目录
一设计任务总概 (3)
1.1.吸收的定义 (3)
1.2．吸收的目的 (3)
1.3．填料吸收塔简介 (4)
二设计方案简介 (4)
2.1方案的确定 (4)
2.2填料的类型与选择 (4)
2.3设计步骤................................................................................................. . (4)
三、工艺计算 (5)
3.1基础物性数据 (4)
3.1.1 液相物性数据 (5)
3.1.2 气相物性数据 (5)
3.1.3 气液相平衡数据 (6)
3.1.4 物料衡算 (6)
3.2填料塔的工艺尺寸的计算 (8)
3.2.1塔径的计算 (8)
3.2.2填料层高度计算 (12)
3.2.3填料层压降计算 (16)
四、辅助设备的计算及选型 (17)
1. 除雾沫器 (17)
2.液体分布器简要设计 (18)
3.液体再分布器----------升气管式液体再分布器 (20)
4.填料支承装置 (20)
5.填料限定装置 (21)
6．气体和液体的进出口装置 (21)
五、设计结果汇总 (23)
六、主要符号说明 (25)
七、参考文献 (27)
八、结语 (28)
化工原理课程设计任务书
一、设计任务：设计一台SO2气体填料吸收塔
二、设计条件：
生产能力：2000Nm3/h空气和SO2混合气
混合气中SO2组成（体积分数）：10%
排放含量：0.16%
操作方式：连续操作
操作温度：20℃
操作压力：常压
吸收剂：清水
平衡线方程：y=66.76676x1.15237
三、设计容
1.设计方案和流程的选择；
2.填料的选择；
3.填料塔塔径、塔高及压降的计算；
4.附属装置的选型和设计。
四、设计基础数据：参考教材及参考资料。
五、设计成果：
1.设计说明书一份；
2.调料吸收塔工艺条件图（2#图幅）
六、设计时间安排：
1.查阅资料、设计方案：一天
2.设计计算：三天
3.图纸绘制：一天
4.设计整理：半天
一设计任务总概
1.1.吸收的定义
吸收是分离气体混合物的单元操作，其分离原理是利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来实现不同气体的分离。一个完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。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，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。
1.2．吸收的目的
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，保护环境等方面都广泛应用到气体吸收过程。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的方法处理含有二氧化硫的混合物，使其达到排放标准，采用填料吸收塔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，从而使吸收易于进行，填料塔有通量大，阻力小，压降低，操作弹性大，塔持液量小，耐腐蚀，结构简单，分离效率高等优点，从而使吸收操作过程节省大量人力和物力。
在设计中,以水吸收混合气中的二氧化硫，在给定的操作条件下对填料吸收塔进行物料衡算。本次设计包括设计方案的选取、主要设备的工艺设计计算--物料衡算、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、工艺流程图、主要设备的工艺条件图等容。
1.3．填料吸收塔简介
在化学工业中，吸收操作广泛应用于石油炼制，石油化工中分离气体混合物，原料气的精制及从废气回收有用组分或去除有害组分等。吸收操作中以填料吸收塔生产能力大，分离效率高，压力降小，操作弹性大和持液量小等优点而被广泛应用。
二设计方案简介
2.1方案的确定
用水吸收SO2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。因用水作为吸收剂，且SO2不作为产品，故采用纯溶剂。
2.2填料的类型与选择
填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要元素，因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。
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，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点的不同，又可分为环形填料，鞍形填料，环鞍形填料及球形填料等。
对于水吸收SO2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，填料层高度及压降；
（三）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，20℃时水的有关物性数据如下：
密度为ρL=998.2 kg/m3
粘度为μL=0.001 Pa·s=3.6kg/(m·h)
表面力为σL=72.6 dyn/cm=940896 kg/h2
SO2在水中的扩散系数为D L=1.47×10-5m2/s=5.29×10-6m2/h
（依Wilke-Chang
0.5
18r
0.6
()
1.85910
M T
D
V
φ
μ
-
=?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
ρVm=PM/RT=101.325×32.506/（8.314×293.15）=1.3138kg/ m3
混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为
