1 吸收塔
据国家环境监测部门的统计,1998年我国排放至大气中的SO2已达20.91Mt,随着国民经济的进一步发展,SO2排放量还将进一步增加,其危害将更为严重。因此,如何控制和治理SO2污染,是我国当前和今后一段时间内亟待解决的主要大气环境问题。
我国主要的SO2污染源可归纳为三个方面:a硫酸厂尾气中排放的SO2，这部分SO2主要是因为硫酸厂转化率不高并且尾气处理不力,或跑冒滴漏严重所造成的.b 有色金属冶炼过程排放的SO2，有色金属,如铜、铅、锌、钴、镍、金、银等,都是硫化矿,在冶炼过程中排放出大量的SO2,由于受冶炼技术的限制,一部分烟气SO2浓度较低,不能直接用于制造硫酸,所以形成SO2污染。c 燃煤烟气中的SO2，我国是以煤炭为主要能源的国家,煤炭产量居世界第一位,而且我国煤炭多为高硫煤W(s）> 25%。在全国煤炭的消费中,占总量约84%的煤炭被直接燃用,燃烧过程中排出大量的SO2,给许多地区和城市造成严重的大气污染。燃煤排放的SO2形成酸雨,使我国成为三大酸雨区之首,而且其范围扩大之势、危害加剧程度不减。目前西南、华南、华东、华中、华北五个酸雨区面积已占国土面积的29% ,酸雨对人体健康和建筑物、湖泊、生态环境造成极大的危害, 其直接经济损失已超过上千亿元。由此看来,燃煤烟气中的SO2是我国目前最主要的SO2污染源, 其量大面广,治理难度最大https://www.doczj.com/doc/7310604304.html,/search.asp。
据统计全国因二氧化硫和酸雨污染所造成的损失每年起过1100 亿元, 即每吨二氧化硫可造成5000 元的损失。因此防治燃煤二氧化硫污染是当前一项重要和迫切的工作。要控制二氧化硫的污染和危害，就要从节能降耗技术政策调控,煤矿洗煤脱硫、燃烧脱硫和烟气脱硫这煤炭使用过程的三大环节探讨有效防治燃煤产生的二氧化硫污染的措施和途径。SO2既是污染环境的罪魁祸首,又是宝贵的硫资源。我国是一个缺硫的国家, 因为硫资源不足, 影响了磷肥的生产,致使化肥氮磷比例严重失调,影响农业的增产。如果我国在治理SO2污染的同时能回收一部分硫资源,则可在很大程度上缓解我国目前硫资源紧张的局面,可谓一举两得[1]。
要实现酸雨和二氧化硫污染控制目标，关键是加快国产脱硫技术和设备的研究、开发、推广和应用。目前控制燃煤二氧化硫污染技术可分为四类，既燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后烟气脱硫以及煤转化过程中脱硫，其中烟气脱硫仍被认为是控制二氧化硫污染最行之有效的途径。烟气脱硫是世界上唯一大规模商业
化应用的脱硫方法，是控制酸雨和二氧化硫污染行之有效的技术手段。根据烟气中二氧
化硫含量的不同，分为高浓度二氧化硫烟气（φSO2 7%-20%）和低浓度二氧化硫烟气（φSO2 0.5%-5%）两种，它们是制取硫酸和回收硫资源的重要原料。对φSO223.5%以上烟气，可采用一转一吸技术，从烟气中回收二氧化硫制取硫酸；对7%~12%的烟气，可以采用两转两吸技术，从烟气中回收二氧化硫制取硫酸；对20%左右的富氧烟气，国内提出了三转三吸的工艺技术；对1%- 4%的冶炼烟气，已成功地开发出非稳态二氧化硫转化技术，从烟气中回收二氧化硫制取硫酸。对< 0.5%烟气的脱技术方法可分为湿法、干法两大类，也有专家把介于两者直接的半干法也为一大类分类简述如下。
1.1 湿法脱硫
湿法烟气脱硫是指应用液体吸收剂，洗涤含二氧化硫烟气脱除烟气中的二氧化硫。湿法脱硫工艺应用最多，主要有以下几种方法：（1）石灰石（石灰）—石膏法石灰石（石灰）—石膏法是目前世界上技术最成熟，实用业绩最多，运行状况最稳定的脱硫工艺,其突出的优点是：①脱硫效率高（有的装置Ca/S= 1 时，脱硫效率大于90%）；②吸收剂利用率高，可大于90%；③设备运转率高（可达90%以上）。该法已有近三十年的运行经验，石膏副产品可回收利用，亦可抛弃处置。（2）其他碱性溶液法其他碱性溶液法主要有钠碱法、氨碱法、双碱法、氢氧化镁法等。氨碱法：用氨水或亚硫酸铵溶液作吸收剂，吸收二氧化硫后形成亚硫酸铵—亚硫酸氢铵。将洗涤后的吸收液用酸分解（即酸化），得到二氧化硫和相应的铵盐，这就是氨—酸法；将吸收液直接加工成亚硫酸铵产品，代替烧碱用于造纸行业，这就是氨—亚硫酸铵法。中国是一个粮食大国，也是化肥大国，氨碱法的产品本身是化肥，具有很好的应用价值。氨碱法脱硫率较高，采用两段吸收时，可使尾气中二氧化硫比降至百万分之一以下。双碱法：将钠碱溶液或氨碱溶液吸收二氧化硫，所生成的溶液再次与碱（石灰乳或石灰石粉）反应，使所吸收的二氧化硫转化为不溶的CaSO4，并使吸收液再生。此法用廉价的石灰石来处理烟气，即经济又可避免湿式石灰- 石灰石法中出现的堵塞问题。（3）海水吸收法海水吸收法利用海水为脱硫剂，吸收二氧化硫。工艺和流程比较简单，主要由喷淋吸收塔和曝气池两大部分组成。烟气先在喷淋吸收塔内与海水反应，然后在曝气池中使海水得以恢复。此工艺无需脱硫剂的制备、添加，系统可靠，无废水、废料处理问题，具有投资少，运行费用低、脱硫率高等优点，其工艺主要有海水输送系统、烟气系统，二氧化硫吸收系统和海水水质恢复系统四大部分组成，受到各国的重视。（4）再生吸收法：再生吸收法是把吸收后的吸收液经热再生后返回吸收过程循环使用的方法，再生出来的浓二氧化硫气体可加工成液体二
氧化硫、硫磺或硫酸等，如亚硫酸钠法、碱式硫酸铝法、柠檬酸盐法等。这类方法在治理二氧化硫污染的同时，又达到了资源综合利用的目的，是很有推广应用前途的方法。
1.2 干法脱硫
干法脱硫的工艺特点是：反应在无液相介入的完全干燥的状态下进行，反应产物亦为干粉状。目前，工业化应用的主要有荷电干式喷射脱硫法和等离子体法。（1）荷电干式喷射脱硫法：荷电干式喷射脱硫法是一种新型干法脱硫技术，其核心是吸收剂｛通常为Ca（OH）2粉末｝以高速通过高压静电电晕充电区，得到强大的静电荷（负电荷）后，被喷射到烟气流中，扩散形成均匀的悬浊状态。吸收剂粒子表面充分暴露，增加了与SO2反应的机会，同时由于粒子表面的电晕增强了其活性，缩短了反应时间，有效提高了脱硫效率，其脱硫率一般在70%以上。（2）等离子体法：等离子体法中利用高能电子使烟气中的SO2、NO x、H2O、O2等分子被激活、电离甚至裂解，产生大量离子及自由基等活性粒子，由于它们的强氧化性，使SO2、NO x被氧化，在注入氨的情况下，生成硫铵和硝铵化肥。根据高能电子的来源可分为电子束法和脉冲电晕等离子体法。电子束法：是一种不产生二次污染并能实现资源综合利用、竞争力的脱硫技术。它的主要特点是：①工艺简单，可以同时高效脱硫和脱氮；②整个脱硫过程不需要废水处理；③反应副产品为硫酸铵和硝酸铵，它是生产复合化肥的原料；④处理后烟气可直接排放；⑤投资和运行费用低。脉冲电晕法：是从电子束烟气脱硫技术发展而来的，它是利用高能电子性能进行的SO2脱除。从机理上看，脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体，产生高能电子，这些高能电子可电离、裂解烟气中的H2O和O2等，产生大量的氧化活性粒子，活性粒子与SO2分子经过一系列复杂的化学反应生成SO2，并很快与烟气中的水反应生成硫酸。在添加氨的条件下，生成硫酸铵，由收集器收集作为优质化肥于脉冲电晕放电法只需提高电子温度而不必提高离子温度，故能量效率比电子束法提高2 倍该反应在普通反应器中就能进行而不需昂贵的电子加速器，故其投资费用仅是电子束法的60%[2]。
燃烧后脱硫, 即烟气脱硫是控制二氧化硫污染的主要技术手段是目前世界上公认的最经济、最行之有效的方法, 也是目前世界上唯一大规模由于湿法脱硫技术成熟，商业化应用的脱硫方式。所以本课程设计设计用水在吸收塔内吸收低浓度的二氧化硫，吸收塔寿命长，水的成本低，所以综合考虑，在现有和经济投入较少的基础上,本方法可以取得较好的效果。
