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1、水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计第一部分 设计任务、依据和要求一、 设计任务及操作条件1、混合气体（空气中含SO2气体的混合气体）处理量为90 kmol/h2、混合气体组成：SO2含量为7.6%（摩尔百分比），空气为：92.4%（mol/%）3、要求出塔净化气含SO2为：0.145%（mol/%），H2O为：1.172 kmol/h4、吸收剂为水，不含SO2 5、常压，气体入塔温度为25C，水入塔温度为20C。二、 设计内容1、设计方案的确定2、填料吸收塔的塔径、填料层高度及填料层压强的计算。3、填料塔附属结构的选型与设计。4、填料塔工艺条件图。三、 H2O- SO2 在常压20 C下的平衡数
2、据xyxy0.002810.07760.0004230.007630.0019650.05130.0002810.00420.0014050.03420.00014050.001580.0008450.01850.00005640.000660.0005640.0112四、 气体与液体的物理性质数据气体的物理性质：气体粘度 气体扩散系数 气体密度液体的物理性质：液体粘度液体扩散系数液体密度 液体表面张力 五、 设计要求1、设计计算说明书一份2、填料塔图（2号图）一张第二部分 SO2净化技术和设备一、SO2的来源、性质及其危害：1、二氧化硫的来源二氧化硫的来源很广泛，几乎所有企业都要产生二氧化硫
3、，最主要途径是含硫化石燃料的燃烧。大约一吨煤中含有5-50kg硫，一吨石油中含有5-30kg硫。这些燃料经燃烧都产生并排放出二氧化硫，占所有排放总量的96%.二氧化硫的来源包括微生物活动，火山活动，森林火灾以及海水飞沫。主要有自然来源和人为来源两大类：自然来源主要是火山活动，喷出的火山气体中含有大量的二氧化硫气体，地质深处的天然硫元素在火山喷发过程中燃烧氧化为二氧化硫，随火山灰一起喷射到大气中。地球上57%的二氧化硫来自自然界，沼泽、洼地、大陆架等处所排放的硫化氢，进入大气，被空气中的氧氧化为二氧化硫。自然排放大约占大气中全部二氧化硫的一半，通过自然循环过程，自然排放的硫基本上是平衡的。人为来
4、源则指在人类进行生产、生活活动中，使用含硫及其化合物的矿石进行燃烧，以及硫矿石的冶炼和硫酸、磷肥纸浆的生产等产生的工业废气，从而使其中一部分或全部的硫以二氧化硫的形式排放到大气中，形成二氧化硫污染。这部分二氧化硫占地球上二氧化硫来源的43%。随着化石燃料消费量的不断增加，全世界认为排放的二氧化硫在不断在增加，其中北半球排放的二氧化硫占人为排放总量的90%。我国的能源主要依靠煤炭和石油，而我国的煤炭、石油一般含硫量较高，因此，火力发电厂、钢铁厂、冶炼厂、化工厂和炼油厂排放出的大量二氧化硫和二氧化碳是造成我国大气污染的主要原因。由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放
5、量不断增加，造成严重的环境污染。2、二氧化硫的性质(1) 物理性质：二氧化硫又名亚硫酸酐，英文名称： sulfur dioxide 。无色气体，有强烈刺激性气味。分子量64.07 密度为1.4337kg/m3 （标准状况下） ，密度比空气大。溶解度：9.4g/mL（25） 熔点76.1（200.75K） 沸点10 （263K） 蒸汽压338.32kPa(2538mmHg，21.11)易溶于水，在338.32kPa水中溶解度为8.5%（25）；易容于甲醇和乙醇；容于硫酸、乙酸、氯仿和乙醚等。易液化（mp：10）。(2) 化学性质：二氧化硫是一种酸性氧化物，它极易溶于水，其水溶液呈酸性，为亚硫酸水
