水吸收二氧化硫填料塔设计(共37页).doc

《水吸收二氧化硫填料塔设计(共37页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水吸收二氧化硫填料塔设计(共37页).doc（37页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上 课 程 设 计课程名称： 化工原理课程设计 设计题目： 水吸收二氧化硫烟气的填料塔设计 学 院： 环境科学与工程学院 专 业： 再生资源科学与技术 年 级： XXX级 学生姓名： XXX 指导教师： XXX 日 期： 2013.6.24-2013.7.5 专心-专注-专业 课 程 设 计 任 务 书一、设计任务及操作条件设计题目：水吸收SO2烟气的填料塔设计操作条件：（1）混合烟气处理量为1000m3/h（30,100KN/m2）； （2）进塔气体组成：9%（体积比）SO2,其余可视为空气； （3）回收其中所含SO2的95%； （4）吸收塔操作温度为30，压力位10

2、0KN/m2； （5）液气比为最小液气比的1.2倍； （6）空塔气速取泛点气速的0.65倍； （7）填料：自选；二、设计内容1. 设计方案的选择及流程的确定；2. 塔的物料衡算和热量衡算；3. 塔的主要工艺尺寸确定：（1） 塔高的确定；（2） 塔径的确定；（3） 全塔压降的验算；4. 辅助设备的选型与计算；5. 绘制工艺流程图；6. 绘制填料塔设备图；7. 编写设计说明书。摘要：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

3、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。 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， 关键词：吸收 单元操作 解析 目 录 00000111233334455677 7788890第4章 334455第5章 7第6章 892第1章 绪论1.1吸收技术概况 利用混合气体中各组分在同一种溶剂（吸收剂）中溶解度的不同分离气体混合物的

4、单元操作称为吸收。吸收是分离气体混合物最常见的单元操作之一。 工业吸收操作是在吸收塔内进行的。在吸收操作中，通常将混合气体中能够溶解于溶剂中的组分称为溶质或吸收质，以A表示;而不溶或微溶的组分称为载体或惰性气体，以B表示；吸收所用的溶剂称为吸收剂，以S表示；经吸收后得到的溶液称为吸收液;被吸收后排出吸收塔的气体称为吸收尾气。吸收就是吸收质从气相转入液相的过程。吸收过程通常在吸收塔中进行。根据气、液两相的流动方向，分为逆流操作和并流操作两类，工业生产中以逆流操作为主，吸收剂以塔顶加入自上向下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。吸收塔操作示意图如图

5、片2-1所示。V，Y2 L，X2符号含义： Y X V 单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s； L 单位时间内通过吸收塔的溶剂量，kmol/s；Y1，Y2 分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔 比，kmol/kmol；X1，X2 分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔 比，kmol/kmol。mnV，Y1L，X1图2-1 吸收塔操作示意图吸收塔设备是气液接触的传质设备，一般可分为逐级接触型和微分接触型两类。板式塔属于逐级接触型的气液传质设备，它是在塔体内按照一定距离设置许多塔盘，气体以鼓泡或喷射的方式穿过塔盘上的液层。填料塔属于微分接触型气液传质设备，它是在塔体内装有一定数量的填料，填

6、料的作用是提供气液间的传质面积。在塔内液体沿填料表面下流，形成一层薄膜，气体沿填料空隙上升，在填料表面的液层与气体的界面上进行传质过程。1.2吸收在工业生产中的应用 在化工生产中所处理的原料中间产物粗产品等几乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，为进一步加工和使用，常需将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。对于均相物系，要想进行组分间的分离，必须要造成一两个物系，利用原物系中各组分间某种物性的差异，而使其中某个组分（或某些组分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。物质在相间的转移过程称为物质传递过程。吸收单元操作是化学工业中常见的传质过程。气体的吸收在化工生产中主要用来达到以下几种目的

