液連續(xù)接觸的 傳質表面，凈化氣體最后從塔頂排出。（2）板式塔板式塔通常由一個呈圓柱形的殼體及沿塔高按一定間距水平設置的若干層 塔板所組成。操作時，吸收劑從

19、塔頂進入，依靠重力作用由頂部逐板流向塔底 排出，并且在各層塔板的板面上形成流動的液層；氣體由塔底進入，在壓力差 的推動下，由塔底向上經(jīng)過均勻在塔板上的開孔，以氣泡形式分散在液層中， 形成氣液接觸界面很大的泡沫層。氣相中部分有害氣體被吸收，未被吸收的氣 體經(jīng)過泡沫層后進入上一層塔板，氣體逐板上升與板上的液體接觸，被凈化氣 體最后由塔頂排出。（3）特種接觸塔型在這種塔型中，氣體為連續(xù)相，液體以液滴形式分散于氣體中形成氣液接 觸界面。噴淋塔：結構簡單、造價低廉、氣體壓降小。且不會堵塞，目前廣泛應用于濕法脫硫系統(tǒng)中。文丘里吸收器：體積小，處理能力大。適用于氣量較小的場合。機械噴灑吸收器：效率高，壓降低

20、，適合于用少量液體吸收大量的氣體。噴射吸收器：氣體不需風機輸送、氣體壓降小。222吸收凈化設備的選擇填料塔為連續(xù)接觸式的氣、液傳質設備。它的結構為：在圓筒形塔體的下 部，設置一層支承板，支承板上充填一定高度的填料。液體由入口管進入經(jīng)過 分布器噴淋至填料上，在填料的空隙中流過，并潤濕填料表面形成流動的液膜。 液體經(jīng)過填料后由排出管取出。液體在填料層中有傾向于塔壁的流動，故填料 層較高時，常將其分段，兩段之間設置液體再分布器，以利液體的重新均布。 氣體在支承板下方入口管進入塔內(nèi)，在壓強差的推動下，通過填料間的空隙由 塔的頂部排出管排出。填料層內(nèi)氣、液兩相呈逆流流動，相際間的傳質通常是在填料表面的液

21、體與氣相間的界面上進行，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。填料塔和板式塔相比，不僅結構簡單，而且具有生產(chǎn)能力大、分離效率高、 持液量小、操作彈性大、壓強降低等特點。通過填料材質的選擇，可處理腐蝕 性的物料。尤其對于壓強降較低的真空精餾操作，填料塔更顯示出其優(yōu)越性。 但是，填料塔的造價通常高于板式塔，對于含有懸浮物的料液、易聚合的物系 則不能適用，而且對于有側線出料的場合等也不大適宜。近年來，國內(nèi)外對填料的研究與開發(fā)進展很迅速，新型高效填料的不斷出 現(xiàn)，使填料塔的應用更加廣泛，直徑達幾米甚至十幾米的大型填料塔在工業(yè)上 已非罕見。223吸收凈化設備的確定填料塔的氣液接觸時間、液氣比均可在較大范圍內(nèi)調節(jié)，而

22、且結構簡單、 壓力降小。過去由于填料結構及塔內(nèi)構件不夠完善，填料塔大多局限于處理腐蝕 性氣體或者不適宜安裝塔板的小直徑塔。近年來由于填料結構的改進，新型高 效、高負荷填料的開發(fā)，既提高了塔的通過能力和分離能力，又保持了壓力降 小及性能穩(wěn)定的優(yōu)點，因此填料塔已經(jīng)被推廣到所有大型氣液操作系統(tǒng)中，在 SQ2污染控制中得到廣泛應用。故本次設計采用填料塔作為吸收設備。2.3吸收工藝的選擇2.3.1吸收劑的選擇吸收劑性能的優(yōu)劣，往往成為決定吸收操作效果是否良好的關鍵，吸收劑 的選擇與吸收方法的選擇有一定的聯(lián)系。選擇吸收劑時，首先要考慮吸收過程 在整個生產(chǎn)流程中的作用和前后工序所提供的工藝條件和要求；其次從