6、溶液。实际上，二氧化硫水溶液中成分为SO27H2O，仅含有微量的亚硫酸，但是亚硫酸盐含有亚硫酸根离子。所谓的亚硫酸水溶液能被空气逐渐氧化成硫酸，其浓度越低氧化越快，而且一经加热就会有自行氧化。二氧化硫在完全燃烧干燥时几乎不与氧气发生反应，当在有初生态氧的燃烧环境下，或者对二氧化硫与氧气的混合物进行放电，则有氧化反应发生。氧化性：SO2+2H2S=3S+2H2O ；还原性：能被Cl2、Br2、I2、Fe3+、KMnO4、HNO3等强氧化剂氧化成高价态硫元素。 SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX 3 、二氧化硫的危害二氧化硫对人体及动物健康的危害：主要是对眼角膜和上呼吸道粘膜的强烈刺激作用
7、。其浓度与反应关系如下：0.4毫克/立方米时无不良反应；0.7毫克/立方米时，普遍感到上呼吸道及眼睛的刺激；2.6毫克/立方米时，短时间作用即可反射性的引起器官、支气管平滑肌收缩，使呼吸道阻力增加。一般认为空气中二氧化硫浓度达1.5毫克/立方米，对人体健康即为有危害，长期接触主要引起鼻、咽、支气管，嗅觉障碍和尿中硫酸盐增加。吸入高浓度二氧化硫，可引起支气管炎、肺炎，严重时可发生肺水肿及呼吸中枢麻痹。二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用增强。上呼吸道的平滑肌因有末梢神经感受器，遇刺激就会产生窄缩反应，使气管和
8、支气管的管腔缩小，气道阻力增加。上呼吸道对二氧化硫的这种阻留作用，在一定程度上可减轻二氧化硫对肺部的刺激。但进入血液的二氧化硫仍可通过血液循环抵达肺部产生刺激作用。 二氧化硫进入血液可引起全身性毒作用，破坏酶的活性，影响糖及蛋白质的代谢；对肝脏有一定损害。液态二氧化硫可使角膜蛋白质变性引起视力障碍。二氧化硫与烟尘同时污染大气时，两者有协同作用。因烟尘中含有多种重金属及其氧化物，能催化二氧化硫形成毒性更强的硫酸雾。因加剧其毒性作用。动物试验证明，二氧化硫慢性中毒后，机体的免疫受到明显抑制。大量吸入可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。急性中毒：轻度中毒时，发生流泪、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等；严
9、重中毒可在数小时内发生肺水肿；极高浓度吸入可引起反射性声门痉挛而致窒息。皮肤或眼接触发生炎症或灼伤。慢性影响：长期低浓度接触，可有头痛、头昏、乏力等全身症状以及慢性鼻炎、咽喉炎、支气管炎、嗅觉及味觉减退等。少数工人有牙齿酸蚀症。二氧化硫浓度为1015ppm时，呼吸道纤毛运动和粘膜的分泌功能均能受到抑制。浓度达20ppm时，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入浓度为100ppm 8小时，支气管和肺部出现明显的刺激症状，使肺组织受损。浓度达400ppm时可使人产生呼吸困难。二氧化硫与飘尘一起被吸入，飘尘气溶胶微粒可把二氧化硫带到肺部使毒性增加34倍。若飘尘表面吸附金属微粒，在其催化作用下，使二氧化硫氧化
10、为硫酸雾，其刺激作用比二氧化硫增强约1倍。长期生活在大气污染的环境中，由于二氧化硫和飘尘的联合作用，可促使肺泡纤维增生。如果增生范围波及广泛，形成纤维性病变，发展下去可使纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫可以加强致癌物苯并（）芘的致癌作用。据动物试验，在二氧化硫和苯并（）芘的联合作用下，动物肺癌的发病率高于单个因子的发病率，在短期内即可诱发肺部扁平细胞癌。二氧化硫对植物的危害：大气中含二氧化硫过高，对叶子的危害首先是对叶肉的海绵状软组织部分，其次是对栅栏细胞部分。侵蚀开始时，叶子出现水浸透现象，特别是介于叶边和叶脉之间的部分损害尤为严重。干燥后，受影响的叶面部分呈白色或乳白色。如果二氧化硫的浓度为（
