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1、-大气污染控制工程课程设计 说明书 SO2废气的吸收净化（或处理）设计 选题编号 水吸收 SO2过程填料吸收塔的设计 学 院 国土与环境资源学院 专 业 环境工程 班 级 环工 1401 学生姓名 学 号 电子邮件 联系电话 指导教师 汪怀建、鲁美娟 提交日期 2017 年 6 月 12 日 -目录 一、概述.4 11 项目背景.4 1.1.1 二氧化硫的来源.4 1.1.2 二氧化硫的危害.4 1.2 吸收技术的概况.5 1.3 气候条件.6 概况.6 二、设计依据与排放标准.7 2.1 设计原则.7 2.2 设计依据.7 2.3 设计指标.7 2.4 设计条件.7 三、工艺比选.9 3.1
2、 吸收设备的选择.9 3.2 吸收剂的选择.9 3.3 吸收过程.9 3.4 填料的类型与选择.10 四、设计计算.11 4.1 流程说明.11 4.2 吸收塔的物料衡算确定塔顶、塔底的气液流量和组成.11 4.2.1 液相物性数据.11 4.2.2 气相物性数据.12 4.2.3 气液两相平衡时的数据.12 4.2.4 物料衡算.12 4.3 塔径的计算.13 4.3.1 泛点率校核和填料规格.13 4.3.2 液体喷淋密度校核.14 4.4 填料层高度的计算.14 4.4.1 传质单元数的计算.14 4.4.2 传质单元高度的计算.14 4.4.3 填料层高度的计算.15 4.5 填料层压
3、降计算.16 4.5.1 气体进出口压力降.16 4.5.2 填料压力降.16 4.6 液体分布装置.16 4.6.1 分布点密度及补液孔数的计算.16 4.6.2 塔底液体保持管高度的计算.17 4.7 填料支持装置.17 五、其他辅助设备的计算与选择.18 5.1 吸收塔的主要接管尺寸的计算.18 5.1.1 液体进料接管.18 5.1.2 气体进料接管.18-5.1.3 吸收剂输送管路直径及流速计算.18 5.2 离心泵的计算与选择.19 六、设计一览表.20 七、参考文献.21 八、附录.22 附件图.23 高程图.23 工艺流程图.23 设备图.24 平面布置图.24 -一、概述 1
4、1 项目背景 1.1.1 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，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
5、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。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。1.1.2 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。其浓度与反应关系如下：0.4 毫克/立方米时无不良反应
6、；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，使气管和支气管的管腔缩小，气道阻力增加。上呼吸道对二氧
7、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；严重中毒可在数小时-内发生肺水肿；极高浓度吸入可引
8、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，使二氧化硫氧化为硫酸雾，其刺激作用比二氧化
9、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（0.3-0.5）610，
10、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环境中腐蚀率的 1
11、.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。1.2 吸收技术的概况 在化学工业中，经常需将气体混合物中的个各组分加以分离。气体的吸收是用适当的液体吸收剂与气体混合物接触，吸收器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
12、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。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。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，既取决于气相中该组分的分压，也取决于溶液里该组分的平衡蒸气压。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气压，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。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