2 设计方案
2.1吸收剂的选择
吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的。因此，吸收剂性能的优劣，往往成为决定吸收操作效果是否良好的关键，在选择吸收剂时，应考虑以下几个方面的问题。
1 溶解度：吸收剂对于溶质组分应具有较大的溶解度，这样可以提高吸收速率并减小吸收剂的耗用量。当吸收剂与溶质组分间有化学反应发生时，溶解度可以大大提高，但若要循环使用吸收剂，则化学反应必须是可逆的；对于物理吸收也应选择其溶解度随着操作条件改变而有显著差异的吸收剂，以便回收。
2 选择性：吸收剂要在对溶质组分有良好吸收能力的同时，对混合气体中的其他组分却基本上不吸收或吸收甚微，否则不能实现有效的分离。
3 挥发度：操作温度下，吸收剂的蒸气压要低，因为离开吸收设备的气体往往为吸收剂蒸气所饱和，吸收剂的挥发度愈高，其损失量便愈大。
4 黏性：操作温度下吸收剂的黏度要低，这样可以改善吸收塔内的流动状况从而提高吸收速率，且有助于降低泵的功耗，还能减小传热阻力。
5 其他：所选用的吸收剂还应尽可能无毒性，无腐蚀性，不易燃，不发泡，冰点低，价廉易得，并具有化学稳定性。
综合考虑以上几点要求，我们选择清水作为吸收剂。
2.2装置流程的选择
吸收装置的流程主要有逆流，并流，吸收剂部分再循环，多塔并联，串联-并联混合操作等方式。逆流操作是指气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出。气、液两相均从塔顶流向塔底的操作为并流操作。在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排除液体的液体的一部分冷却后补充的新鲜吸收剂一同送回塔内的操作为部分再循环操作。若设计的填料高度过大，或由于所处理物料等原因需经常清理填料，为方便维修，可以把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等的操作为多塔串联操作。考虑到逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。从传质的效率等因素综合考虑，
本吸收操作选择单塔逆流吸收。即二氧化硫和空气混合气从填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶留下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排出，吸收了二氧化硫的水，由填料塔的下端流出。
2.3操作温度与压力的选择
2.3.1操作温度的选择
由吸收过程的汽液平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度，即低温有利于吸收，但操作温度的低限应由吸收系统的具体情况决定。
2.3.2压力的选择
由吸收过程的汽液平衡关系可知，压力升高可增加溶质组分的容解度，即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加，因此需结合具体工艺条件综合考虑，以确定操作压力。
本次吸收已经规定在常温常压下进行。
2.4填料的选择
塔填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的重要因素。填料塔对填料的要求具体表现在以下几个方面：
2.4.1填料选择的要求
（1）比表面积大，（2）能提供大的流体通量,（3）液体的再分布性能要好(4)要有足够的机械强度，尤其是非金属填料,（5）价格低廉。
2.4.1 填料种类的选取
填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。按结构特点不同分类，散装填料有：拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍填料、矩鞍填料、环矩鞍填料等。规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，规整填料根据其几何结构可分为格栅填料、波纹
填料、脉冲填料等，工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料。
对于水吸收二氧化硫的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在此次设计过程中，暂定选用外径38mm的塑料鲍尔环和外径38mm的塑料阶梯环，在以后的计算过程中进行比较，将其劣者淘汰。所选择的两种填料的比较如下表：
表2.1 所选填料常见性能参数
填料名称公称直径（/mm）孔隙率(/%) 比表面积(m2/m3)干填料因子（m-1）塑料阶梯环38 0.91 132.5 175.8
塑料鲍尔环38 0.89 155 220
第三章 填料塔工艺尺寸的计算
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，C 20?时水的有关物性数据如下：
密度为3L m /kg 2.998=ρ
黏度为()h m /kg 6.3s Pa 001.0L ?=?=μ
表面张力为2L h /kg 940896cm /dyn 6.72==σ
2SO 在水中的扩散系数为h m s cm /1029.5/1047.1D 2625L --?=?=
3.1.2气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为：
4.302996.006.6404.0M y M i i V m =?+?==∑
混合气体的平均密度为：
()
3
V /243.1298314.84.303.101m kg RT M Vm m =??=P =ρ 混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查手册得C 20?空气的黏度为：
()h m kg s Pa V ?=??=-/065.01081.15μ
查手册得2SO 在空气中的扩散系数为：
3.1.3气液相平衡数据
由手册查得，常压下C 20?时2SO 在水中的亨利系数为：
kPa 1055.33?=E
相平衡常数为：
04.353.1011055.3m 3
=?=P E =
溶解度系数为：
-62L =5.310/D m s ?()[]
33/0156.002.181055.32.998m kPa kmol EM s L
?=??==H ρ
表3.1 基本物性数据表
3.2 物料衡算
进塔气相摩尔比为：
0417.004
.0104.01y Y 111=-=-=
y 出塔气相摩尔比为： ()()00209.095.010417.01Y Y A 12=-?=-=φ
进塔惰性气相流量为：
kmol/h 05.15704.0125
2732734.224000V =-?+?=
）（ 该吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即： 2
121min /L X m Y Y Y V --=??? ?? 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：
液相物性数据
气相物性数据 气液平衡数据（200C ） 密度3998.2/L kg m ρ=
平均密度3Vm m /kg 243.1=ρ 溶解度系：H=0.0156 黏度）（h m /kg 6.3L ?=μ 黏度 0.0652/()kg m h υμ=? 亨利系数：E=3550kpa
表面张力2L h /kg 940896=σ
摩尔质量 4.30M Vm =g/mol 相平衡常数：m=35.04 扩散系数-62L =5.310/D m s ?