23、吸收過 程的基本原理出發(fā)，按照各項技術經(jīng)濟要求加以分析和選擇。在選擇吸收劑時，應注意考慮以下幾個方面的問題：1對于溶質組分應具有較大的溶解度，這樣可以提高吸收速率并減小吸收 劑的耗用量。當吸收劑與溶質組分間有化學反應發(fā)生時， 溶解度可以大大提高， 但若要循環(huán)使用吸收劑，則化學反應必須是可逆的；對于物理吸收也應該選擇 其溶解度隨著操作條件改變而有顯著差異的吸收劑，以便回收。2選擇性好，即是指吸收劑要在對溶質組分有良好吸收能力的同時，對混合 氣體中的其他組分卻基本上不吸收或者吸收甚微，否則不能實現(xiàn)有效的分離。桂擇性蘋戦=溶質組分溶解度選擇性以選擇性系數(shù)表示：.3. 易于再生，再生性能的優(yōu)劣和再生過

24、程的經(jīng)濟性是評價吸收劑乃至整個吸 收過程的重要技術經(jīng)濟指標。4. 揮發(fā)性小，操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，揮發(fā)性小可以減少吸收劑的 損耗，并提高溶質氣體純度。5. 具有較好的化學穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，以減少吸收劑的降解和變質，尤其在 使用化學吸收劑時。6操作溫度下吸收劑的黏度要低，這樣可以改善吸收塔內(nèi)的流動狀況，從而 提高吸收速率，并且有助于降低泵的功耗，還能減小傳熱阻力。7.所選用的吸收劑還應該盡可能無毒性，無腐蝕性，不易燃，不發(fā)泡，冰點 低，價廉易得且對環(huán)境沒有污染。2.3.2吸收裝置流程的選擇吸收裝置的流程主要有以下幾種：（1）逆流操作一一氣相自塔底進入由塔頂排出， 液相自塔頂進入由塔底排

25、出。特點：傳質平均推動力大，傳質速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。 工業(yè)生產(chǎn)中大部分的填料吸收塔多采用氣液逆流操作流程。（2）并流操作一一氣液兩相均從塔頂流向塔底。 特點：系統(tǒng)不受液流限制， 可以提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。應用情況：當吸收過程的平衡曲線較平 坦時，流向對推動力影響不大；易溶氣體的吸收或者處理的氣體不需要吸收很 完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。（3）吸收劑部分再循環(huán)操作一一應用情況： 當吸收劑用量較小，為提高塔 的液體噴淋密度：對于非等溫吸收過程，為了控制塔內(nèi)的溫升，需要取出一部分熱量。吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動力呀低，并且需要設置 循環(huán)泵，操作費

26、用增加。（4）多塔串聯(lián)操作一一若設計的填料層高度過大，或者由于所處理物料等 原因需經(jīng)常清理填料，為便于維修，可以把填料層分裝在幾個串聯(lián)的塔內(nèi)，每 個吸收塔通過的吸收劑和氣體量相等。 此種操作因塔內(nèi)需要留較大空間，輸液、 噴淋、支承板等輔助裝置增加，使設備投資加大。（5）串聯(lián)一并聯(lián)混合操作一一若吸收過程處理的液量很大， 如果用通常的 流程，則液體在塔內(nèi)的噴淋密度過大，操作氣速勢必很小，塔的生產(chǎn)能力很低。（6）吸收蒸出操作在多組分吸收過程中，為了提高吸收液中溶質的濃 度，可采用吸收蒸出操作。2.3.3吸收工藝的選擇綜合設計的任務要求，本次設計采用濕法煙氣脫硫，吸收劑采用清水。用 水吸收SQ2屬于中

27、等溶解度的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收流程 因用水作為吸收劑，并且SQ2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?.4填料的類型與選擇2.4.1填料的特性在填料塔內(nèi)，氣體由填料間的空隙流過，液體在填料表面形成液膜并且沿 填料間的空隙而下流，氣、液兩相間的傳質過程在潤濕的填料表面上進行。因 此，填料塔的生產(chǎn)能力和傳質速率均與填料特性密切相關。填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)通量、效率及壓降三要素來衡量。表示填料性能 的幾何參數(shù)有以下幾項。比表面積：單位體積填料層的填料表面積稱為比表面積，以 c表示，單位 為卅/m3o填料的比表面積越大，所能提供的氣、液傳質面積越大。 同一種類的 填料，尺寸越小，則比表面積越大