13、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，传质速率与越大。吸收技术是从气液两相的平衡关系与传质速率关系着手，利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同的基本原理，最终实现各组分分离的目的。1.3 气候条件 概况：江西地处亚热带季风气候区，四季分明，光照充足，雨量丰沛。春季阴冷多雨，偶有桃花汛；夏季高温多雨，间有台风影响；秋季风和日丽，秋高气爽；冬季湿冷，多偏北大风。年平均气温 11.619.6，无霜期长达 240-307 天，降水季节分配不均，全年降水 50%以上集中在 4-7 月，该时期为江西的雨季。江西地域广，南北跨越 5 个多纬距，东西
14、相隔 5 个多经度，境内东、西、南三面环山，中间丘陵起伏，北部为鄱阳湖及其平原。复杂的地形、地貌分布，使得江西气候资源分布复杂多样：光资源北多南少；热量资源南多北少；水分资源东多西少；风能资源湖区、山区多，其他地区少。全省四季主要特点、气候资源分布如下：春季：受大陆冷高压和南支槽的共同影响，我省多过程性天气，主要的灾害性天气是低温阴雨和强对流。长期低温阴雨会造成烂种烂秧，对早稻播种危害很大，平均约 2 年出现 1 次。夏季：受西太平洋副热带高压控制，晴旱酷热。全省 7 月平均气温除周边地区外，南北各地相差甚小，都在 29.030.0之间，极端最高气温都在 40以上。全年日最高气温35的天数，除
15、鄱阳湖受湖水调节和龙南、全南、定南等地植被条件较好的山区为 1020天外，其他地方都在 20 天以上，赣东北和赣江中游一带多达 4050 天，可算是我国的“火炉”之一。全省多年极端最高气温 31.142.1。秋季：雨季结束之后，西太平洋副高北跳，我省多处太平洋副高脊区之中，使得我省多晴好天气，且湿度较小，主要灾害性天气是干旱与寒露风。冬季：受大陆季风影响，不断有冷空气侵入，特别是鄱阳湖区域为向北开口的盆地，冷空气长驱直入，使北部平原气温显著下降，有时伴有雨雪或冰冻。1 月平均气温为 3.55.0，最低气温较低。赣南盆地因受山脉阻挡，加之位置偏南，冷空气的影响较小，1 月的平均气温为 7.08.
16、0，有的在 8.0以上，但极端最低气温仍可下降至-5左右。全省多年极端最低气温-3.8-16.7.-二、设计依据与排放标准 2.1 设计原则 1、符合当地的经济发展规划；2、项目建设要经济实用；3、项目用材要符合各项标准；4、符合该区的环保要求与环保规划；5、项目实际投产效果要达到各项标准。2.2 设计依据 GB30952012 环境空气质量标准 GB162971996 大气污染物综合排放标准 GWPB 31999 锅炉大气污染物排放标准 GB49151996 水泥厂大气污染物排放标准 GB90781996 工业炉窑大气污染物排放标准 GB161711996 炼焦炉大气污染物排放标准 GB13
17、2231996 火电厂大气污染物排放标准 GB1455493 恶臭污染物排放标准 GB546891 锅炉烟尘测试方法 2.3 设计指标 项目名称 据的标准名称、代号（含年号）监控浓度限值（非最大排放浓度 二氧化硫 环境空气 二氧化硫的测定 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法 GB/T 15262-94 0.007 mg/m3 固定污染源排气中二氧化硫的 测 定 碘 量 法 HJ/T 56-2000 1006000 mg/m3 固定污染源排气中二氧化硫的测定 定电位电解法 HJ/T 57-2000 1514300 mg/m3 2.4 设计条件 生产能力：年处理空气二氧化硫混合气 2.3 万吨（开工率
18、 300 天年）。原料：二氧化硫含量为 5%（摩尔分率，下同）的常温气体（t=20）。分离要求：塔顶二氧化硫含量不高于 0.26%。-塔底二氧化硫含量不低于 0.1%处理量：2500m3/h 的水吸收 SO2 压力：常压 101.325kPa -三、工艺比选 3.1 吸收设备的选择 低浓度气体吸收为对象。板式塔：气液两相在塔内逐级接触 填料塔：气液两相在塔内连续接触 对吸收设备的基本要求：（1）气液之间有较大的接触面积和一定的接触时间（2）气液之间扰动强烈，吸收阻力小，吸收效率高（3）操作稳定，并有合适的操作弹性（4）气流通过时的压降小（5）结构简单，制作维修方便，造价低廉（6）针对具体情况，