0X 2=
29.33004.35/0417.000209.00417.0V L min
=--=??? ?? 取操作液气比为： m i n
V L 4.1V L ??? ??= 61.4629.334.1V
L =?= ()()2121X X L Y Y V -=-
()00085.07320
00209.00417.005.157X 1=-= 3.3 填料塔的工艺尺寸的计算
3.3.1塔径计算
气相质量流量为：
h /kg 4972243.14000w V =?=
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即:
h kg L /4.13190602.187320w =?=
表3.2气液数据表
1
混合气体平均摩尔质量M Vm 30.4(g/mol) 2
平均密度vm ρ 1.243(kg/m 3) 3
进塔的气相摩尔比Y 1 0.0417 4
出塔的气相摩尔比Y 2 0.00209 5
进塔惰性气体流量V 157.05kmol/h 6
最小液气比（L/V ）min 33.29 7
液体摩尔流量L 7320kmol/h 8
气相质量流量W v 4972(kg/h) 9 液相质量流量W L 131906.4(kg/h)
Eckert 通用关联图的横坐标为：
936.02.998243.149724.131906w w 5.05.0V L
=??? ??=???? ??L V ρρ
查图4—5Eckert 通用关联]3[图得：
022.0g 2V
F 2
F u =μρρψφL L
查表4—4散装填料泛点填料因子平均]4[值得：
1F m 170-=φ
)/(010.11
243.111702.99881.9022.0022.0u 2.02L s m g V F L
F =?????==μψρφρ s /m 707.001.17.0u 7.0u F =?==
415.1707
.014.33600/40004V 4D s =??==u πm 圆整塔径，取D=1.6m 。
泛点效率校核： ）（s /m 553.06.1785.03600/4000u 2
=?= ）范围为（在允许范围内，允许8.0~5.05475.001
.1553.0u u F == 填料规格校核：
811.4238
1600d D >== 液体喷淋密度校核，取最小湿润速率为：
()h m /m 08.0L 3min w ?=
查填料手]5[册得：
32/5.132a m m t =
()h m /m 6.105.13208.0a L U 23t min w min ?=?==
min 2
U 76.656.1785.02.998/4.131906U >=?= 经以上校核可知，填料塔直径可选用D=1600mm 合理
3.3.2填料层高度计算：
0298.000085.004.35m Y 1*1=?==X
0004.35Y 2*
2=?==mX 脱吸因数为： 752.07320
05.15704.35S =?==
L mV 气相总传质单元数为： ])1ln[(S -11N 22*21OG
S Y Y Y Y S +---=* 018.7]752.00
00209.000417.0)752.01ln[(0.752-11=+--?-=
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 L L t L L t L L c t W a U g a U a U a a σρρμσσ---= 查表4—6常见材质的临界表面张[6]力得：
)/(427680/332h kg cm dyn c ==σ
液体质量通量为： h)]g/(m 65638.14[k 1.6
0.785131906.4U 22L ?=?= 543.0})5
.1329408962.99814.65638()1027.12.9985.13214.65638()6.35.13214.65638()940896427680(45.1exp{12.0205.08
221.075.0=??????????--=-t W a a 气膜吸收系数由下式计算： )()()(
237.03/17.0RT D a D a U k V t V V V V t V G ρμμ= 气体质量通量为： )]/([2474.121.6
0.7851.2434000U 22V h m kg ?=??=
)293
314.8039.05.132()039.0243.1065.0()065.05.13214.2474(237.03/17.0???????=G k kPa)]h l/(m 0.0292[kmo 2??=
液膜吸收系数由下式计算：
3/12/13/2)()()(0095.0L
L L L L L W L L g D a U k ρμρμμ-= (3.32) 1/381/2-6-2/3)998.2
101.273.6()105.29998.23.6()3.6132.50.54365638.14(0.0095?????????= h m /1.12
3= 由 1.1ψ=W G G a k a k ，查表4-7常见填料的形状系]7[数得：
45.1=ψ
则 1.1ψ=W G G a k a k
)/(162.345.15.132543.00292.031.1kPa h m kmol ??=???=
4.0ψ=W L L a k a k
）（L/h 744.9345.15.132543.0123.14.0=???= 5.05475.0>=F
u u 由 a k u u a k G F
G ])5.0(5.91[4.1-+=' a k u u a L F L ])5.0(
6.21[k 2.2-+=' 得： )]/([584.3162.3])5.05475.0(5.91[34.1kPa h m kmol a k G ??=?-?+='
)/(043
.94744.93])5.05475.0(6.21[k 2.2h L a L =?-?+=' )/([041.1043.940156.01584.311111
K 3G kPa h m km ol a k H a k a L G ??=?+='+'=
由
2Y OG D a K V H aP K V G =Ω=
0.741(m )1.6
0.785101.31.041157.052=???= 由： ）
（m 5.2017.0180.741N H Z O G O G =?== 得： 6.2415.2011.2Z =?='(m )
设计取填料层高度为：
m 7Z ='
查表4—9散装填料分段高度推荐]8[值 对阶梯环填料：
8=D h ～15 m 6h max ≤ 取 8=D
h ，则： 1280016008h =?=
计算得填料层高度为7m ,故需要分段，分两段，每层3.5m 。
3.4填料层压降计算
采用Eckert 通用关联图计算填料层压降
横坐标为： 936.0)2
.998243.1(49724.131906)(5.05.0=?=L V V L ρρωω 查表4—11散装填料压降填料因子平均]9[值得 ：
m p /116=Φ
纵坐标为： 0045.012
.998243.181.91116553.02.022.02=????=ΦL L V p g u μρρψ 查Eckert 通用关联图得 ： Pa Z P 1.9881.910=?=?/m
填料层压降为：
Pa P 7.68671.98=?=?