μV =1.81 ×10-5Pa ?s=0.065kg/(m ?h) 查手册得SO 2在空气中的扩散系数为 D V =0.018cm 2/s=0.039 m 2/h （依 1.7500
()P T D D P T =计算，其中273K 时，1.013×10-5
Pa 时SO
2
在空气中的扩散系
数为1.22×10-5
m 2/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20℃时SO 2在水中的亨利系数为 E=3.55 ×103
kPa 溶解度系数为
H=ρ/EM=998.2/4.13×103×18.02=0.0156kmol/（k ·Pam 3）
3.1.4 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＝ 273.151
2000(
)83.19273.152022.4
=+kmol ／h
混合气SO 2中量＝83.19×0.1＝8.319 kmol ／h ＝8.319×64.06=532.921kg ／h 设混合气中惰性气体为空气，则混合气中空气量＝83.19-8.319＝74.87kmol ／h
＝74.87×29＝2171.26kg ／h
(2)．混合气进出塔的摩尔组成
28.319(10.984)
0.0017774.878.319(10.984)
y -=
=+-
（3）混合气进出塔摩尔比组成 进塔气相摩尔比为
111y 0.1
0.111y 10.1
Y =
==-- 出塔气相摩尔比为
21(1)0.11(10.984)0.00176A Y Y ?=-=-=
（4）出塔混合气量
出塔混合气量=74.87+8.319×0.0016=74.8833kmol/h
=2171.26+532.92×0.0016=2172.11kg/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
12min 12()Y Y L
Y V X m
-=-
对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X 2=0
min 0.110.00176()30.4735500
L V -==- 取操作液气比为
min 1.4()L L V V = 1.430.4742.66L
V
=?= 42.6674.873194.10L =?= kmol/h (6)塔底吸收液组成X 1
1212()()V Y Y L X X -=-
174.87(0.110.00176)
0.00254
3194.10
X
?-
==
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 v=2000×1.3514=2702.8 kg/h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即
W L=3194.10×18.02=57557.68 kg/h
其中：
ρL =998.2kg/m3
ρV =1.3287 kg/m3
g = 9.81 m/s2 = 1.27×108 m/h2
W V = 2702.8kg/h
W L = 57557.68 kg/h
μL =0.00100 Pa·s
（1）采用Ecekert通用关联图法计算泛点气速u F。
通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下：
填料塔泛点和压降的通用关联图（引自《化工原理》）
上图中u0——空塔气速，m /s；
φ——湿填料因子，简称填料因子，1 /m；
ψ——水的密度和液体的密度之比；
g——重力加速度，m /s2；
ρV、ρL——分别为气体和液体的密度，kg /m3；
w V、w L——分别为气体和液体的质量流量，kg /s。
此图适用于乱堆的颗粒形填料，如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等，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。
Eckert 通用关联图的横坐标为
0.50.5
w 57557.681.3514()()0.7836w 2702.8998.2
V L V L ρρ== 查图一查得纵坐标值为
20.2u ()0.032g V
F L L
ρφμρ= 表一 散装填料泛点填料因子平均值
（ 《化工原理课程设计》附录十一）
查得：
1170F m φ-=
1.1679/F u m s =
=
= （2）操作气速
由以下公式计算塔径：（《化工原理课程设计》）
D =
对于散装填料，其泛点率的经验值为u /u F =0.5~0.85 取 u =0. 7u F =0.7×1.1679=0.8175m/s （3）塔径
由0.931D m =
== 圆整塔径，取D =l.0m 。 （4）泛点率校核：
2
2000/3600
0.707/0.785 1.0
u m s =
=? 0.707100%60.60%(1.1679
F u u =?=在允许范围内） （5）填料规格校核：
100026.32838
D d ==> （6）液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 （L w ）min=0.08 m 3/m ·h
查填料手册得
塑料阶梯环比表面积a t =132.5m 2/m 3
U min=（L w ）min a t =0.08×132.5=10.6m 3/ m 2·h
32min 2
57557.68/998.2
73.45m /0.785 1.0
U m h U =
=>? 经以上校核可知，填料塔直径选用D =1000mm 合理。
3.2.2填料层高度计算 (1)传质单元数N OG
由平衡关系式可知平衡线为曲线，故采用数值积分法
Y 2=Y 0 Y 1=Y n n=10
0.010824Y ?= 用辛普森公式
0131242()4()2(3n
Y OG Y n n n Y
N f Y dY f f f f f f f f --?=?≈+++++++++???