19、要求具有抗腐和防堵能力 最常用的是填料塔，其次是板式塔，此外还有喷洒塔和文丘里吸收器。本设计采用填料塔。3.2 吸收剂的选择 对吸收剂的选择（1）对溶质由较大的溶解度，溶解度大，溶剂用量小，溶剂再生费用下降；溶解度大，对一定的液气比，吸收推动力大，吸收传质速度大，完成一定的传质任务所需要的设备尺寸小。（2）良好的选择性，即对待吸收组分溶解度大，其余组分溶解度小（3）稳定不易挥发，以减少溶剂损失（4）黏度低，有利于气液接触与分散，提高吸收速率（5）无毒，腐蚀性小，不易燃，价廉等 本设计采用水作为吸收剂，二氧化硫作为溶质。3.3 吸收过程 吸收流程有：（一）一步吸收流程和两部吸收流程 一步流程一般
20、用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以考虑采用两步吸收流程。（二）单塔吸收流程和多塔吸收流程 单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程，如过程无特别需要，则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高，使用单塔操作时，所需要的塔体过高，或采用两步吸收流程时，则需要采用多塔流程（通常是双塔吸收流程）-（三）逆流吸收与并流吸收 吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高（具有多个理论
21、级的分离能力）的显着优点而 广泛应用。工程上，如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶剂循环吸收流程 由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，当液相喷淋量过小时，将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善塔的操作条件。本设计采用单塔逆流操作。3.4 填料的类型与选择 填料是填料塔中传质元件，它可以有各种不同的分类：如按性能分为通用填料和高效填料；按形状分为颗粒型填料和规整填料。填料品种很多，最古老的填料是拉西环；在国外被认为较为理想的是鲍尔环，矩鞍填料和波纹填料等工业填料，现经测试验证，已被
22、推荐为我国今后推广使用的通用型填料，填料的材质可为金属、陶瓷或塑料。各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时，应该考虑如下几个问题：(1)选择填料材质 选择填料材质应根据吸收系统的介质以及操作温度而定，一般情况下，可以选用塑料，金属，陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不锈钢等，对于温度较高的情况，应考虑材料的耐温性能。(2)填料类型的选择 填料类型的选择是一个比较复杂的问题。一般来说，同一类填料塔中，比表面积大的填料虽然具有较高的分离效率，但是由于在同样的处理量下，所需要的塔径较大，塔体造价
23、升高。(3)填料尺寸的选择 实践表明，填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。一般来说，填料尺寸大，成本低，处理量大，但是效率低，使用大于 50mm 的填料，其成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔经常使用 50mm 的填料。但在大塔中使用小于 2025mm 填料时，效率并没有较明显的提高，一般情况下，可以按表选择填料尺寸。因此对于水吸收 S02 的过程、操作、温度及操作压力较低，工业上通常选用所了散装填料。在所了散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用塑料阶梯环填料。-四、设计计算 4.1 流程说明
24、 吸收 SO2 的流程包括吸收和解吸两大部分。混合气体冷却至 20 下进入吸收塔底部，水从塔顶淋下，塔内装有填料以扩大气液接触面积。在气体与液体接触的过程中，气体中的SO2 溶解于水，使离开吸收塔顶的气体二氧化硫含量降低至允许值，而溶有较多二氧化硫的液体由吸收塔底排出。为了回收二氧化硫并再次利用水，需要将水和二氧化硫分离开，称为溶剂的再生。解吸是溶剂再生的一种方法，含二氧化硫的水溶液经过加热后送入解吸塔，与上升的过热蒸汽接触，二氧化硫从液相中解吸至气相。二氧化硫被解吸后，水溶剂得到再生，经过冷却后再重新作为吸收剂送入吸收塔循环使用。4.2 吸收塔的物料衡算确定塔顶、塔底的气液流量和组成 4.2