4 填料吸收塔的附属设备
4.1 液体分布器简要设计
液体初始分布器设置于填料塔内填料层的顶部,用于将塔顶液体均匀分布在填料表面上。
4.1.1 液体分布器设计要求
对液体分布器设计，一般要求：（1）液体分布要均匀；（2）自由界面率要大：（3）操作弹性要大；（4）不易阻塞，不易起雾沫夹带；（5）课用多种材料制作，且制造安装方便，容易调整水平。综上所诉及本设计中液量较大等因素，液体分布器选用底孔式大液量槽式分布器。
4.1.2 槽式孔流式液体分布器
槽式孔流式分布器靠重力分布液体，其结构如图：
图4.1 槽式分布器图4.2 底孔式布液
两槽式液体布液器具有优良的布液性能，结构简单，气相阻力小，应用较为广泛。二级槽式液体布液器主要有主槽和分槽组成，液体物料有主槽上的加料管加入主槽中，然后，通过主槽的布液结构按比例分配到各支槽中，并通过各支槽上的布液结构均匀地分布在填料层表面上。
（1）主槽结构：主槽为矩形敞开槽，其长度由塔径和分槽的数量及间距决定，其高度由最大液体流量下所需的液位高度决定。设计时一般应使其保持在200300mm
之
间。其宽度由槽内液体流速决定，一般要求该流速在0.240.30/m s 之间。
(2)分槽结构：分槽的数量由塔径，液相负荷，喷淋点数，液体在槽内的流速以及气相流通截面积等因素决定，需要全面协调后确定。一般来说，布液孔数由分布点密度决定，不应有太大的改变，布液孔直径应在3mm 以上，通过调节孔径使最高液位在200mm 左右，分槽的高度大约为最大液位高度的1.25倍。
4.2 液体分布器参数计算
按Eckert 的建议值，时1200
D ≥,喷淋点密度为2/42m 点，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋密度为2m /120
点。布液点数为： 点241152.2411206.1785.0n 2≈=??=
4.2.1 设计结果
按分布点几何均匀与流量均匀的原理，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设九道，在槽侧面开孔，槽宽度为80mm ，槽高度为210mm ，两槽中心矩为160mm ，分布点采用三角形排列，实际布液点数为点246n =。图见附录二。
4.2.2 布点计算
224S o L d n g H πφ=
取 0.60,160H mm φ==
0134.016.081.926.015614.32.9983600/4.1319064g 2n L 4d 2
1s 021=??? ?????????=???? ???H =φπ 设计取m 0134
.0d 0= 4.3液体再分布装置
填料塔内当液体沿填料层下流时，往往会产生壁流现象，使塔中心填料得不到良好的润湿，减少了气液接触的有效面积。为了克服这种现象，当填料层过高时，应将填料层分段装填，并使塔内每段填料之间安装液体再分布器，使液体重新分布。填料层的分段高度Z 0与塔径D 、填料类型、填料尺寸等有关，对于拉西环：Z 0=(2.3~3.0)D ，范围为
1.5~4.5m;鲍尔环、鞍环及其他新型材料：Z0=(5~10)D，对金属填料，Z0宜超过6~7.5m，塑料填料Z0宜超过3~4.5m；规整填料Z0可大于乱堆填料。
液体在分布器的形式有许多种，常用的结构有截锥式再布器，槽形再布器、窗式液体收集器、多孔盘式液体再分布器。由于截锥式再分布器和槽形再分布器用于直径较小的填料塔，而多孔液体再分布器是集液体收集和再分布功能于一体的的液体收集和再分布装置。这种再分布器具有结构简单、紧凑、安装空间高度低等优点，是常用的液体再分布装置之一。因此选用多孔盘式液体再分布器。
4.4 填料支撑装置
填料支撑结构是用于支撑塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。
4.4.1 填料支撑装置的设计要求
1、填料支撑装置
支撑结构是用于支撑塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是：有足够的强度以支撑填料的重量;提供足够的自由截面以使气，液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的在分布；耐腐蚀，易制造，易装卸。
常用的填料支撑板主要有栅板式和气体喷射式等结构。栅板式的支撑结构较为常用，由竖立的扁钢制成。栅板式可以制成整块式或分块式的。一般直径小于500mm的塔，可以采用整块式栅板；直径为600—800mm的塔，可以将栅板分成两块；直径为900—1200mm的塔，分成三块；直径大于1400mm的塔，分成四块；每块宽度在300—400mm 之间，以便装卸。栅条间距为填料外径的0.6—0.8倍。
气体喷射式支承板的结构特点是：为气体和液体提供了不同的通道，气体易于进入填料层，液体液体可以自由排出，避免了因液体积聚而发生液泛的可能性，并有利于液体的均匀再分配。气体喷射式支承板有圆柱升气管式和梁式，而梁型较为优越。
基本要求是：（1）有足够的强度以支撑填料的重量；（2）提供足够的自由截面以使气，液两相流体顺利流过；（3）防止在此产生液泛；（4）有利于液体的再分布；（5）耐腐蚀，易制造，易装卸。由于使用38
DN塑料阶梯环填料，故采可以用栅板式支承装置。
4.5 填料压板
为了保证填料塔在工作状态下填料床层能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料流失，必须在填料层顶部设置填料限定装置 。填料限定装置可分为两类：一类是放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板；另一类是将填料限定装置固定于塔壁上，称为床层限定板。填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破坏。床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其初始堆积状态而造成的流体分布不均匀现象。
（1）填料压板：填料压板主要有两种形式，一种是栅条形压板，另一种是丝网压板。栅条形压板的栅条间距为填料直径的0.60.8 倍。丝网压板是用金属丝编织的大孔金属丝焊接于金属支撑圈上，网孔的大小应以填料不能通过为限。填料压板的重量要适当，国中可能会压碎填料，过轻，则难以起到作用，一般需要按每平方米1100N 设计，必要时需加压铁以满足重量要求。
（2）床层限定板：床层限定板可以采用与填料压板类似的结构，但其重量较轻，一般为每平方米300N 。
本设计由于采用塑料填料所以选定床层限定板。
4.6 气体分布装置
一般来说，实现气相均匀分布要比液相容易一些，故气体入塔的分布装置相对简单一些。但是对于大塔径低压力降得填料塔来说，设置性能良好的气相也是十分重要的。
通常情况下，对于直径小于2.5m 的小塔多采用简单的气体分布装置，如图：
a b c
图4.3 小塔气体分布装置 在1m 以下的塔可采用a 或b 所示的结构，气体进口气速，可按1018/m s 设计。进气口位置应在填料层以下约一个塔径的距离，且高于塔釜液面300mm 以上。图b 和c 是具有缓冲挡板的进气装置，由于挡板的作用使入塔气体分为两股，呈环流向上使气体分布较为均匀。本设计采用c 气体分布装置。
4.7 除沫装置
气体在塔顶离开填料层时，带有大量的液沫和雾滴，为回收这部分液体，常需要在塔顶设置除沫器，常用的除沫器有：
（1）折流板式除沫器
折流板式除沫器是一种利用惯性使液滴得以分离的装置，
图4.4 折流板式除沫器
μ以上的液滴，压力降一般在折流板常用50503
mm mm mm
??的角钢制成，能除去50m
，一般在小塔中使用。
50100Pa
（2）旋流板式除沫器
该除沫器由几块固定的旋流板片组成，气体通过旋流板时，产生旋转流动，造成了一个离心力场，液滴在离心力作用下，向塔壁运动，实现了气液分离。这种除沫器，效率较高，但压降稍大，适用于大塔径，净化要求高的场合。
图4.5 旋流板式除沫器
（3）丝网除沫器
丝网除沫器是最常用的除沫器，这种除沫器由金属丝网卷成高度为100150mm
的
。
盘状，气体通过除沫器的压降约为120250Pa
本设计选用丝网除沫器，丝网除沫器直径有气体通过丝网的最大气速决定，该最大
气速为：k 取0.085 h /m 41.2243
.1243.12.998085.0085.0u g g L =-?=-=ρρρ h /m 81.141.275.0u 75.0u =?==真
图4.6 丝网除沫器
4.8 管口直径计算
一般管道为圆形，d 为内径，水流速0.5 1.5/m s ，常压下气体流速1020/m s ，取气体流速为15m/s 则气体进口直径：
307.015
14.33600/40004u V 4d 1=??==πm 本课程设计取气体进口直径与出口直径相等，所以气体出口管直径：m 307.0d 2= 查国家标准规格，圆整直径为mm 5320?。
吸收剂进口直径:
m 22.01
14.32.9983600/4.1319064u V 4d L 3=???==）（π 由于吸收吸收液体积变化不大所以取进出口直径相等，则吸收剂出口直径为m 22.0d 4= 圆整为: 230mm 5?