7、：(1)有用组分的回收。例如用硫酸处理焦炉气以回收其中的二氧化硫，用气油处理焦炉气以回收其中的芳烃，用液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等。(2)原料气的净化。例如用水和碱液脱除合成二氧化硫原料气中的二氧化碳，用丙酮脱除裂解气中的乙炔等。(3)某些产品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氢以制备盐酸，用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等。(4)废气的治理。例如：电厂的锅炉尾气含二氧化硫。硝酸生产尾气含一氧化氮等有害气体，均须用吸收方法除去。1.3吸收设备的发展 吸收操作主要在填料塔和板式塔中进行，几种常用的吸收塔有填料塔、湍球塔、板式塔等。其中填料塔的应用较为广泛。 填料塔的历

8、史较久，早在19世纪中期已开始用于生产，到20世纪初，人们以碎石、短管段等为填料用来蒸馏原油，改进了原来的釜式蒸馏技术，促进了石油工业的发展。但由于当时对填料两相的流动研究很少，塔的优越性未能全部发挥，故不久就为泡罩塔所取代。后来随着石油、酸碱、肥料、石油化工等工业的飞速发展，人们对填料塔的实践和认识才进一步不断加深，制造了多种形式的填料；对填料塔的压降和泛点得出了较为可靠的关联式，为设计和操作提供了依据。 填料塔，它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填

9、料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。塔填料的研究与应用已获得长足的发展，鲍尔环、阶梯环、莱佛厄派克环、金属环矩鞍等的出现标志着散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的突破。规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下，倍受重视，已成为塔填料的重要品种。其中金属与塑料波纹板造价适中，抗污力强，操作性能好

10、，并易于工业应用，可作为通用填料使用；栅格填料对液体负荷和允许压降要求苛刻的过程十分有利，并具有自净机能，即使应用在污垢系统也能长期稳定运转；脉冲填料独特的结构使之在大流量、大塔径下也不会发生偏流，极易工业放大，从发展上看很有希望。 近年来，工程界对填料塔进行了大量的研究工作，主要集中在以下几个方面：(1) 开发多种形式、规格和材质的高效、低压降、大流量的填料；(2) 与不同填料相匹配的塔内件结构；(3) 填料层中液体的流动及分布规律；(4) 蒸馏过程的模拟。填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等。对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推

11、荐用于0.60.7m以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他性能内件的开发，以及人们对填料流体力学，放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。第2章 设计方案2.1吸收剂的选择 吸收操作的好坏在很大程度上取决于吸收剂的性质。选择吸收剂时在，主要考虑以下几点：(1) 溶解度大 吸收剂对溶质组分的溶解度越大，则传质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少，操作费用较低。 (2) 选择性好 吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。 (3) 挥发性好 在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和。故在操作温度下，吸收剂的蒸汽

12、压要低，以减少吸收剂的损失量。 (4) 粘度低 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高。（5）易再生 当富液不作为产品时，吸收剂要易再生，以降低操作费用。要求溶解度对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小；而且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升，则被吸收的气体解吸，吸收剂再生方便。 (6) 其它 所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定、经济安全1。在实际生产中满足所有要求的吸收剂是不存在的。应从满足工艺要求出发，对可供选择的吸收剂做全面的评价，作出科学、

13、经济、合理的选择。表2-1 物理吸收剂和化学吸收剂的选择物理吸收剂化学吸收剂（1）吸收容量（溶解度）正比于溶质分压（2）吸收热效应很小（近于等温）（3）常用降压闪蒸解吸（4）适于溶质含量高，而净化度要求不太高的场合（5）对设备腐蚀性小，不易变质（1）吸收容量对溶质分压不太敏感（2）吸收热效应显着（3）用低压蒸汽气提解吸（4）适于溶质含量不高，而净化度要求很高的场合（5）对设备腐蚀性大，易变质 综上所述，考虑吸收剂的选用标准，在二氧化硫的吸收过程中，采用水为吸收剂。2.2 吸收流程的选择2.2.1 气体吸收过程分类 气体吸收过程通常按以下方法分类。 (1) 单组分吸收与多组分吸收:吸收过程按被吸