25、.1 液相物性数据 对于低浓度的吸收过程，溶液的物性数据可以近似取纯水的物性数据 20时水的有关物性数据如下：密度L=998.2(kg/m3)粘度L=0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)表面张力L=72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)-SO2 在水中的扩散系数 DL=1.4710-5(2/s)=5.2910-6(m2/h)4.2.2 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 Mvm=0.0564.06+0.9529=30.75 混合气体的平均密度为=101.3 30.758.314 （273+20）=1.278 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的 20
26、 C空气的粘度为=1.81 105(Pa s)=0.065kg/()SO 在空气中的扩散系数为=0.108 104=0.392 4.2.3 气液两相平衡时的数据 常压下 202SO 在水中的亨利系数为 E=3.5510KPa 相平衡常数为m=3.5510101.325=35.04 溶解度系数为 H=998.23.5510318.02=0.0156kmol/(kPa m)4.2.4 物料衡算 因为公式 GB（Y1-Y2）=Ls(X1-X2)无论是低浓度吸收还是高浓度吸收均适用，故物料衡算利用此式。（以下计算过程分别以 G 和 L 表示 GB 和 Ls）进塔气相摩尔比为Y=1=0.00510.00
27、5=0.0526 出塔气相摩尔比为Y=Y(1)=0.0526 (1 0.95)=0.00263 进塔惰性气相流量为G=2500273(10.05)22.4293=98.79 该吸收过程属于低浓度吸收，平衡曲线可近似为直线，最小液气比可按下式计算，即()=1Y12 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 X2=0()=0.0526 0.002630.0526 35,040=33.29 取操作液气比=1.5()=1.5 33.29=49.935 L=49.9398.79=4932.58(kmol/h)GB（Y1-Y2）=Ls(X1-X2)-1=98.79 (0.0526 0.00263)493258=
28、0.001 4.3 塔径的计算 采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 WL=4932.5818.02=88885.09kg/h 气相质量流量为 WG=25001.278=3195kg/h Eckert 通用关联图的横坐标为()0.5=88885.093195(1.278998.2)0.5=0.995 查 Eckert 通用关联图得 20.2=0.021 式中：uF：泛点气速 m/s g：重力加速度 9.81m/s2 G，L：气相，液相密度 kg/m3 ：液体粘度 mPas ：试验填料因子，m-1；:水密度与液体密度之比:（此处为 1）本次设计选用的
29、是塑料阶梯环类型填料。查资料的。其填料因子=170 m-1 泛点气速：对于散装填料，泛点率的经验值为=0.50.85，泛点率的选择，对于加压操作，选择较高的泛点率，减压操作选择较低的泛点率，此处取 u=0.8=0.8 0.9458=0.757 D=4=4 2500 36003.14 0.757=1.169 圆整塔径 D 取 1200mm。4.3.1 泛点率校核和填料规格 泛点率校核u=(2500 36000.7851.22)=0.614 =0.6140.9485 100%=64.92%(在允许范围内)填料规格校核 阶梯环的径比要求：8 有=120038=31.58 8既符合要求-4.3.2 液
30、体喷淋密度校核 取最小润湿速率为：()min=0.083m h a=132.5/m=()min=0.08 132.5=10.63()U=88885.09 998.20.785 1.22=78.77 故满足最小喷淋密度的要求.经以上校核可知，填料塔直径选用 D=1200mm 合理。4.4 填料层高度的计算 4.4.1 传质单元数的计算 1=1=35.04 0.001=0.03504 2=2=0 解吸因数为S=35.0498.794932.58=0.7018 气相总传质单元数为 4.4.2 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 查表(常见材质的临界表面张力值)=33=42
31、7680 =72.67=941803 液体质量通量为=42=88885.090.7851.22=7631.54(2)=0.611=0.611=132.5 0.611=80.9623 气体质量通量为=42=25001.2780.7851.22=2826.43(2)-查资料得，对于阶梯填料，h/D=815,hmax 6m 取 h/D=8,则 H=8*1200=9600mm 计算的填料高度为 5500mm，故不需要分段。4.5 填料层压降计算 4.5.1 气体进出口压力降 由后面主要接管尺寸计算可知，气体的进出口接管内径为 254mm。则气体的进出口流速为：u=250036000.7850.2542