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SO 2 气体的混合气体）处理量为90 kmol/h 2、混合气体组成：SO 2 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SO 2为：0.145%（mol/%），H 2 O为：1.172 kmol/h 4、吸收剂为水，不含SO 2 5、常压，气体入塔温度为25°C，水入塔温度为20°C。 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下的平衡数据
四、 气体与液体的物理性质数据 气体的物理性质： 气体粘度()0.0652/G u kg m h =? 气体扩散系数20.0393/G D m s = 气体密度31.383/G kg m ρ= 液体的物理性质：液体粘度 3.6/()L u kg m h =? 液体扩散系数625.310/L D m s -=? 液体密度 3998.2/L kg m ρ= 液体表面张力 4273/92.7110/L dyn cm kg h σ==? 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，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）
4.5 填料吸收塔的计算 本节重点：吸收塔的物料衡算、吸收剂用量及填料层高度的计算 本节难点：填料吸收塔传质单元数的概念及计算 4.5.1 吸收塔中的物料衡算—操作线方程 如图，q n (V)—惰性气体的摩尔流量 mol/s q n (L)—溶剂的摩尔流量 mol/s Y 1、X 1—塔底气液两相中吸收质的物质的量比 Y 2、X 2—塔顶气液两相中吸收质的物质的量比 Y 、X —塔内任意截面吸收质的物质的量比 从塔内任意截面到塔底对吸收质作物料衡算： q n (L)X+ q n (V)Y 1= q n (L)X 1+ q n (V)Y q n (V)(Y 1-Y)= q n (L)(X 1-X) （4-40） 或 1n n 1n n X )V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= （4-41） 该式称为吸收操作线方程，表示吸收过程中，塔内任意截 面Y 与X 间的关系。 若对整个塔作物料衡算，则有： 1n n 12n n 2X ) V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= （4-42） 如图4-9，吸收过程的操作线是经过点（X 1,Y 1）和点（X 2,Y 2）的一条直线，其斜率为q n (L)/q n (V)，操作线上的任一点表示在塔内任一截面 上气液相组成的关系。 生产中常以气相被吸收的吸收质的量与气相中 原有吸收质的量之比，衡量吸收效果和确定吸收任 务，称为吸收率η )1(Y Y 12η-= （4-43） 4.5.2 吸收剂用量的计算 吸收操作处理气量q n (V)，进出塔气体组成Y 1、 Y 2，以及吸收剂进塔组成X 2通常是由生产工艺确定的，而吸收剂用量和塔底溶液浓度是可以变动的，为了完成工艺要求的任务，需计算吸收剂的用量。 1、液气比 由全塔物料衡算式（4-42）1n n 12n n 2X ) V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= 可知吸收剂出塔浓度 X 1与吸收剂用量q n (L)是相互制约的， 选取的q n (L)/q n (V) ↑，操作线斜率 ↑ ，操作线与平衡线的距离 ↑ ，塔内传质推动力 ↑ ，完成一定分离任务所需塔高 ↓； q n (L)/q n (V) ↑，吸收剂用量↑ ，吸收剂出塔浓度 X 1↓ ，循环和再生费用↑ ； 若q n (L)/q n (V) ↓ ，吸收剂出塔浓度 X 1↑ ，塔内传质推动力↓ ，完成相同任务所需塔高↑ ，设备费用↑ 。
吉林化工学院 化工原理课程设计 题目处理量为3100m3/h水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计 教学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2011 年 12 月 5 日
课程设计任务书 1、设计题目：处理量为2550~3200m3/h水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计 。 矿石焙烧炉送出的气体冷却到20℃后送入填料塔中，用20℃清水洗涤洗涤除去其中的SO 2入塔的炉气流量为3100m3/h，其中进塔SO2的摩尔分率为0.05，要求SO2的吸收率为95％。吸收塔为常压操作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变，可近似取为清水的温度。吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。 2、工艺操作条件： （1）操作平均压力常压 （2）操作温度t=20℃ （3）选用填料类型及规格自选。 3、设计任务： 完成吸收塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和吸收塔的工艺条件图，撰写设计说明书。 处理量为3100m3/h水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计 化工原理教学与实验中心 2011年11月
目录 摘要.................................................................................................................................IV 第一章绪论. (1) 1.1 吸收技术概况 (1) 1.2 吸收设备发展 (1) 1.3 吸收在工业生产中的应用 (3) 第二章吸收塔的设计方案 (4) 2.1 吸收剂的选择 (4) 2.2 吸收流程选择 (5) 2.2.1 吸收工艺流程的确定 (5) 2.2.2 吸收工艺流程图及工艺过程说明 (6) 2.3 吸收塔设备及填料的选择 (7) 2.3.1 吸收塔设备的选择 (7) 2.3.2 填料的选择 (8) 2.4 吸收剂再生方法的选择 (10) 2.5 操作参数的选择 (11) 2.5.1 操作温度的确定 (11) 2.5.2 操作压强的确定 (11) 第三章吸收塔工艺条件的计算 (12) 3.1 基础物性数据 (12) 3.1.1 液相物性数据 (12) 3.1.2 气相物性数据 (12) 3.1.3 气液两相平衡时的数据 (12) 3.2 物料衡算 (12) 3.3 填料塔的工艺尺寸计算 (13)
《化工原理课程设计》报告 设计任务书 （一）设计题目 试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的SO2，混合 气体的处理为2500m3/h,其中SO2（体积分数）8﹪。要求塔 板排放气体中含SO2低于0.4％，采用清水进行吸收。（二）操作条件 常压，20℃ （三）填料类型 选用塑料鲍尔环、陶瓷拉西环填料规格自选 （四）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、吸收塔接管尺寸的计算 5、绘制吸收塔的结构图
6、对设计过程的评述和有关问题的讨论 7、参考文献 8、附表 目录 一、概述 (4) 二、计算过程 (4) 1. 操作条件的确定 (4) 1.1吸收剂的选择 (4) 1.2装置流程的确定 (4) 1.3填料的类型与选择 (4) 1.4操作温度与压力的确定 (4) 2. 有关的工艺计算 (5) 2.1基础物性数据 (5) 2.2物料衡算 (6) 2.3填料塔的工艺尺寸的计算 (6) 2.4填料层降压计算 (11) 2.5吸收塔接管尺寸的计算 (12) 2.6附属设备……………………………………………… ..12 三、评价 (13) 四、参考文献 (13) 五、附表 (14)
一、概述 填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用 耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量小，有腐蚀性的物 料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料 顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气 液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液 传质设备。 二、设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 因为用水作吸收剂，同时SO2不作为产品，故采用纯溶剂。 1．2装置流程的确定 用水吸收SO2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传 质效率，选择用逆流吸收流程。 1．3填料的类型与选择 用不吸收SO2的过程，操作温度低，但操作压力高，因 为工业上通常选用塑料散堆填料，在塑料散堆填料中，塑
课程设计任务书 一、设计题目：水吸收氨气过程填料吸收塔的设计； 试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的氨气。混合气体的处理量为2600m3/h，其中含氨为7%（体积分数），混合气体的进料温度为25℃。要求：氨气的回收率达到98%。（20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3.kPa） 二、工艺操作条件： （1）操作平均压力常压 （2）操作温度 : t=20℃ （3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定 （4）选用填料类型及规格自选。 三、设计容 （1）设计方案的确定和说明 （2）吸收塔的物料衡算； （3）吸收塔的工艺尺寸计算； （4）填料层压降的计算； （5）液体分布器简要设计； （6）绘制液体分布器施工图 （7）吸收塔接管尺寸计算； （8）设计参数一览表； （9）绘制生产工艺流程图（A4号图纸）； （10）绘制吸收塔设计条件图（A4号图纸）； （11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