28、?？障堵剩簡挝惑w積填料層的空隙體積稱為空隙率，以&表示，單位為m3/m3。填料的空隙率大，氣、液通過能力大且氣體流動阻力小。填料因子：將c與&組合成c/ & 3的形式成為干填料因子，單位為 1/m。 填料因子表示填料的流體力學性能。當填料被噴淋的液體潤濕后，填料表面覆 蓋了一層液膜，c與&均發(fā)生相應的變化，此時c / & 3成為濕填料因子，以 表示。代表實際操作時填料的流體力學特性，故進行填料塔設計計算時，應 該采用液體噴淋條件下實測的濕填料因子。值小，表明流動阻力小，液泛速度可以提咼。在選擇填料時，一般要求比表面積及空隙率要大，填料的潤濕性能要好， 單位體積的填料質量輕，造價低，并且有足夠的

29、力學強度。2.4.2填料類型填料種類很多，根據(jù)裝填方式，可以分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。(1) 散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內(nèi)，又成為亂堆填料或者顆粒填料。散裝填料根據(jù)結構特點不同， 又可以分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。拉西環(huán)填料 氣液分布較差，傳質效率低，阻力大，通量小，目前工 業(yè)上已很少應用。鮑爾環(huán)填料 鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。是目前應用較廣的填料之一。階梯環(huán)填料 階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，車各位目前所使用的環(huán) 形填料中最為優(yōu)良的一種?；“疤盍?易發(fā)生套疊，致使一部

30、分填料表面被重合，使傳質效率降低。強度較差，容易破碎，工業(yè)生產(chǎn)中應用不多。矩鞍填料 一般米用瓷質材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。環(huán)矩鞍填料綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，是工業(yè)應用最為普遍的 一種金屬散裝填料。（2）規(guī)整填料是按一定的幾何圖形排列， 整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類 很多，根據(jù)其幾何結構可以分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等，工業(yè)上應 用的匯整填料絕大部分為波紋填料。波紋填料按結構分為網(wǎng)波紋填料和板波紋 填料兩大類，可用陶瓷、塑料、金屬等材質制造。加工中，波紋與塔軸的傾角 有30和45兩種，傾角為30以代號BX （或X）表示，傾角為45以代號CY （或丫）表示。工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)

31、格的表示方法很多，國內(nèi)習慣用比表面積 表示，主要有125，150, 250, 350, 500, 700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填 料，其表面積越大，傳質效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也明顯 增加。選用時應從分離要求，通量要求，場地條件，物料性質及設備投資，操 作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足工藝要求，又具有經(jīng)濟合理性。應予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同 種類型，不通規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的 填料，有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。一的原則來選擇填料的規(guī)格。2.4.3填料的選擇填料的選擇包括填料材

32、質的選擇、填料種類的選擇、填料尺寸（規(guī)格）的 選擇等內(nèi)容。（1）填料材質的選擇填料的材質可分為金屬、塑料、陶瓷三大類。選材時，首先要考慮的是能 耐介質腐蝕。其次，考慮在操作溫度下，經(jīng)久耐用不變形。最后考慮不污染或 影響產(chǎn)品質量。在滿足以上三項要求的基礎上，通過分析比較，最后選定出經(jīng) 濟合理的材質。材料的選擇應主要從性能和價格兩方面來考慮。所有填料在收到化學、機 械和惹的作用下均會老化、磨損、甚至喪失其性能。具有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐 熱性和機械性能的材料，其壽命可以很長，但是價格十分昂貴。因此，在選用 填料材料時必須兼顧材料的性能和價格，選用合適的材料。由于填料一般都要與化學介質接觸，因而填料的耐

33、腐蝕性極為重要。但迄 今為止，尚無關于材料耐腐蝕性能的統(tǒng)一準則，因為耐腐蝕性往往與材料和介 質系統(tǒng)，溫度和作用時間，以及材料收到的額外負荷（電流、機械應力等）密 切相關。因此要判定一種材料是否耐蝕或足夠耐蝕，最好在現(xiàn)場條件下進行實 驗。（2）填料種類的選擇在選擇填料時，應綜合考慮填料的通過能力、壓降、傳質效率、操作彈性 和成本等各項指標。近年來，新型散堆和規(guī)整填料相繼開發(fā)使用，這些新型填 料既能提高塔的通量和分離效率，又能保持較小的壓力降。一般而言，對于需要理論塔板數(shù)很多的難分物系的分離，應優(yōu)先考慮選用 較高效或高效的規(guī)整材料；對于對于需要理論板數(shù)不多的容易分離物系的分離, 應優(yōu)先考慮選用較高