?……）
()()0.11
*0.001760.010824
[586.1823.884128.5358.0739.6530.9129.723
278.3848.4134.6129.72]7.72
OG dY N Y Y =≈++++++-++++=?
（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
0.10.20.750.05
2221exp 1.45w C L t L L t L t L L L L t a U a U U a a g a σσμρρσ-????????????
=--?? ? ? ? ?????????????
查表二:
常见材质的临界表面力值
得 C σ= 33 dyn/cm = 427680 kg/h 2 液体质量通量为:
22
57557.68
73321.89/()0.785 1.0
L U kg m h =
=? 气膜吸收系数由下式计算：
0.050.20.750.1222842768073321.8973321.89132.573321.891exp 1.45940896132.5 3.6998.2 1.2710998.2940896132.50.5828
w t a a -????
?????????=--?? ? ? ? ??????????????????= 气体质量通量为:
10.7
3
0.237V V t V
G t V V V U a D
k a D RT μμρ??????= ? ? ???
???? 气体质量通量:
2
2
2000 1.35143443.05/()0.785 1.0
V U kg m h ?=
=? 10.7
3
23443.050.065132.50.0390.237132.50.065 1.35140.0518.3142980.0342/()G k kmol m hkPa ???????
= ? ? ?
?????????=
液膜吸收系数由下式计算:
211323
1218
3
3
2
60.009573321.89 3.6 3.6 1.27100.00950.4059132.5 3.2173998.2 6.20610998.21.353/L L L L w L L L L U g k a D m h μμμρρ---??????
= ? ? ?
????
????
??????= ? ? ???????????= 查表三:
常见填料塔的形状系数
本设计填料类型为开孔环 所以 Ψ=1.45,则
()
1.1
1.130.034313
2.50.5628 1.45
3.8492kmol / m kPa G G w k a k a h ψ==???=
0.4
0.4
1.35313
2.50.5628 1.45117.06/L L w k a k a l h
ψ==???=
又因
u/u F =60.60﹪＞50﹪ 需要按下式进行校正，即
1.4
'
2.2
'
19.50.51 2.60.5G G F L L F u k a k a
u u k a k a u ??????=+- ???????
??
????=+- ?
?????
?
可得：
()()()1.4
'32.2
'
19.50.571310.5 3.8492 4.7595kmol / m kPa 1 2.60.571310.5117.06117.97/G L k a h k a l h
??=+-?=??
??=+-?=??
则
()3''11
1.422kmol / m kPa 11
115.410.0156123.66
G G L K a h k a
Hk a
=
=
=++
?
由
2
74.87
1.422101.30.785 1.00.687OG Y G V V
H K a K aP m
==
ΩΩ
=
???= （3）填料层高度的计算
由0.687.72 5.25OG OG Z H N m ==?= 根据设计经验，填料层的设计高度一般为
Z ′＝(1.2~1.5)Z (4-19)
式中 Z ′——设计时的填料高度，m ；
Z ——工艺计算得到的填料层高度，m 。 得:
'Z = 1.25×5.25= 6.56 m 设计取填料层高度为
' 6.8Z m =
查：
表四 散装填料分段高度推荐值
对于阶梯环填料， 8~15m h
D
=， max 6h m ≤ 取
8h
D
= ，则h=8×1000=8000 mm 68008000mm mm <
故需分为两段，每段高3.4m 。
3.2.3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: 0.5
0.7902V L
V
L w
w ρρ??= ???