目录 1. 设计方案简介 (1) 1.1设计方案的确定 (1) 1.2填料的选择 (1) 2. 工艺计算 (1) 2.1 基础物性数据 (1) 2.1.1液相物性的数据 (1) 2.1.2气相物性的数据 (1) 2.1.3气液相平衡数据 (1) 2.1.4 物料衡算 (1) 2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (2) 2.2.1 塔径的计算 (2) 2.2.2 填料层高度计算 (3) 2.2.3 填料层压降计算 (6) 2.2.4 液体分布器简要设计 (7) 3. 辅助设备的计算及选型 (8) 3.1 填料支承设备 (8) 3.2填料压紧装置 (8) 3.3液体再分布装置 (8) 4. 设计一览表 (9) 5. 后记 (9) 6. 参考文献 (9) 7. 主要符号说明 (10) 8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）
齐齐哈尔大学 化工原理课程设计说明书水吸收SO2填料塔(3200m3/h) 学院：食品与生物工程学院 专业班：生工112班 姓名：蒋燕妮 学号： 2011053072 指导教师：赵国君 设计时间：2014.06.23—07.06
摘要 吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的差异来分离气态均相混合物的 一种单元操作。在化工生产中主要用于原料气的净化，有用组分的回收等。 气液两相的分离是通过它们密切的接触进行的，在正常操作下，气相为连续相而液相为分散相，气相组成呈连续变化，气相中的成分逐渐被分离出来。填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，属微分接触逆流操作过程。塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。填料层的空隙率超过90%，一般液泛点较高，单位塔截面积上填料塔的生产能力较高，研究表明，在压力小于0.3MPa时，填料塔的分离效率明显优于板式塔。 这次课程设计的任务是用水吸收空气中的二氧化硫，然后再进行解吸处理得到二氧化硫。要求设计包括塔径、填料塔高度、塔管的尺寸等，需要通过物料衡算得到所需要的基础数据，然后进行所需尺寸的计算得到各种设计参数，为图的绘制打基础，提供数据参考。 关键词：水；二氧化硫；吸收；填料塔；物料衡算
Abstract Absorption is an important unit operation in the differences in solubility using mixture gas in the liquid in the separation of gaseous homogeneous mixture. In the chemical production is mainly used for purifying raw gas, recovery of valuable components etc.. Separation of gas-liquid two-phase is close contact with them, in normal operation, the gas phase as the continuous phase and the liquid phase is dispersed phase, gas phase composition of a continuous change, the gas phase composition was gradually isolated. The tower is gas-liquid in gas-liquid mass transfer equipment of continuous contact, belonging to differential contact counter-current operation. At the bottom of the tower with a supporting plate for supporting the filler, and allow the liquid through the. The support plate and a whole masonry filler has two ways. The liquid distribution device above the filler layer, so that the liquid is uniformly sprayed on the filler layer. Void filler layer rate exceeds 90%, the general flooding points higher, the tower unit cross-sectional area of packing tower production capacity is higher, research shows that, the pressure is less than 0.3MPa, the separation efficiency of packed tower is obviously better than that of the plate tower. The curriculum design task is the absorption of sulfur dioxide in air with water, and then desorption with sulfur dioxide. Design requirements including the tower diameter, height of packed tower, tower tube size, need through the material balance to get basic data needed, and then calculate the required size of the various design parameters, for drawing foundation, to provide data for reference. Keywords: water; sulfur dioxide; absorption; packed tower; material balance
化工原理课程设计-填料吸收塔的设计
课程设计 题目：填料吸收塔的设计 教学院：化学与材料工程学院 专业：化学工程与工艺（精细化工方向） 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012 年 5 月31 日
《化工原理课程设计》任务书 2011～2012 学年第2学期 学生姓名：专业班级：化学工程与工艺(2009) 指导教师：工作部门：化工教研室 一、课程设计题目：填料吸收塔的设计 二、课程设计内容（含技术指标） 1. 工艺条件与数据 煤气中含苯2%（摩尔分数），煤气分子量为19；吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数）；吸收塔气-液平衡y*=0.125x；解吸塔气-液平衡为y*=3.16x；吸 收回收率≥95%；吸收剂为洗油，分子量260，相对密度0.8；生产能力为每小时 处理含苯煤气2000m3；冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。 2. 操作条件 吸收操作条件为：1atm、27℃，解吸操作条件为：1atm、120℃；连续操作；解吸气流为过热水蒸气；经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充 新鲜吸收剂；过程中热效应忽略不计。 3. 设计内容 ①吸收塔、解吸塔填料层的高度计算和设计； ②塔径的计算； ③其他工艺尺寸的计算。 三、进度安排 1．5月14日：分配任务； 2．5月14日-5月20日：查询资料、初步设计； 3．5月21日-5月27日：设计计算，完成报告。 四、基本要求 1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明 书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程 和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计 算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。 设计说明书应附有带控制点的工艺流程图。 设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作 条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算； 设计结果概览；附录；参考文献等。 2. 图纸1套：包括工艺流程图(3号图纸)。 教研室主任签名： 年月日
一设计任务书 （一）设计题目 过程填料吸收塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用于脱除焙烧水吸收SO 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。 （二）操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度25℃ （三）设计容 （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 不作为产品，故采用纯溶剂。 程。因用水作为吸收剂，且SO 2 2.2填料的类型与选择 的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散对于水吸收SO 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。