11、0.3-0.5），并持续几天后，就会对敏感性植物产生慢性损害。二氧化硫直接进入气孔，叶肉中的植物细胞使其转化为亚硫酸盐，再转化成硫酸盐。当过量的二氧化硫存在时，植物细胞就不能尽快地把亚硫酸盐转化成硫酸盐，并开始破坏细胞结构。菠菜，莴苣和其他叶状蔬菜对二氧化硫最为敏感。棉花和苜蓿也都很敏感。松针也受其影响，不论叶尖或是整片针叶都会变成褐色，并且很脆弱。二氧化硫对建筑物及其它的危害：大气中的二氧化硫及其生成的酸雾、酸滴等，能使金属表面产生严重的腐蚀，使纺织品、纸品、皮革制品等腐蚀破损，使金属涂料变质，降低其保护效果。造成金属腐蚀最为有害的污染物一般是二氧化硫，已观察到城市大气中金属的腐蚀率约是农村
12、环境中腐蚀率的1.5-5倍。温度尤其是相对湿度皆显著影响着腐蚀速度。含硫物质或硫酸会侵蚀多种建筑材料，如石灰石、大理石、花岗岩、水泥砂浆等，这些建筑材料先形成较易溶解的硫酸盐，然后被雨水冲刷掉。尼龙织物，尤其是尼龙管道等，其老化显然是由二氧化硫或硫酸气溶胶造成的。长期的酸雨作用还将对土壤和水质产生不可估量的损失， 对生态环境会产生严重的影响。二、SO2的净化技术：二氧化硫不仅在大气中形成酸雨，造成空气污染，而且严重腐蚀锅炉尾部设备，影响生产和安全运行。电站锅炉是我国二氧化硫的主要排放源，它的特点是烟气量大，SO2浓度低，综合利用难度大。在电站烟气脱硫的运行费中，脱硫剂的费用占有很高比例。我国发
13、电用煤的平均含硫量高达1.15%，因此，电站烟气脱硫对我国来说更为重要。控制SO2排放的工艺按其在燃烧过程中所处位置可分为燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫三种。燃烧前脱硫主要是洗煤、煤的气化和液化。洗煤可用作脱硫的辅助手段，经济适用的煤气化和液化技术在进一步开发之中。就燃烧中脱硫的型煤和循环流化床燃烧来说，燃用型煤比直接燃用原煤节煤又干净，较多用于中小锅炉上。当前应用的脱硫方法，大致可分为两类，即干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫：该法是用粉状、粒状吸收剂，吸附剂或催化剂去除废气中的二氧化硫。干法的最大优点是治理中无废水、废酸排出，减少了二次污染；缺点是脱硫效率低，设备庞大，操作要求高。湿法脱硫：该法是采
14、用液体吸收剂如水或碱溶液洗涤含二氧化硫的烟气，通过吸收去除其中的二氧化硫，湿法脱硫所用设备较简单，操作容易，脱硫效率较高。但脱硫后烟气温度降低，于烟囱排烟扩散不利。由于使用不同的吸收剂可获得不同的副产物而加以利用，因此湿法是全国研究最多的方法。湿法脱硫效率较高，而且设备简单，操作运行方便，运行成本低，产生的副产物如硫酸盐和压硫酸盐，可回收利用，作为工业原料。所以在本设计中选取湿法脱硫。三、吸收设备：板式塔与填料塔的比较一般为了强化吸收过程，降低设备的投资和运行费用，要求吸收设备应满足以下基本要求：1. 气液之间应有较大的接触面积和一定接触时间；2. 分离效率高；操作稳定，弹性大；3. 对气体的
15、阻力小；4. 结构简单，制作维修方便，造价低廉；5. 相应的抗腐蚀能力和防堵塞能力。常用的吸收设备有喷淋塔、填料塔、板式塔、湍流塔、鼓泡塔等。这里我们主要比较板式塔和填料塔各自的特点：板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。 填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上
16、进行接触，其组成沿塔高连续地变化。 目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。板式塔与填料塔的比较项目塔型备注板式塔填料塔造价600以下，安装较困难普通填料塔800以下造价一般较板式塔便宜，直径大则昂贵由于填料塔造价随体积几乎正比的增大，单位体积造价降低分离效率每块塔板的效率较稳定，大塔效率比小塔效率有所提高工业塔等板高度与板式塔差不多，但塔径增大效率下降，高效填料可以达到高的分离效率，有利于塔高降低生产能力允许空塔速度较高，生产能力较大允许空塔速度较高，生