14、收组分数目的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收。若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶（或微溶）于吸收剂，这种吸收过程称为单组分吸收。反之，若在吸收过程中，混合气中进入液相的气体溶质不止一个，这样的吸收称为多组分吸收。 (2) 物理吸收与化学吸收: 在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，可以把吸收过程看成是气体溶质单纯地溶解于液相溶剂的物理过程，则称为物理吸收。相反，如果在吸收过程中气体溶质与溶剂(或其中的活泼组分)发生显著的化学反应，则称为化学吸收。 (3) 低浓度吸收与高浓度吸收: 在吸收过程中，若溶质在气液两相中的摩尔分率均较低（通常不超过0.1），这种吸收称为低

15、浓度吸收；反之，则称为高浓度吸收。对于低浓度吸收过程，由于气相中溶质浓度较低，传递到液相中的溶质量相对于气、液相流率也较小，因此流经吸收塔的气、液相流率均可视为常数。 (4) 等温吸收与非等温吸收: 气体溶质溶解于液体时，常由于溶解热或化学反应热，而产生热效应，热效应使液相的温度逐渐升高，这种吸收称为非等温吸收。若吸收过程的热效应很小，或虽然热效应较大，但吸收设备的散热效果很好，能及时移出吸收过程所产生的热量，此时液相的温度变化并不显著，这种吸收称为等温吸收。 2.2.2吸收装置的流程 吸收装置的流程主要有以下几种。 （1）逆流操作 气相自塔底进入塔顶排出，液相自塔顶进入塔底排出，此即逆流操作

16、。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。 （2）并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需要吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。 （3）吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过

17、程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平蘅常数m植很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应予指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需要设置循环泵，操作费用增加。 （4）多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需要经常清理调料，为便于维修，可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，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需要留较大空间，输液、喷淋、支承板等辅助装置增加，使设备投资加大。 （5）串联并联混合操作 若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小（

18、否则易引起塔的液泛），塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程。用水吸收二氧化硫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，且二氧化硫不作为产品，故采用纯溶剂。2.3吸收塔设备及填料的选择2.3.1 吸收塔设备对于吸收过程，塔设备有多种，如何选择合适的类型是进行工业设计的首要工作。而进行这一项工作则主要对吸收过程进行充分的研究后，并经过多方案对比方能得到较满意的结果。一般而言，吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求，即用较小直径的塔设备完成规定的处理量，塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，具有合适的操作弹性，结构简

19、单，造价低，易于制造、安装、操作和维修等。 但作为吸收过程，一般具有操作液气比大的特点，因而更适用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能，所以对于吸收过程来说，以采用填料塔居多。但在液体流率很低难以充分润湿填料，或塔径过大，使用填料不很经济的情况下，以采用板式塔为宜。 本设计过程采用填料塔作为吸收设备。2.3.2 填料的选择塔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因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。在选择塔填料时应考虑如下几个问题：（1）比表面积要大 比表面积a是指单位体积的填料层所具有的表面积，大的比表面积和良好的润湿性能有利于传质

20、速率的提高。（2）空隙率大 空隙率是指单位体积的填料所具有的空隙体积，填料的空隙率大，气液通过的能力大，气体流动的阻力小，填料的空隙率一般在0.45-0.95范围。（3）堆积密度小 堆积密度是指单位体积填料的质量，在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量减薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。（4）填料的几何形状 填料的几何形状对填料的流体力学和传质性能有着重要的影响。（5）填料的材质 工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类，不同的材质适应于不同的操作条件9。陶瓷拉西环具有优异的耐酸耐热性能，能耐除氢氟酸以外的各种无机酸、有机酸及有机溶剂的腐蚀，可在各种高，低场合使用，应

21、用范围十分广泛。 另外，本设计的目的是除去烟气中的二氧化硫，对填料的效率要求并不高，同时陶瓷拉西环的成本较低，比较适合于本次设计的填料选择，因此，本设计选用陶瓷拉西环作为填料。部分规格的陶瓷拉西环主要性能参数见附表。2.4吸收剂再生方法的选择依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方案，工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生、加热再生及气提再生等。A. 减压再生（闪蒸） 吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得融入吸收剂中的溶质得以再生。该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下