34、效的新型散堆填料。一座填料塔內(nèi)可以使用同一型號的填料，也可以使用同一結構形式但尺寸 不同的填料。塔內(nèi)一段用規(guī)整填料，而其他部分則用規(guī)整填料。(3) 散堆填料尺寸的選擇常用的散堆填料主要有 25伽、38 mm和50伽三種尺寸。為使填料床層結構均勻，保證較好的分離效率，填料尺寸應與塔徑大小相匹配。對不同填 料，推薦的塔徑D與填料公稱尺寸dP之比為：拉西環(huán)矩鞍形填料鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)矩鞍D/dp 20 30D/dp 15D/dp 1015D/dp 8D/dp 8一般而言，填料尺寸大，成本低；通過能力高，而效率較低。大塔常使用50 mm的填料。若大于50伽，則成本的降低和通過能力的提高， 往往補償不 上分

35、離效率的降低。若使用 25 m以下的小填料，貝燉率的提高彌補不了由通 過能力降低和成本增高帶來的缺點。一般推薦按塔徑大小選定填料尺寸。2.4.4填料的確定對于水吸收SQ的過程，操作溫度及操作壓力較低，故該系統(tǒng)不屬于難分 離物系，可選用散裝填料，系統(tǒng)中含有SQ2有一定的腐蝕性，所以考慮選用塑料階梯環(huán)，由于系統(tǒng)對壓降無特殊要求，考慮到不同尺寸階梯環(huán)的傳質性能， 選用D38塑料階梯環(huán)填料。該填料的泛點填料因子：-：=170m，壓降填料因子:JF=116m，比表面積 a =132.5 m2/m3。表2-1國產(chǎn)塑料階梯環(huán)填料幾何特性數(shù)據(jù):公稱尺寸Dg/mm外徑X高X厚dx HXS /(mmX mXmm)

36、堆積個 i數(shù)n/(個/m3)堆積密度Y/(kg/m3)比表面積a/(m2/m3)空隙率&/%干填料因子a/ 1/m13838X19X12720057.5132.50.91175.8第三章填料塔的工藝尺寸3.1基礎物性數(shù)據(jù)3.1.1液相物性數(shù)據(jù)本次設計為低濃度吸收。對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取 純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得，20C時水的有關物性數(shù)據(jù)如下：密度為叮=998.k2g m黏度為 =0.001巳5 = 3.6kg/(m.h)表面張力為r =72.6dyn/cm = 940896kg/ h2SQ 2在水中的擴散系數(shù)為Dl =1.47 10cm2/s = 5.29 10m3/h3

37、.1.2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質量為MVm=為 xMj -0.07 64.06+0.93 29 =31.45g/mol混合氣體的平均密度為. 如=11.3 345 九286kg/mRT 8.314 298混合氣體的黏度可以近似取為空氣黏度查手冊得20r時空氣的黏度為Jv =1.81 10Pa 0.065kg/(m h)查手冊得SQ2在空氣中的擴散系數(shù)為Dv = 0.108cm2 / s = 0.039m2 / h3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)(1) 查手冊得:常壓下20E時,SQ2在水中的亨利系數(shù)為E=3.55Xl03kPaE3相平衡常數(shù)為 m= =3.55 X0/101.3=35.04PH

38、2Q-SQ2 在 20C下:X0.002810.0019650.0014050.0008450.0005640.0004230.0002810.0001408Y0.07760.05130.03420.01850.01120.00730.00420.001583.2物料衡算1進塔氣相摩爾比Y1也. 0 7 5 2 71 -y11- 0. 0 72出塔氣相摩爾比Y20.00150.00151-0.00153進塔惰性氣體流量V=30 0 (1 0. 07)K2W(9l hY -丫2該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算,(-L)iminV 丫 / m -X2對于純?nèi)軇┪者^

39、程，進塔液相組成為X2=0(丄 An 二 0.075270.0015 =34.34V 0.07527 /35.04 -0取操作液氣比為mi n-1.VL =1.5*34.34 =51.51V,貝U L =51.51*279 =14371.29K mo/lhV -丫2)=L(X1 -X2),貝U X1西0.07527 -。.0015)=0.001414371.293.3填料塔的工藝尺寸計算3.3.1塔徑計算采用Eckert通用關聯(lián)圖計算泛點氣速進塔氣相流量轉化為標準狀況為Vs =300 22.4纟98 = 7335.38m3/h273氣相質量流量為 wV =300 31.45 = 9435kg/