17、产能力较小压降压降较大压降小，尤其是丝网填料操作弹性浮阀，泡罩等具有大的操作弹性操作弹性较小填料塔采用鲍尔环等操作弹性有了扩大液气比L/V的范围液气比的适应范围大小的LV时，分离效率差版式塔中，虽然L小，仍能保持一定液层，填料塔中喷淋密度太小，就不能充分润湿清洗的方便性清洗较方便清洗费时对腐蚀介质的适应性因结构复杂，较难用防腐蚀材料制作，但无溢流栅板塔等可以易用防腐蚀材料制作塔中持液量持液量大持液量小，尤其是高效丝网填料有利于精密分离塔中换热的可能性可以实现困难材料要求一般用金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较难重量较轻重根据板式塔与填料塔的特点比较，以及根据设计的条件和要求，本次
18、设计应采用填料塔最为合适。四、填料塔的结构：示意图填料塔也是一种重要的气液传质设备。它的结构很简单，在塔体内充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方为填料压板及液体分布装置。液体自填料层顶部分散后沿填料表面流下而润湿填料表面；气体在压强差推动下，通过填料间的空隙由塔的一端流向另一端。气液两相间的传质通常是在填料表面的液体与气相间的界面上进行的。塔壳可由陶瓷、金属、玻璃、塑料制成，必要时可在金属筒体内衬以防腐材料。为保证液体在整个截面上的均匀分布，塔体应具有良好的垂直度。填料塔不仅结构简单，而且有阻力小和便于用耐腐材料制造等优点，尤其对于直径较小的塔、处理有腐蚀性的物料或要求压强降小的真空蒸馏系
19、统，填料塔都表现出明显的优越性。另外，对于某些液气比甚大的蒸馏或吸收操作，若采用板式塔，则降液管将占用过多的塔截面积，此时也宜采用填料塔。主要结构如下所示：主要结构作用主要要求外壳操作系统与环境的隔离界面要具有一定的强度，需要时应能耐腐蚀填料气液两相的接触元件，实现过程操作的关键结构具有一定的强度，比表面积大，空隙率大，可使气、液的处理量大气体压力降低填料支承支承填料，并使气流分布均匀自由截面积大，应=65%。强度大液体分布器使液体均匀地喷淋在填料上喷洒均匀，防堵再分布器为防止液体的壁流效应，填料层需要分段，在段间使液体集中再重新分布喷洒均匀，截面积大，拉西环分段每段不超过4m，其他填料不超过
20、56m除雾器防止气速过大，在塔顶出塔的气体中带出大量液体除雾效率高，压力降小结构示意图如下所示：五、工艺流程及工艺流程图气体从填料塔的下端由鼓风机1鼓入，吸收液由填料塔上端进入从塔底流出，进行充分的接触、吸收。送入贮液槽2中加药、沉淀，然后被水泵打到进水管，循环进行吸收。在进水管处装有转子流量计4，测量进液管中吸收液的流量。第三部分 吸收塔的工艺计算（L、P、D、H）一、吸收剂用量的计算（最小液气比）由原始数据已知：入口气体量y1=7.6； 出口气体量y2=0.145低浓度吸收时：Y1= y1 Y2= y2 进口液体不含二氧化硫所以x2=0由H2OSO2在常压20oC的平衡数据，得X1=0.0
21、0276= =27.011低浓度时有 GG=90 kmol/h吸收剂的最小用量：=G =27.01190=2430.99（kmol/h）L=(1.12.0) ，取L=1.5吸收剂实际用量为L=1.52430.99=3646.485（kmol/h）逆流吸收塔操作示意图如下：YXX1Y1X2Y2X：表示水中含有溶质的摩尔分数Y：表示空气中含有溶质气体的摩尔分数二、气液相进出口组成 1、气相进口组成组成入口质量流速（kg/h）质量百分比(Wt%)摩尔流量(kmol/h)摩尔百分比(mol%)空气2411.6484.6483.1692.4SO2437.7615.366.847.6H2O2849.401
22、00901002、气相出口组成组成出口质量流速（kg/h）质量百分比(Wt%)摩尔流量(kmol/h)摩尔百分比(mol%)空气2411.6498.814483.1698.468SO27.840.32120.12250.145H2O21.0960.86441.1721.3882440.57610084.45451003、液相进口组成组成入口质量流量（kg/h）质量百分比(Wt%)摩尔流量(kmol/h)摩尔百分比(mol%)SO2H2O65636.731003646.48510065636.731003646.4851004、液相出口组成组成出口质量流速（kg/h）质量百分比(Wt%)摩尔流量