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： 密度为 ρL =997.1 kg/m 3 粘度为 μL =0.0008937 Pa·s=3.2173kg/(m·h) 表面力为σL =71.97 dyn/cm=932731 kg/h 2 SO 2在水中的扩散系数为 D L =1.724×10-9m 2/s=6.206×10-6m 2/h （依Wilke-Chang 0.518r 0.6 ()1.85910M T D V φμ-=?计算，查《化学工程基础》） 3.1.2 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 M Vm =Σy i M i =0.1×64.06+0.9×29=32.506g/mol 混合气体的平均密度为
（一）设计方案的确定 用水吸收S02，为提高传质效率，选用逆流吸收过程。因用水作为吸收剂，且S02不作为产品，故采用纯溶剂。 （二）填料的选择 该系统不属于难分离的系统，操作温度及压力较低，可采用散装填料，系统中有S02，有一定的腐蚀性，故考虑选用塑料鲍尔环，由于系统压降无特殊要求，考虑到不同尺寸鲍尔环的传质性能选用D g38塑料鲍尔填料。 （三）设计步骤 本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计 （1）吸收塔的物料衡算； （2）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； （3）设计液体分布器及辅助设备的选型； （4）绘制有关吸收操作图纸。 （四）基础数据 1、液相的物性数据 对于低浓度的吸收过程，溶液的物性数据可以近似取水的物性数据，由手册查得，20℃时水的有关物性数据如下： 密度 ρ=998.2 kg/m3 L 粘度 μ=0.001 Pa·s=3.6 kg/(m·h) L
表面张力 L σ=73 dyn/cm=940 896 kg/h 2 S02在水中的扩散系数 L D =1.47×10-5 cm 2 /s=5.29×10-6 m 2 /h 2、 气相的物性数据 混合气体的平衡摩尔质量 M =0.08×64.06+0.92×29=31.80g/mol 混合气体的平均密度 G ρ=101.331.808.31427320??+（） =1.322 kg/m 3 混合气体的粘度可以近似取空气的粘度，查手册20℃时空气的粘度为 G μ=1.81×10-5 Pa ·s=0.065 kg/(m ·h) 查手册得S02在空气中的扩散系数为 G D =0.108 cm 2 /s =0.039 m 2 /h 3、 气液相平衡数据 查手册，常压下20℃时： S02在水中的亨利系数 E=3.55×1O 3 kPa 相平衡常数为 m E P = =3.55×1O 3 /101.3=35.04 溶解度系数 L s H EM ρ= =998.2/3.55×1O 3 /60.06=0.00468 kmol/h 相平衡关系为 1.153266.7667 6y x = 4、填料的填料因子及比表面积数据
填料吸收塔设计任务书 一、设计题目 填料吸收塔设计 二、设计任务及操作条件 １、原料气处理量：5000m3/h。 ２、原料气组成：98％空气＋2.5％的氨气。 ３、操作温度：20℃。 ４、氢氟酸回收率：98％。 ５、操作压强：常压。 ６、吸收剂：清水。 ７、填料选择：拉西环。 三、设计内容 1.设计方案的确定及流程说明。 2.填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算。 3.填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。 4.吸收塔的工艺流程图。 5.填料吸收塔的工艺条件图。
目录 第一章设计方案的简介 (4) 第一节塔设备的选型 (4) 第二节填料吸收塔方案的确定 (6) 第三节吸收剂的选择 (6) 第四节操作温度与压力的确定 (7) 第二章填料的类型与选择 (7) 第一节填料的类型 (7) 第二节填料的选择 (9) 第三章填料塔工艺尺寸 (10) 第一节基础物性数据 (10) 第二节物料衡算 (11) 第三节填料塔的工艺尺寸的计算 (12) 第四节填料层压降的计算 (16) 第四章辅助设备的设计与计算 (16) 第一节液体分布器的简要设计 (16) 第二节支承板的选用 (17) 第三节管子、泵及风机的选用 (18) 第五章塔体附件设计 (20) 第一节塔的支座 (20) 第二节其他附件 (20)
第一章设计方案的简介 第一节塔设备的选型 塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 1、板式塔 板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的气液传质设备之一。传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在板式塔中，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。 一般而论，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。 ２、填料塔 填料塔是最常用的气液传质设备之一，它广泛应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。几年来，由于填料塔研究工作已日益深入，填料结构的形式不断更新，填料性能也得到了迅速的提高。金属鞍环，改型鲍尔环及波纹填料等大通量、低压力降、高效率填料的开发，使大型填料塔不断地出现，并已推广到大型汽—液系统操作中，尤其是孔板波纹填料，由于具有较好的综合性能，使其不仅在大规模生产中被采用，且由于其在许多方面优于各种塔盘而越来越得到人们的重视，在某些领域中，有取代板式塔的趋势。近年来，在蒸馏和吸收领域中，最突出的变化是新型填料，特别是规整填料在大直径塔中的采用，它标志作塔填料、塔内件及塔设备的综合设计技术已进入到一个新的阶段。 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒（如右图所示），底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔
湖南农业大学 实习报告 学生姓名学号 年级专业及班级20 级（）班指导教师姓名 实习类型实习时间 实习地点 学院
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一设计任务书 （一）设计题目 炉石焙烧送出的气体冷却至25℃后送入填料塔中，用20℃清水洗涤以除去其中的SO 2 。入塔 炉气流量为h m/ 20003其中SO 2的摩尔分数为0.05，要求SO 2 的吸收率为95%。吸收塔为常压 操作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变，可近似取为清水的温度，试设计一符合上述要求的填料吸收塔。 操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度20℃ 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）液体分布器简要设计； （4）绘制吸收塔设计条件图；
目录 一、设计方案简介 二、吸收塔的工艺计算 三、液体分布器简要设计 四、附图
一、设计方案简介 1）方案的确定 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。因用水作为吸用水吸收SO 2 不作为产品，故采用纯溶剂 收剂，且SO 2 2）填料的类型与选择 对于水吸收SO 过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装 2 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。 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，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。 空隙率堆积个数堆积重量填料因子m-1规格比表面积 m2/m3 38*19*1.2 132.5 0.91 27200 57.5 175.8 3）设计步骤 （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。
摘要 在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触是发生传质，实现气液混合物的分离。在化学工业中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是： ①回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品； ②除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理；或除去工业放空尾气中的有害物，以免污染大气。根据不同性质上的差异，可以开发出不同的分离方法。吸收操作仅为其中之一，它利用混合物中各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。 一般说来，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为主要设备之一，越来越受到青睐。二氧化硫填料吸收塔，以水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。此外，由于水和二氧化硫反应生成硫酸，具有很大的利用。 本次化工原理课程设计，我设计的题目是：炉气处理量为m3 4200炉气吸过程填料吸收塔设计。本次任务为用水吸收二氧化硫常压填料塔。具体设计条件如下： 1、混合物成分：空气和二氧化硫； 2、二氧化硫的含量：0.05（摩尔分率） 3、操作压强；常压操作 4、进塔炉气流量：h 4200 m3 5、二氧化硫气体回收率：95% 吸收过程视为等温吸收过程。