40、h液相質量流量為 WL =14371.29 18.02 = 258970.65 kg. h采用Eckert通用關聯(lián)圖計算冷卻氣速0.50.5查Eckert關聯(lián)圖的橫坐標為 聖魚)=258970.65=0.9295WV (PL 丿9435998.2 J,屮 Pv查Eckert關聯(lián)圖的縱坐標為 一 ul0.2 =0.024g 嵐查化工原理課程設計表 5-11得38mm的聚丙烯階梯環(huán)，填料因子=170mUf0.024g 幾m0.20.02廠9.8廠998.2；170 1 1.286 10.2=1.037m/ s-=0.50.85 取 0.7f=0.7 1.037 = 0.73m. s uf+I4VT

41、/_4 x 7335.38 ”由 D s1.89m 咄X 3600漢3.14 汽 0.73圓整塔徑，取D=2.0m泛點率校核:實際空速D24 7335.38 36003.14 22=0.65 m s100% =63% (在 50%85%范圍內(nèi))1.037填料規(guī)格校核:D 2000d 38=52.63 8液體噴淋密度校核:對于d 7阪的散裝填料，取最小潤濕速率為(Lw) min=0.08m3/m h查書得 a=132.5 m2 /m3最小噴淋密度為Umin =(LW)at =0.08 132.5 = 10.6m3 / m2 h實際噴淋密度為,224330.6一998.2U271 .57 U mi

42、n0.782經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 2.0m合理。3.3.2填料層高度計算采用傳質單元法計算Yi*= mXi=35.04 00017=0.0596丫2 = mX2=0脫吸因數(shù)為 S = mV 二 35.04* 279 二 0-68L 14371.29氣相總傳質單元數(shù)為1 丫 丫 *NgIn 1(1-S ) 丫2 +Sj=9.01m1-S .匕 _丫2*傳質單元高度Hqg計算：關于填料的潤濕表面，恩田等人提出如下關聯(lián)式,2 2血=1-exp-1.45 (d).75 (-P1 (峠嚴05 (匕嚴at二 LatL L g： L at查表得，聚乙烯臨界表面張力uc=33d yn / cm4 2

43、 7 6 8 0 k g / h液 體 通 過 空塔截 面 的 質 量,224330.6Ul 產(chǎn)H X4224330.63.14 藝4-71442.87 kg/(m2 h)a WaT/、0.75427680 -1.45x = 0.829(998.2X 940896X32.5 丿由設計題目可知：KGa=5.13kmol/(m3 h KPa) KLa=97.12h-1H=46.9KPa m3/kmol0 65因為 065 100% =63%，所以需要由下式進行修正：片 1.0371 1 3H=0.0213kmol/(m KPa)H 46.9U1 4KGa 珂19.5(0.5) - KGaUfu2

44、2KLa 41 2.6(0.5) - KLaUf即 K 珂1 2.6(0.63-0.5)1.4 5.13 = 5.90kmol/(m3 h KPa)K；a 珂1 2.6(0.63 -0.5)么2 97.12 =99.96kmol/(m3 h KPa)則1111 1:；0.64KGa KGa H KLa 5.900.0213 99.96KGa 11.56kmol/(m3 h KPa)0.64H QG=0.56m27923.14x22 1.56 101.3 -4V Z 二 Hog Nog 二 Z=0.56*9.01=5.04m安全系數(shù)為 1.21.5,取 1.3 則 z =1.2*5.04 = 6

45、.05m設計取填料層高度為Z 6m查書，對于階梯環(huán)填料， h =815 , gax乞6m取匕=8，貝U h=8 2004 16 01010D計算得填料層高度為6000mm,故不需分段。3.4填料層壓降計算采用Eckert通用關聯(lián)圖計算填料層壓降。橫坐標為/-.0.5Wl=0.9 2 9 5Wv S丿查書得 p =116m*縱坐標為u。2唧 叫0.2 = 0.6492 56J286“0.2 =0 0064gPL9.81998.2查圖得AP/ Z =1 4x 9.811 3 P.a3 4m填料層壓降為厶P =137.34 6 =824.04Pa第四章填料塔結構及附件設計4.1筒體和封頭的設計4.1