23、(kmol/h)摩尔百分比(mol%)SO2429.920.6516.71750.184H2O65615.63499.3493645.31399.81666045.5541003652.0305100三、填料的选择填料是填料塔的核心。填料塔操作性能的好坏，与所选用的填料有直接关系。填料的种类很多，可分为实体填料和网体填料两大类。前者有拉西环、鲍尔环、鞍形、波纹填料等。塔填料的选择是填料塔设计重要的环节之一。塔设备内装入填料的目的是增加两种介质的接触表面积，从而促进传质过程的进行。良好的填料，应具有下列特性：(1) 单位容积的重量要小(其数值成为容重， 根据填料的堆积方法，即乱堆或整砌而不同)，
24、这样可使塔设备的自重减低，基础的负荷减轻.这一特性常以符号(公斤力/米)表示之。(2) 比表面积要大(其数值也因填料的堆砌方法而不同)，比表面积就是单位体积填料的总表面积，常以a(米/米)表示之.比表面积大即意味着气液的接触表面大，有利于传质的进行;亦即操作时可容许较高的气、液体的流速.但必须注意填料的真正气液接触表面，并不一定与比表面积成正比例，而决定于喷淋液所实际润湿的表面，且也和喷淋液在填料层中的分布有关。(3) 空隙体积要大(其数值也因填料的堆积方法而不同)，空隙体积亦称自由体积，就是单位体积填料中的总空隙量，常以V(米/米)表示之。(4) 要有较高的空隙率。单位体积填料层所具有的空隙
25、体积称为填料的空隙率。以 表示，其单位为 m3/m3 。一般说来，填料的空隙率多在 0.450.95 范围以内。当填料的空隙率较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。(5) 制造容易，价格低廉。(6) 具有化学耐蚀性。(7) 具有足够的机械强度，不易破裂，否则损耗变，检修频繁，增加操作费用。填料的几何特性数据：填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦
26、越低。填料名称特性拉西环填料拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。拉西环的缺点是结构不敞开， 有效空隙率比实际空隙率小得多，故压力降较大；布液能力差，堆放后整个床层不易宜均匀；向壁偏流严重。鲍尔环填料鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，具有生产能力大、阻力低、效率高、操作弹性大
27、等特点。在一般情况下，同样压降时，处理量可以比拉西环大50%以上；同样处理量时，压降可相应降低；传质效率可提高20%左右，故鲍尔环是目前适用于工业大塔的一种良好填料。 阶梯环填料阶梯环是今年来新发展的填料。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。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为
28、目前所使用的环形填料中最为优良的一种。弧鞍填料弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，填料表面不能得以充分利用，在流体力学和传值性能方面均不如弧鞍填料。弧鞍填料强度较差，容易破碎。目前国内这种填料使用较少。矩鞍填料将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀；强度也较好。它的流体阻力小，处理物料能力大，传质效率高，比鲍尔环制造方便， 是一种性能良好的填料。环矩鞍填料