22、进行，若采用减压再生，那么解吸操作需要在真空条件下进行，则过程可能不够经济B. 加热再生 加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于吸收温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸气作为加热介质，加热方法可依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热。2.5 操作参数的选择2.5.1操作温度的确定对于物理吸收而言,降低操作温度,对吸收有利.但低于环境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取

23、的,所以一般情况下,取常温吸收较为有利.对于特殊条件的吸收操作方可采用低于或高于环境的温度操作.对于化学吸收,操作温度应根据化学反应的性质而定,既要考虑温度对化学反应速度常数的影响,也要考虑对化学平衡的影响,使吸收反应具有适宜的反应速度。对于再生操作,较高的操作温度可以降低溶质的溶解度,因而有利于吸收剂的再生。而对本设计而言，由吸收过程的气液关系可知，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有吸收系统的具体情况决定。依据本次设计要求，操作温度定为30。2.5.2操作压力的确定操作压力的选择根据具体情况的不同分为三种：对于物理吸收,加压操作一方面有利于提高吸收过程的传

24、质推动力而提高过程的传质速率,另一方面,也可以减小气体的体积流率,减小吸收塔径.所以操作十分有利.但工程上,专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下,一般是以前道工序的压力作为吸收单元的操作压力。对于化学吸收,若过程由质量传递过程控制,则提高操作压力有利,若为化学反应过程控制,则操作压力对过程的影响不大,可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压力,但加大吸收压力依然可以减小气相的体积流率,对减小塔径仍然是有利的。对于减压再生(闪蒸)操作,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定,逐次或一次从吸收压力减至再生操作压力,逐次闪

25、蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果。本设计中由吸收过程的气液平衡可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，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，综合考虑，采用常压100KPa。第三章 吸收塔工艺条件的计算3.1基础物性数据3.1.1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，查得30时水的有关物性数据如下：密度L=995.7(kg/m3)粘度L=0.(PaS) 表面张力L=0.0712(N/m)SO2在水中的扩散系数DG=2.210-9(m2/s)=7.9210-6(m2/h)3.1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为混合

26、气体的平均密度为混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的30 C空气的粘度为30时SO2在水中的扩散系数DG=2.210-9(m2/s)=7.9210-6(m2/h)3.1.3气液两相平衡时的数据查表得常压下30在水中的亨利系数为相平衡常数为 溶解度系数为3.2物料衡算因为公式V（Y1-Y2）=L(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。进塔气相摩尔比为出塔气相摩尔比为进塔惰性气相流量为 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，即对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为, 取操作液气比进塔吸收剂的流量为L=55.28836.124=1

27、997.224kmol/h)3.3填料塔的工艺尺寸计算3.3.1塔径的计算 考虑到填料塔内部的压力降，塔的操作压力为100KPa,液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即WL=LM=1997.22418.02=35989.976kg/h气相质量流量为WV=VV=10001.275=1275kg/h采用埃克特通用关联图有： 横坐标 在关联图上对应的乱堆填料泛点线纵坐标值为0.024，即纵坐标 由表2-2可查得DN=25mm的瓷拉西环的填料因子=450m-1，带入数据可得：本次设计选用瓷拉西环填料。对于散装填料，泛点率的经验值为，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

28、，根据设计要求，此处选择0.65。因此塔的直径圆整后取D=0.9m=900mm3.3.2泛点率校核和填料规格泛点率校核在（50%80%）之间，所以符合要求.填料规格校核拉西环的径比要求：8有即符合要求。，3.3.3液体喷淋密度校核取最小润湿速率为：DN=25mm的瓷拉西环比较面积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=900mm合理。3.4填料层高度计算3.4.1传质单元数的计算解吸因数为气相总传质单元数为3.4.2传质单元高度的计算由于SO2用水做吸收剂时，是中等溶解度气体，气膜阻力和液膜阻力在总阻力中有相当的比例。计算体积吸收系数的经验公式为： 其中a为水的表面张力，为