32、=13.71 则进口1=0.52=0.5 1.278 13.712=120.11Pa(突然夸大=1)出口2=0.5 0.52=0.5 0.5 1.278 13.712=60.05Pa（突然缩小=0.5）4.5.2 填料压力降 气体通过填料层的压力降采用 Eckert 关联图计算，有前面计算可知 其中横坐标为()0.5=0.995 查散装填料压降填料因子平均值得P=116m-1 纵坐标为20.2=0.0057 查 Eckert 关联图得3=13 9.81=127.53 所以填料层压力降3=127.53 5.5=70142Pa 其它塔内间的压力降较小,因此可忽略，于是得到吸收塔的总压力降为 =1+
33、2+3=120.11+60.05+70142=88158 4.6 液体分布装置 液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。由上述计算知，本次设计的填料层不需要分段,故不需要安装液体再分布器。4.6.1 分布点密度及补液孔数的计算 按照 Eckert 建议值，D1200mm 时，喷淋点密度为 42 点/m2,因为该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为 120 点/m2。布液点数为 N=0.7851.22 120=135.6136 点 按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设七道，槽侧面开孔，槽宽度为 80mm,
34、槽高度为 210mm,两槽中心矩为 160mm,分布点采用三角形排列。实际设计布点数为 n=132 点。布液计算-由L=4022 L:液体流量 m3/s n:开孔数目 :孔流系数，取 0.550.60 d0:孔径，m :开孔上方的液位高度，m 取=0.60，=160mm 0=4 88885.09998.2 3600 3.14 132 0.6 2 9.81 0.16=0.015 设计取0=15mm 4.6.2 塔底液体保持管高度的计算 取布液孔的直径为 15mm，则液位保持管中的液位高度可由公式：L=4022得，即：h=(42)22:式中：d：布液孔直径，m L：液体流率，m3/s n：布液孔数
35、 k：孔流系数 h：液体高度 g：重力加速度，m/s2 k 值由小孔液体流动雷诺数决定,可取 k=0.600.62，因此，取 k=0.60 h=(42)22=（4 88885.09998.2 3600 3.14 132 0.0152 0.6）2（2 9.81）=0.1594m 根据经验，则液位保持管高度为：H=1.15h=1.15 0.1594=0.1833m 4.7 填料支持装置 填料支撑板的作用是支撑塔内的填料。常用的填料支撑装置由栅板型，孔管型，驼峰型等。对于散装填料，通常选用孔管型，驼峰型支撑装置；设计中，为防止在填料支撑装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支撑装置的自由截面积应大于
36、75%。本次设计选用驼峰型支撑装置 -五、其他辅助设备的计算与选择 5.1 吸收塔的主要接管尺寸的计算 本设计中填料塔有多处接管，但主要的是气体和液体的进料口和出料口接管。在此分别以液体进料管和气体进料管的管径计算为例进行说明。气体和液体在管道中流速的选择原则为：常压塔气体进出口管气速可取 1020m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取 0.81.5m/s（必要时可加大些）。5.1.1 液体进料接管 进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T 型进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下 取 u液=1.2m/s 设计取进料管管内径1=4液=488885.09998.23600
37、3.141.2=0.162m 查 输送流体用地缝钢管：GB8163-20083 可知，可选用热轧无缝钢管管径为194mm10mm。则实际管内径为 174mm.实际通过液体接管的液速为：液=42=4 88885.09998.2 3600 3.14 0.1742=1.041 5.1.2 气体进料接管 采用直管进料。取气速 u气=18.0m/s 设计取进料管管径2=4气=4250036003.1418.0=0.222 所以查输送流体用地缝钢管：GB8163-20083可知取管径为273mm9.5mm 实际管内径为 254mm，则实际通过气体接管的气速为：气=42=4 25003600 3.14 0.