29、环矩鞍填料(国外称为Intalox)是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，是工业应用最为普遍的一种金属散装填料。 共轭环共轭环是华南理工大学开发的一种新型填料，是一种高效散堆填料，这种填料的特点是：在塔内堆放时不会发生沿轴向重叠。其内肋结构呈共轭形状，在塔内堆放时很均匀，故使液体在填料表面上的分布均匀。相邻填料的内肋与表面接触的点多，可以加速液体的聚散和表面更新。以上特点使共轭环对流体的阻力小，而提供气、液相接触的表面大，从而改善了填料的流体力学和传质性质
30、。制造共轭环填料所需金属和塑料用量在相同传质单元高度及塔径下比目前工业上使用的各种国产散堆填料用量少。填料的选择是一个复杂的问题：1）.填料用材的选择：设备操作温度低，塑料能长期操作无变形，体系对塑料无溶胀的情况下可考虑塑料，因其价格低廉，性能良好，有较好的耐腐蚀性。而陶瓷填料一般用于腐蚀性介质，金属填料一般耐高温，但价格昂贵。是水吸收低浓度SO，介质具有轻微腐蚀性，所以本次课程设计用陶瓷填料。2）.填料类型的选择：要在众多的填料中选出最适宜的塔填料，须对这些填料在规定的工艺条件下，做出全面的技术经济评价。因为乱堆填料较规则填料经济，所以本次课程设计采用乱堆填料法。对于不同类型的乱堆填料，同样
31、的尺寸、材质的鲍尔环在同压降、处理量比拉西环达50%以上，效率高出30%以上。但是，本次课程设计的处理量较小，用鲍尔环浪费，所以本次课程设计选用拉西环。3）.填料尺寸的选择：一般来说，填料尺寸小，单位堆积体积的数目增加，填料层的比表面积增大而空隙减小，气体的流动阻力相应增加。实践证明，塔径与材料外径的合适比值有一个限值，瓷拉西环为20-30。拉西环填料是最古老、最典型的一种填料。由于它结构简单，制造容易，价格低廉，性能数据较齐全以及机械强度高，因此，长久以来，尽管它存在严重缺点，但仍受厂家欢迎，沿用至今。综上考虑，本次课程设计用的填料是：瓷拉西环Dg25。其：外径 d=25mm比表面积 at=
32、190(m/m)空隙率 (m/m)堆积密度 =505(kg/m)临界表面张力 L=61(dyn/cm)=6.110 (N/m)湿填料因子 =400 (1/m)四、吸收塔的塔径和压强的计算：1、塔径的计算：液相的质量流速 W=65636.73kg/h气相的质量流速 W=2849.40kg/h气体的密度 G=1.383kg/m液相的密度 L=998.2 kg/m埃克特通用关联图的横坐标X=WW=0.86查乱堆填料塔液泛速度通用关联图，横坐标X=0.86的纵坐标为Y=0.0267纵坐标公式 Y=式中：=400m/m为液体校正系数，水的密度和液体的密度之比将各项数据代入公式经计算，得液泛气速 Vf=0
33、.7m/s实际气速取泛点气速的50%80%，取65%操作气速 V=Vf70%=0.765%=0.455m/s气体处理量 Qv=2060.30（m3/h）=0.5723(m/s)塔径 DT=1.2658m圆整为DT=1.2m则塔截面面积A= =1.1304（m2）由DT=1.2m，计算实际操作的空塔气速：V=0.0.506m/s 安全系数 =0.723=72.3% 范围在50%80%，所以符合要求计算最小喷淋密度，因填料尺寸小于75mm，故取(L)=0.08 m/(mh)L=(L)a=0.08190=15.2m/(mh)操作条件下的喷淋密度为：L=24.02m/(mh) 15.2m/(mh)校核
34、=4830 可以避免避流现象2、压降的计算为求压降，需找出设计气速V下的纵坐标Y现Y与Y的差别仅是气速不同Y= Y()=0.0267()=0.014查关联图Y=0.014， X=0.86，点处得： =392 Pa/m五、吸收塔塔高的计算： h=HOGNOG1、气相总传质单元数：NOG= 由定积分的几何意义，通过图解法求得曲线下的面积。步骤：（1）先求出操作线方程；（2）在y1与y2之间任意取定y值，通过操作线方程得到x；（3）查“H2OSO2在常压20下的平衡数据”得ye ；（4）求出的值。求解过程： (1)低浓度气体吸收的操作线方程：y=x+(y-x) 代入数据得：y=x+(0.00145-