表五 散装填料压降填料因子平均值
查表得，Φp =116 m -1
纵坐标为:
220.20.20.671161 1.3514
0.1000.007199.81998.2V P L L u g ρψμρΦ??=??=
查Eckert 通用关联图得: △P/Z = 132Pa/m 填料层压降为: △P=132×7.0=924Pa
四、辅助设备的计算及选型
1. 除雾沫器
穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴，因此需在塔顶气体排出口前设置除沫
器，以尽量除去气体中被夹带的液体雾沫，常用的型式有填料除雾器、折流板式除雾器、丝网除雾器这几类，SO2溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的使用围，该填料塔选取丝网除沫器。
丝网除雾沫器：一般取丝网厚度H=100~150 mm，气体通过除沫器的压降约为120~250pa。
2.液体分布器简要设计
（1）液体分布器的选型
该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。
（2）分布点密度计算
表六Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值
按Eckert建议值，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为140点/m2。
布液点数为n=0.785×1.02×140=110≈112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，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，实际设计布点数为n=112点.
图二槽式液体分布器二级槽的布液点示意图（3）布液计算
由重力型液体分布器布液能力计算
由2
4
S
L d n
π
=
式中L s——液体流量，m3/s；
n——开孔数目(分布点数目)；
φ——孔流系数，通常取φ＝0.55～0.60；
d0——孔径，m ；
△H——开孔上方的液位高度，m。
取φ=0.60，H
?=160mm,
则
0.5
0.5
0.01309
d
m
??
=
=
=
设计取
14
d mm
=
液体分布器的安装一般高于填料层表面150~300 mm (取决于操作弹性)，槽式分布器主槽分槽高度均取210mm，主槽宽度为塔径的0.7~0.8，这里取塔径的0.7，分槽宽度由液体量及停留时间确定，最低液位为50mm为宜，最高液位由操作弹性塔允许高度及造价确定，一般为200 mm 左右。
3.液体再分布器----------升气管式液体再分布器
在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔中心处填料的不到好的润湿，形成所谓的“干锥体”的不正常现象，减少了气液两相的有效接触面积。因此每隔一定的距离设置液体再分布装置，以克服此现象。
由于塔径为1000mm，因此可选用升气管式再分布器，分布外径1080mm，升气管数8。
4.填料支承装置
填料支撑结构是用于支承塔填料及其所特有的气体和液体的重量之装置。对填料支承结构的基本要：有足够的强度以支承填料的重量；提供足够的自由截面以使气、液两相流体顺利通过，防止产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。
常用的填料支承板主要有栅板式和气体喷射式等结构。
1）栅板式支承板
栅板式的支承结构较为常见，由竖立的扁钢制成。栅板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；直径为大于600mm的塔，可以根据情况将栅板分成若干块，每块宽度在300~400mm之间，以便于装卸。栅条间
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↑ 。
《化工原理》课程设计 水吸收氨气过程填料塔的设计学院 专业制药工程 班级 姓名 学号 指导教师 2013 年 1 月 15 日 目录 设计任务书 (4)
参考文献 (15) 对本设计的评述及心得 (15)
附表：附表附表
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，用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为7500 m3/h，其中含氨气为5％（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于％（体积分数）。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的倍。 (二)、操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度 20℃. (三)填料类型 选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。 (四)工作日 每年300天，每天24小时连续进行。 (五)厂址 厂址为衡阳地区 (六)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。 (七)操作条件 20℃氨气在水中的溶解度系数为H＝（m3kPa）。 第一节前言 填料塔的有关介绍 填料塔洗涤吸收净化工艺不单应用在化工领域 ,在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。工程实践表明 ,合理的系统工艺和塔体设计 ,是保证净化效果的前提。本文简述聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。 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，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。 填料塔的主体结构如下图所示： 图1 填料塔结构图 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
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)