38、2542=13.71 5.1.3 吸收剂输送管路直径及流速计算 根据管材规范，选择159mm7mm 型的热轧无缝管道，其内径为 145mm，其实际流速为：u=4 88885.09998.2 3600 3.14 0.1452=1.50 -5.2 离心泵的计算与选择（1）流量Q=88885.09998.2=89.0453 （2）流量所需的扬程H=Z+22+1+2 式中 Z两截面处位头差；两截面处静压头之差；22 两截面处动压头之差；1直管阻力；2管件、阀门局部阻力；根据前面设计资料对上述公式各项进行估算：Re=du=0.1451.50998.20.001=2162435 4000(湍流)利用柏拉修
39、斯关系式有：=0.3164Re0.25=0.316421624350.25=0.0147 根据填料塔高及泵的大体位置，管路长取 13 米 1=22=0.014713 1.520.145 2 9.81=0.151 选用三个 90。弯头，三个截止阀全开 2=22=(0.75 3+6.4 3)1.522 9.81=2.46 H=Z+22+1+2=9.3+88885.09998.2 9.81+0+0.151+2.46=12001 考虑到安全系数，查得流量的安全系数为 1.1，扬程的安全系数为 1.051.1 Q=1.1Q=1.1 89.045=97.953 H=1.5H=1.05 12.001=12.
40、6m 因为该吸收以清水为吸收剂，选用离心泵型号为：IS125-100-200 单级单吸离心泵，其性能参数如下 转速（r/min）流量 m3/h 扬程 H/m 效率/%功率/kW 必 需 汽 蚀余量(NPSH)r/m 1450 100 12.5 76 轴功率 电机功率 2.5 4.48 7.5 -六、设计一览表 基础物性数据和物料衡算结果汇总：项目 符号 数值与计量单位 吸收剂（水）的密度 L 998.2(kg/m3)溶剂的粘度 L 0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)溶剂表面张力 L 72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)二氧化硫在水中扩散系数 DL 1.471
41、0-5(2/s)=5.2910-6(m2/h)混合气体的平均摩尔质量 MG 30.75molg 混合气体的平均密度 G 1.2783mkg 二氧化硫在空气中扩散系数 DG 0.10810-4(m2/s)=0.039(m2/h)亨利系数 E 3.55103 KPa;气液相平衡常数 m 35.04 溶解度系数 H 0.0156 kmol/(m.KPa);二氧化硫进塔摩尔比 Y1 0.0526 二氧化硫出塔摩尔比 Y2 0.00263 惰性气体摩尔流量 G 98.79 kmol/h 吸收剂摩尔流量 L 4932.58 kmol/h 液相进口摩尔比 X2 0 液相出口摩尔比 X1 0.001 下标 L
42、液相的 G气相的 S混合气流量 G混合气质量流量 x溶质在液相中的摩尔分率 无因次 X溶质在液相中的摩尔比 无因次 y溶质在气相中的摩尔分率 无因次 Y溶质在气相中的摩尔比 无因次 Z填料层高度 Z填料高度 m -七、参考文献 1王国胜主编.化工原理课程设计第二版.大连：大连理工大学出版社，2006.8 2陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编.化工原理下册第三版.北京：化学工业出版社,2006.5 3吉林化学工业公司设计院，化学工业部化工设计公司主编.化工工艺算图第一册常用物料物性 数据.北京：化学工业出版社,1982.10 4贾绍义，柴诚敬主编.化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）.天津:天津大学出版社，2002.8 4陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编.化工原理上册第三版.北京：化学工业出版社,2006.5 5输送流体用地缝钢管：GB8163-20083 6厉玉鸣主编.化工仪表及自动化第四版.北京：化学工业出版社，2010.7 -附件图 高程图 工艺流程图 -设备图 平面布置图