35、0) =40.5165x+0.00145(3) 在y1与y2之间任意取定y值，通过操作线方程得到xx00.00005640.00014050.000281y0.001450.003740.007140.012800.000660.00180.0042689.655324.675179.856116.279x0.0004230.0005640.0008450.001840y0.018590.02430.03570.0760.007630.01120.01850.047491.24176.33658.14034.965(4) 用坐标纸，图解法(以y为横坐标，以为纵坐标，在坐标纸上作图)由定积分的几
36、何意义，得：NOG= =计量小格的数目，不满半格不计，超过半格的按一格计，共4092个格，则可求出NOG =6.138。2、气相总传质单元高度的计算(可通过实际测量和关联式计算等方法实现).(1)传质系数关联式： 恩田模型及修正公式单位不换算成国标单位。在恩田式中：填料的润湿表面积 aw = 有效比表面积 a 式中：填料的润湿表面积 aw =_ m2/m3 填料的比表面积a=190 m2/m3液体的质量流量 L =58065.05 kg/（m2h）填料材质的临界表面张力 L=61dyn/cm (陶瓷)液体的表面张力=73dyn/cm =92.7110kg/h 液体的粘度 uLKg/(mh)重力
37、加速度 g=1.27*108m/h2 代入数据得：=1-exp(-1.45()()()()=0.69a=0.69a=0.69190=131.1m/m(2)气相传质系数公式：式中：气体的质量流量 V=2520.70 kg/(m2/h气体粘度G = 0.0652 kg/(mh)气体扩散系数 DG = 0.0393m2/s 液体扩散系数 DL = m2/sR=8.314kJ/(kmol*K) 气体密度 = 1.383kg/m3温度 T = 298 K 填料的环状修正系数 =1 (拉西环) 代入数据计算得；k=0.237()()()1=0.0312(kmol/mhkpa)(3)液相传质系数公式：式中：
38、液体粘度L = kg/(mh)=0.0095()()()1=0.694当V 50%Vf时，须对上两式求出的kL 、kG进行修正实际气速V=0.506m/s，则V=V=72.3%， V50%Vf ，所以需对kL 、kG进行修正：x=1+9.5(-0.5)=1+9.5(0.723-0.5)=2.198x=1+2.6(-0.5)=1+2.6(0.723-0.5)=1.096所以：ka=xka=1.0960.694131.1=99.718 ka=xka=2.1980.0312131.1=8.991根据=+ 其中代入数据得： =+ 即得ka=1.720H=0.422=0.4226.138=2.590m安
39、全系数为1.31.7，取1.5，则实际填料高度h=1.52.590=3.89m圆整为：h=4m，不需要分层压降P=392kPa/m4m=1568kPa第四部分 填料塔的设计计算一、塔体的组成：填料塔由塔底段、吸收段、塔帽三部分组成。1、塔底段（进气段、贮液槽段）塔底段的主要组件有：进气管、贮液槽、进液管、供水管、放空管、维修人孔、窥视镜（一对）2、吸收段吸收段的主要组件有：支承板、填料、维修人孔、气液再分布器、填料投加口、进液管、布水器、除雾板3、塔帽：排气管二、塔体各部分的设计计算：1、塔底段（进气段、贮液槽段）H1（1）贮液槽：贮液槽的主要作用是贮存吸收液，在吸收液循环的过程中可以起到一个
40、缓冲的作用，使吸收液的流量均匀。在贮液槽中可以对吸收液进行加药，去除吸收液中的二氧化硫，使吸收液可以循环利用。取有效液面高度=700mm（500-1000mm）则贮液槽的容积为：V=1.13040.7=0.8m3（2）进气管：进气管管径的选取，影响到气体进入时的流速，选取较小的管径，气体流速大，不利于气体在气体分布器上的分布；选取较大管径，气体流速较小，有利于气体在塔内的均匀分布，使气液结合充分。一般可将进气管做成斜切口以改善气体分布或采用较大管径使其流速降低，达到气体分布均匀的目的。对于直径1.5米的塔，管的末端可做成向下的喇叭行扩大口。对于更大的塔，应考虑盘管式分布结构。进气管直径 250