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 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： 密度为ρ L =997.1 kg/m3 粘度为μ L =0.0008937 Pa·s=3.2173kg/(m·h) 表面张力为σ L =71.97 dyn/cm=932731 kg/h2 SO 2在水中的扩散系数为 D L =1.724×10-9m2/s=6.206×10-6m2/h （依Wilke-Chang 0.5 18r 0.6 () 1.85910 M T D V φ μ - =?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
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）
SO2填料吸收塔課程設計 專業班級：化工0803班 姓名：*** 學號：****** 指導老師：*****
目錄 一·目的和要求 二·設計任務 三·設計方案 1.吸收劑的選擇 2.塔內氣液流向的選擇 3.吸收系統工藝流程（工藝流程圖及說明） 4.填料的選擇 四·工藝計算 1.物料衡算，吸收劑用量，塔底吸收液濃度 2.塔徑計算 3.填料層高度計算 4.填料層壓降計算 5.填料吸收塔的主要附屬構件簡要設計 6.動力消耗的計算與運輸機械的選擇（對吸收劑）五·設備零部件管口的設計計算及選型 六·填料塔工藝數據表 填料塔結構數據表 物性數據表 七·對本設計的討論 八·主要符號說明 九·參考文獻
一·目的和要求 1．進行查閱專業資料、篩選整理數據及化工設計的基本訓練； 2．進行過程計算及主要設備的工藝設計計算，獨立完成吸收單元的設計；用簡潔的文字和圖表清晰地表達自己的設計思想和計算結果； 3.建立和培養工程技術觀點； 4.初步具備從事化工工程設計的能力,掌握化工設計的基本程式和方法。 5.獨立完成課程設計任務。 二·設計任務 1.題目：SO2填料吸收塔 2 生產能力：SO2爐氣的處理能力為1500 m3/h（1atm,30℃時的體積） 3 爐氣組成：原料氣中含SO2為9%（v）,其餘為空氣 4 操作條件： P=1atm(絕壓） t=30 ℃ 5 操作方式：連續操作 6 爐氣中SO2的回收率為95％ 三·設計方案 1.吸收劑的選擇 用水做吸收劑。水對SO2有較大的溶解度，有較好的化學穩定性，有較低的粘度，廉價、易得、無毒、不易燃燒 2.塔內氣液流向的選擇 在填料塔中，SO2從填料塔塔底進入，清水從塔頂由液體噴淋裝置均勻淋下。 3.吸收系統工藝流程（工藝流程圖及說明） 二氧化硫爐氣經由風機從塔底鼓入填料塔中，與由離心泵送至塔頂的清水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。經吸收後的尾氣由塔頂排除，吸收了SO2的廢水由填料塔的下端流出。 4.填料的選擇 可選擇（直徑）25mm塑膠鮑爾環填料(亂堆)。特性數據如下： 比表面積α:209 m2/m3
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
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
填 料 塔 设 计 说 明 书 设计题目：水吸收氨填料吸收塔学院：资源环境学院 指导老师：吴根义罗惠莉 设计者：海江 学号：7 专业班级：08级环境工程1班
一、设计题目 试设计一座填料吸收塔，用于脱出混于空气中的氨气。混合气体的处理为2400m3/h，其中含氨5%，要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小量的1.5倍。 二、操作条件 1、操作压力常压 2、操作温度 20℃ 三、吸收剂的选择 吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。水廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。 四、流程选择及流程说明 逆流操作气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。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。工业生产中多用逆流操作。 五、塔填料选择 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间隙，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，成为目前使用的环形填料中最为优良的一种 选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格：
六、填料塔塔径的计算 1、液相物性数 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，20℃水的有关物性数据如下： 密度为:L ρ=998.2 kg/m3 粘度为:μL=0.001004 Pa·S=3.6 kg/（m·h） 表面力为σL=72.6 dyn/cm =940896 kg/h2 2、气相物性数据： 20℃下氨在水中的溶解度系数为：H=0.725kmol/(m3·kPa)。 混合气体的平均摩尔质量为： Mvm=0.05×17.03g/mol +0.95×29g/mol=28.40g/mol , 混合气体的平均密度为：ρvm =1.183 kg/m3 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为: μv=1.81×10-5 Pa·S=0.065 kg/(m·h) 3、气相平衡数据 20℃时NH3在水中的溶解度系数为H=0.725 kmol/(m3·kPa),常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为E=76.41kPa 。 4、物料衡算： 亨利系数 S L HM E ρ= 相平衡常数 754.03 .10102.18725.02 .998=??=== P HM P E m S L ρ E ——亨利系数 H ——溶解度系数 Ms ——相对摩尔质量
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
填写说明 一、学生的教学实习、生产实习、毕业（教育）实习和综合实习均应填写实习 日记，并撰写实习报告； 二、学生的实习报告和实习日记将作为评价实习成绩的重要依据； 三、学生应在实习结束后的一个星期内将实习报告统一交实习指导教师； 四、指导教师应对学生的实习报告和实习日记逐一认真审阅，并作出客观实际 的正确评价； 五、实习报告经学院审核后作为教学档案长期保存。