目录 摘要 .................................................................................................................................................. I 第一章 设计方案的确定 (1) 1.1流程方案 (1) 1.2设备方案 (1) 1.3流程布置 (1) 1.4吸收剂的选择 (1) 第二章 填料的选择 (2) 2.1对填料的要求 (2) 2.2填料的种类和特性 (2) 2.3填料尺寸 (3) 2.4填料材质的选择 (3) 第三章 工艺计算 (4) 3.1气液平衡的关系 (4) 3.2吸收剂用量及操作线的确定 (4) 3.2.1吸收剂用量的确定 (4) 3.2.2操作线的确定 (5) 3.3塔径计算 (5) 3.3.1采用Eckert 通用关联图法计算泛点速率f u ： (5) 3.3.2操作气速 (7) 3.3.3塔径计算 (7) 3.3.4喷淋密度U 校核 (7) 3.3.5单位高度填料层压降（Z P ）的校核 (8) 3.4填料层高度计算 (9) 3.4.1传质系数的计算 (9) 3.4.2填料高度的计算 (12) 第四章 填料塔内件的类型与设计 (13) 4.1 塔内件的类型 (13) 第五章 辅助设备的选型 (16) 5.1管径的选择 (16) 5.2泵的选取： (17) 5.3风机的选型： (17) 第六章 填料塔附属高度计算 (17) 第七章 分布器简要计算 (18) 第八章 关于填料塔设计的选材 (18) 参考文献 (19) 附录 (20) 附图 (21) 致谢 (22)
第 4 节吸收塔的计算 吸收过程既可在板式塔内进行，也可在填料塔内进行。在板式塔中气液逐级接触，而在填料塔中气液则呈连续接触。本章对于吸收操作的分析和计算主要结合连续接触方式进行。 填料塔内充以某种特定形状的固体填料以构成填料层。填料层是塔实现气、液接触的主要部位。填料的主要作用是：①填料层内空隙体积所占比例很大，填料间隙形成不规则的弯曲通道，气体通过时可达到很高的湍动程度；②单位体积填料层内提供很大的固体表面，液体分布于填料表面呈膜状流下，增大了气、液之间的接触面积。 通常填料塔的工艺计算包括如下项目： （1）在选定吸收剂的基础上确定吸收剂的用量； （2）计算塔的主要工艺尺寸，包括塔径和塔的有效高度，对填料塔，有效高度是填料层高度，而对板式塔，则是实际板层数与板间距的乘积。 计算的基本依据是物料衡算，气、液平衡关系及速率关系。下面的讨论限于如下假设条件： （1）吸收为低浓度等温物理吸收，总吸收系数为常数； （2）惰性组分B 在溶剂中完全不溶解，溶剂在操作条件下完全不挥发，惰性气体和吸收剂在整个吸收塔中均为常量； （3）吸收塔中气、液两相逆流流动。 2.4.1吸收塔的物料衡算与操作线方程式 全塔物料衡算图2－12 所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：
V —惰性气体的流量，kmol ( B )/ s ； L —纯吸收剂的流量，kmol (S )/ S ; Y i ；、Y 2—分别为进出吸收塔气体中溶质物质量的比，kmol (A ) /kmol (B ); X i 、X 2――分别为出塔及进塔液体中溶质物质量的比， kmol (A )/ kmol (S )。注意，本章中塔底截面一律以下标“ I ”表示，塔顶截面一律以下标 “ 2”表示。 在全塔范围内作溶质的物料衡算，得: VY i + LX 2 = VY 2+ LX i 图2-12物料衡算示意图 或 V (Y i — Y 2)= L (X i — X 2) 一般情况下，进塔混合气体的流量和组成是吸收任务所规定的，若吸收剂的 流量与组成已被确定，则V 、丫、L 及X 2。为已知数，再根据规定的溶质回收率， 便可求得气体出塔时的溶质含量，即： 丫2 = Y l (1—巾A ) (2 — 39) 式中巾A 为溶质的吸收率或回收率。 通过全塔物料衡算式2 — 38可以求得吸收液组成X I 。于是，在吸收塔的底部 与顶部两个截面上，气、液两相的组成 丫1、X l 与丫2、X 2均成为已知数。 2 ?吸收塔的操作线方程式与操作线 V, 丫 2 L, X 2 V Y i L, X i (2 — 38)
电信工程系毕业设计（论文）学生自拟课题审批表
江苏联合职业技术学院江苏省惠山中等专业学校（办学点） 毕业设计（论文）任务书 设计课题填料吸收塔的设计 系部电信工程系 专业精细化学品生产技术 年级班级 姓名 学号 指导教师职称 2014年4月 2 3 日
毕业设计（论文）任务书精细化学品生产技术专业G1051 教学班
吸收塔课程设计 摘要：氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。 引言：填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的汽液传质设备。填料塔于19世纪中期已应用于工业生产，此后，它与板式塔竞相发展，构成了两类不同的汽液传质设备。填料塔属于连续接触式的汽液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 与板式塔相比，填料塔具有以下特点：①生产能力大。②分离效率高。③压力降小。 ④持液量小。⑤操作弹性大。但是，填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效的润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太合适等。因此，在选择塔的类型时，应根据分离物系的具体情况和操作所追求的目标综合考虑上述各因素。 填料的种类很多，根据装填方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料中较为典型的有拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍填料、矩鞍填料、金属环矩鞍填料、球形填料。工业上常用的规整填料有格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。 塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。
吉林化工学院 化工原理课程设计题目 教学院化学与制药工程学院 专业班级药剂0601 学生姓名 学生学号 06240101 指导教师 2008年 12 月 19日
设计任务书 1、设计题目：年处理量为 21720.96吨二氧化硫混合气的填料吸收塔设计； 矿石焙烧炉送出的气体冷却到20℃后送入填料塔中，用20℃清水洗涤洗涤除去其中的SO 2 。 入塔的炉气流量为1000m3/h～2000 m3/h，其中进塔SO 2的摩尔分率为0.02~0.03，要求SO 2 的排 放含量0.3%~0.5%。吸收塔为常压操作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变，可近似取为清水的温度。吸收剂的用量为最小用量的1.3倍。 2、工艺操作条件： （1）操作平均压力：常压 （2）操作温度：t=20℃ （3）每年生产时间：7200h。 （4）填料类型及规格自选。 3、设计任务： 完成吸收塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和吸收塔的工艺条件图，编写设计说明书。
目录 摘要 (1) 第1章绪论 (2) 1.1吸收技术概况 (2) 1.2吸收设备的发展 (2) 1.3吸收在工业生产中的应用 (3) 第2章设计方案 (5) 2.1吸收剂的选择 (5) 2.2吸收流程的选择 (6) 2.2.1吸收工艺流程的确定 (6) 2.2.2吸收工艺流程图及工艺过程说明 (7) 2.3吸收塔设备及填料的选择 (7) 2.3.1吸收塔的设备选择 (7) 2.3.2填料的选择 (7) 2.4吸收剂再生方法的选择 (8) 2.5操作参数的选择 (9) 2.5.1操作温度的选择 (9) 2.5.2操作压力的选择 (9) 2.5.3吸收因子的选择 (9) 第3章吸收塔的工艺计算 (11) 3.1基础物性数据 (11) 3.1.1液相物性数据 (11) 3.1.2气相物性数据 (11) 3.1.3气液平衡数据 (11) 3.2物料衡算 (12) 3.3填料塔的工艺尺寸的计算 (13) 3.3.1塔径的计算 (13) 3.3.2泛点率校核 (13) 3.3.3填料规格校核: (14) 3.3.4液体喷淋密度校核 (14) 3.4填料塔填料高度计算 (14) 3.4.1传质单元高度计算 (14) 3.4.2传质单元数的计算 (16) 3.4.3填料层高度计算 (16) 3.5填料塔附属高度计算 (16) 3.6液体分布器计算 (17)
化工原理课程设计题目水吸收二氧化硫填料塔得设计 教学院化工与材料工程学院 专业班级材化0901 学生姓名 学生学号 指导教师 2011年 7月5 日
课程设计任务书 1、设计题目:处理量为2750m3/h水吸收二氧化硫过程填料吸收塔得设计; 矿石焙烧炉送出得气体冷却到20℃后送入填料塔中,用20℃清水洗涤洗涤除去其中得SO 2 。 入塔得炉气流量为2750m3/h,其中进塔SO 2得摩尔分率为0、05,要求SO 2 得吸收率为95％。吸收 塔为常压操作,因该过程液气比很大,吸收温度基本不变,可近似取为清水得温度。吸收剂得用量为最小用量得1、5倍。 2、工艺操作条件: (1)操作平均压力常压 (2)操作温度t=20℃ (3)选用填料类型及规格自选。 3、设计任务: 完成干燥器得工艺设计与计算,有关附属设备得设计与选型,绘制吸收系统得工艺流程图与吸收塔得工艺条件图,编写设计说明书。 化工原理教研室 2011年5月
目录 第1章绪论 (1) 1、1吸收技术概况 (1) 1、2吸收设备得发展 (1) 1、3吸收在工业生产中得应用 (2) 第2章设计方案 (2) 2、1吸收剂得选择 (4) 2、2吸收流程得选择 (4) 2、2、1吸收工艺流程得确定 (4) 2、3吸收塔设备及填料得选择 (4) 2、3、1吸收塔得设备选择 (4) 2、3、2填料得选择 (5) 2、4吸收剂再生方法得选择 (6) 2、5操作参数得选择 (7) 第3章吸收塔得工艺计算 (9) 3、1基础物性数据 (9) 3、1、1液相物性数据 (9) 3、1、2气相物性数据 (9) 3、1、3气液相平衡数据 (9) 3、2物料衡算 (10) 3、3填料塔得工艺尺寸得计算 (11) 3、3、1塔径得计算 (11) 3、3、2泛点率校核 (11) 3、3、3填料规格校核: (11) 3、3、4液体喷淋密度校核 (11) 3、4填料塔填料高度计算 (12) 3、4、1传质单元高度计算 (12) 3、4、2传质单元数得计算 (14) 3、5填料塔附属高度计算 (14) 3、6液体分布器计算 (15) 3、6、1液体分布器 (15) 3、6、2布液孔数 (17) 3、6、3 液体保持管高度 (17) 3、7其她附属塔内件得选择 (17) 3、7、1填料支承板 (17) 3、7、2除沫器(除雾器) (17) 3、7、3管口结构 (18) 3、8吸收塔得流体力学参数得计算 (19) 3、8、1吸收塔得压力降 (19) 3、8、2吸收塔得泛点率 (20)