41、mm(250-300mm)进气管中心线距支承板下表面距离 350mm进气管中心线距贮液槽液面高度 350mm(300-350mm)进气管口的半径为155mm（3）进液管：进液管中心线与有效液面相平。进液管直径：100mm（中心线与液面持平）（4）设于气液进出口或塔底和塔釜，通过维修人孔可以对塔内进行维修维修人孔直径 500mm（500-600mm） 外部长100mm维修人孔中心线距塔底高度 700mm（5）放空管：通过放空管可以去除操作过程中产生的废渣放空管直径 150mm（100-150mm） 长 100mm（6）窥视孔中心线与有效液面相平，且直径 200mm塔底段总高度为：H1=2200m
42、m2、吸收段：H2（1）支承板：安装在填料层底部；作用是支承填料，并使气流分布均匀，保证足够的开孔率，使气液两相能自由通过；支承板的开孔面积要占总面积的75%，选用塑料覆盖的金属栅格，增强塑性；种类有十字型，栅条型，多孔板升气管式。根据塔径大小，栅板可制成整块式或分块式，对于直径D500毫米的塔，采用整块栅板，对于直径D500毫米的塔，可采用分块式栅板，每块板宽270-390毫米，以便通过塔的入口装卸。D=1200时，分成三块。当用栅板结构不能满足要求时，可采用升气管式支承装置。气体由升气管上升，通过气道顶部的孔及侧面的齿缝进入填料层，而液体则由支承底版上的许多小孔流下，气、液分道而行，彼此很
43、少干扰。本设计采用多梁式搁栅支承板。支承板厚度：100mm 支承板直径：1200(60100）=120060=1140mm栅条厚：6mm 栅条高度：60mm（2）液体分布器：液体分布器安装于填料上部；采用大阻率液体分布器，它可以使吸收液均匀地喷淋在填料上；液体分布器要求吸收液喷淋均匀，而且要防堵，应保证液体分布点的密度及单位面积上的喷淋点的数；液体在填料塔中的均匀分布十分重要，它直接影响填料表面的有效利用率，若液体分布不良，将减少填料的润湿面积，沟流和壁流现象加重，使塔的分离效率下降。为此必须在塔顶采用分布装置对填料层提供良好的液体初始分布。对分布装置的基本要求是：能均匀分布液体，不易堵塞，喷
44、淋时液滴飞溅小。常见的分布器有下列几种：管式 对于小直径填料塔（300毫米以下），往往采用结构简单的管式喷淋装置。常用的有弯管式和缺口式。对直径稍大的填料塔（例如1200毫米以下），可以采用直管多孔或环状分布器。莲蓬式 这种分布器结构较简单，液体分布均匀，一般用于直径在600毫米以下的塔中。其主要缺点是小孔易于堵塞，因而不适于处理污浊液体，操作时液体的压头必须维持在规定值，否则喷洒半径改变，不能保证预定的分布情况。盘式 在分布盘盘底开有筛孔或装有许多直径及高度均相同的溢流短管，前者称为筛孔式，后者称为溢流管式。盘式分布器的制造比较复杂，液体通过时的阻力较小，其分布比较均匀。适用于直径800毫米
45、以上的塔。冲击式 其优点是喷洒半径大（最高时可达3米），液体流量大约为50-200m3/h构造简单，不会堵塞。缺点是改变液体流量或液体压头时，会影响喷洒半径，因此应在操作比较恒定及较小直径下使用。本设计采用盘式液体分布器。布水器直径：1200100=1100mm 进水管直径：100mm（4）除雾器：在填料塔中若气速较大时，在塔顶出塔的气体中带出大量液沫，为了防止这部分液沫出塔，所以要安装除雾器；要求除雾效率高，压降小；常用的有：折流板式，旋流板式，丝网式除雾器；材料有：钢材，金属，尼龙丝，木材；本设计中采用填料除雾器本设计采用填料除雾器。填料高度500mm（5）填料及填料投加口：填料分两段装人填料塔内，填料高度：400mm填料投加口直径：300mm 填料直径：25mm （6）液体分布器距第一层填料层高度500mm 吸收段总高度为6850mm3、塔帽段：H3塔帽自身可以作为破沫空间，防止物料的损失，提高液体的利用率，从而提高塔的效率。塔帽是有钢板压