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。
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)
化工原理课程设计任务书设计题目填料吸收塔设计—15 主要内容1、设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备进行简要 论述； 2、主要设备的工艺设计计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的 选定、填料塔结构设计和工艺尺寸的设计计算； 3、辅助设备的选型 4、绘流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备和辅助设备的 物料方向、物流量、能流量。 5、吸收塔的设备工艺条件图 6、编写设计计算说明书 设计参数用清水吸收空气中的NH 3 气体，混合气体处理量5000m3/h，其中NH 3 含量为0.14kg/m3干空气（标态），干空气温度为25℃，相对湿度为 70%，要求净化气中NH 3 含量不超过0.07%（体积分数），气体入口温 度40℃，入塔吸收剂中不含NH 3 ，水入口温度30℃。 设计计划进度布置任务，学习课程设计指导书，其它准备……………0.5天主要工艺设计计算…………………………………………2.5天辅助设备选型计算／绘制工艺流程图……………………1.0天绘制主要设备工艺条件图…………………………………1.0天编写设计计算说明书（考核）……………………………1.0天合计：（1周）………………………………………………6.0天 主要参考文献1. 《化工原理课程设计》，贾绍义等编，天津大学出版社，2002.08 2.《化工原理》（上、下册），夏清，陈常贵主编，天津大学出版社， 2005.01 3. 《化工原理课程设计》，大连理工大学编，大连理工大学出版社， 1994.07 4.《化工工艺设计手册》（第三版）（上、下册），化学工业出版社， 2003.08 5.《化学工程手册》（第二版）（上、下卷），时钧等主编，化学工 业出版社，1998.11 6.《化工设备机械基础》，董大勤编，化学工业出版社，2003.01 7.《化工数据导引》，王福安主编，化工出版社，1995.10 8.《化工工程制图》，魏崇光等主编，化学工业出版社1994.05 9.《现代填料塔技术指南》，王树楹主编，中国石化出版社，1998.08 设计文件要求1.设计说明书不得少于7000字，A4幅面； 2.工艺流程图为A2幅面； 3.设备工艺条件图为A3幅面； 备注
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)
填料吸收塔课程设计
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。混合气体的处理量m3/h 2000 含量（体积分数）10% 混合气体SO 2 的回收率不低于97% SO 2 吸收剂的用量与最小用量之比 1.3 （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 属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流用水吸收SO 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 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。
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： 密度为ρ L =997.1 kg/m3 粘度为μ L =0.0008937 Pa·s=3.2173kg/(m·h) 表面张力为σ L =71.97 dyn/cm=932731 kg/h2 SO 2在水中的扩散系数为 D L =1.724×10-9m2/s=6.206×10-6m2/h （依Wilke-Chang 0.5 18r 0.6 () 1.85910 M T D V φ μ - =?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 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃ 常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据 7.熔 根据上式计算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =??=301 314.805.333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3
混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2 /h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6?105kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =?=P E 溶解度系数为H= )/(1013.218 106.22.997345kPa m kmol E M s ??=??=-ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即 2121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581 ①塔径计算 采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量计算 即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/h Eckert 通用关联图横坐标为 0.011799 查埃克特通用关联图得226.02.0=??L L V F F g u μρρ?φ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φ Uf=3.964272m/s 取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s