46、.1筒體的設計筒體為化工設備的主體結構。筒體一般由鋼板卷焊成形，筒體較長時，可 由多個筒節(jié)焊接組成，也可用設備法蘭連接組裝。筒體的主要尺寸是直徑、高 度(或長度)和壁厚，壁厚由強度計算決定，直徑和高度(或長度)應考慮滿 足工藝要求確定，而且筒體直徑應符合壓力容器公稱直徑標準 JB1153-73 中所規(guī)定的尺寸系列。選用標準：筒體(JB1153-73)表4-1筒體尺寸公稱直Dg(mm)一米高的容積V(m3)一米高的內(nèi)表面積 Fg(m2)壁厚S(mm)一米高筒節(jié)鋼板理論重量(kg)20003.1426.28104954.1.2封頭的設計4.1.2.1封頭的類型封頭是設備的重要組成部分，它與筒體一起

47、構成設備的殼體。封頭與筒體 可以直接焊接，形成不可拆卸的連接；也可以分別焊上法蘭，用螺栓、螺母鎖 緊，構成可拆卸的連接。封頭的結構型式，常見的有橢圓形、蝶形、錐形等，最廣泛使用的是橢圓 形封頭。當介質的粘度較大時，為有利于出料，則采用錐形。4.1.2.2封頭的選擇本設計選用標準橢圓封頭。因為需要采用焊接等工藝，所以封頭壁厚取 S=10mm查化工工程制圖P178得，公稱直徑 DN=2000mm曲面高度h1=500mm直邊高度h2=40mm4.2除沫裝置設計4.2.1除沫裝置類型當空塔氣速較大，塔頂濺液現(xiàn)象嚴重，以及工藝過程不允許出塔氣體夾帶 霧滴的情況下，設置除沫器，從而減少液體的夾帶損失，保證

48、后續(xù)設備的正常 操作。除沫裝置安裝在液體分布器上方，用以除去出氣口氣流中的液滴。由于二 氧化硫溶于水中易產(chǎn)生泡沫。為了防止泡沫隨出氣管排出，影響吸收效率，采 用除沫裝置常用的除沫裝置有折板除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及旋流板除沫器。此外還有 鏈條型除沫器、多孔材料除沫器及玻璃纖維除沫器等。在分離要求不嚴格的操 作場合，還將干填料層作除沫器用。除沫器形式一般是根據(jù)所分離液滴的直徑，要求的捕沫效率及給定的壓力 降來確定。拉西環(huán)、鮑爾環(huán)及鞍形填料可用于分離1 10-5m以上的霧滴，壓力降較??；多孔材料用于分離3 10-6m以下的霧滴，但只適用于清潔、不易自聚 和結焦的物料；纖維用于分離1 10-5m以下的霧

49、滴，效果很好，但壓力降較大， 宜用于精分離及有腐蝕的物系；旋流板除沫器使氣體產(chǎn)生旋轉運動，利用離心 力分離霧沫，除沫效率可達9899%，其壓力降介于折板與絲網(wǎng)之間。422除沫裝置選擇由于絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大，重量輕，空隙率大以及使用方便等優(yōu)點 尤其是它具有除沫效率高，壓力降小的特點，從而成為一種廣泛使用的除沫裝則本設計選用絲網(wǎng)除沫器，材質為不銹鋼，型式為標準型最大允許氣速 Umax* 二二 比1998.2二依6 =3.06m/sY Pvm耳匸286其中K為系數(shù)，取決于網(wǎng)套結構及操作條件，一般取 K=0.107-0.11實際空速u=0.649m/sv 3.06m/s，.所選用的除沫器符合要求45圖4-2標準型網(wǎng)-|圖4-3上裝式絲網(wǎng)除沫器表4-2除沫器其特性參數(shù)型式容積重度（N/m?）比表面積（m/m ）空隙率（m/m3）標準型14402950.98表4-3上裝式絲網(wǎng)除沫器基本參公稱直徑DNmm主要外形尺寸，mmHHiD質量，kg200010036019001751504102044.3液體分布裝置設計4.3.1氣體的入塔分布隨著填料塔的大型化，高效低壓降規(guī)整塔填料的使用，氣體入塔的分布問 題變得十分重要。液體的初始分布和再分布固然重要，而氣體入塔的初始分布 亦不容忽視。氣、液兩相在填料層中逆向流動時，其分布是相互影響的。即