29、常数。30时，a=0.0143由如下关系：可得传质单元高度3.4.3填料层高度的计算根据设计经验，填料层设计高度一般为 ,因此取所以设计取填料层高度为。查散装填料分段高度推荐值可得拉西环的分段高度与塔径之比h/D=2.5，允许填料层的最大高度。因此，填料层需分成四段，每段2.0m。3.5填料塔附属高度的计算塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高度，塔的底部空间高度等。塔的上部空间高度是为使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来而留取的高度，可取1.2m（包括除沫器高度）。设塔底液相停留时间为10s，则塔釜液所占空间高度为： 考虑到气相接管的空间高度，底部空间高度取为2.

30、0米，那么塔的附属空间高度可以取为3.2m。吸收塔的总高度为11.2m。3.6液体分布器的设计 液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器，布液孔数应应依所用填料所需的质量分布要求决定，喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大这一规律。3.6.1液体分布

31、器的选型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。性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：液体分布均匀 评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。分布点密度。液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差较大。大致规律是：塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。表3-1列出了散装填料塔的分布点密度推荐值。表3-1 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径，mm分布点密度，塔

32、截面D=400330D=800180D=900140D120042分布点的几何均匀性。分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题。设计中，一般需通过反复计算和绘图排列，进行比较，选择较佳方案。分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降夜点间流量的均匀性。为保证各分布点的流量均匀，需要分布器总体的合理设计、精细的制作和正确的安装。高性能的液体分布器，要求个分布点与平均流量的偏差小于6%。操作弹性大 液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为24，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须

33、特殊设计。自由截面积大 液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35%以上。其它 液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便。当填料层高度与塔径之比超过某一数值时，填料层需分段。在各段填料层之间安设液体再分布器，以收集自上一填料层来的液体，为下一填料层提供均匀的液体分布。该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较小，故选用槽式液体分布器。3.6.2分布点密度及布液孔数的计算按照Eckert建议值，D=900mm 时，喷淋点密度为140点/m2。布液点数为n=0.9140=0.7850.81140=89点。按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。取圆盘直径为塔径的

34、0.65-0.8倍，分布盘厚度5mm.布液计算： 由 L: 液体流量 m3/sn: 开孔数目: 孔流系数，取0.550.60d0: 孔径，m: 开孔上方的液位高度，m 取，do=设计取 do=12mm。3.6.3塔底液体保持管高度的计算 取布液孔的直径为12mm，则液位保持管中的液位高度可由公式：得，即： 式中：布液孔直径，m L：液体流率，m3/s ：布液孔数 ：孔流系数 ：液体高度，m ：重力加速度，m/s2 值由小孔液体流动雷诺数决定，可取，取 根据经验 ，则液位保持管高度为： 3.7其它附属塔内件的选择3.7.1 填料支撑板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，

35、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75% 。本次设计选用驼峰型支撑装置。3.7.2 填料压紧装置与床层限制板对于散装填料，可以选用压紧栅板，也可以选用压紧网板，在其下方根据填料的规格铺设一层金属网，并将其与压紧栅板固定。设计中，为防止在填料压紧装置处压降过高甚至发生液泛，要求压板或限制板自由截面分率大于70。本次设计选用压紧网板。3.7.3气体进出口装置与排液装置（1）气体进出口装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500mm直径以下的小塔，可使进气管

36、伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其它均布气流的装置。气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。最简单的装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采用旋流板除雾器。本设计中选用折板除雾器。折板除雾器的结构简单有效，除雾板由的角钢组成，板间横向距离为25mm，垂直流过的气速可按下式计算：式中 气速，m； 液相及气相密度，； 系数，0.085-0.10；本设计中取k=0.09，则流过的气速所需除雾板组的横断面为 m由上式确定的气速范围，除雾板的阻力为49-98

37、pa，此时能除去的最小雾滴直径约为0.05mm，即50.（2）排液装置液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。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）管径依气速决定后，应按标准管规定进行圆整.在以后的各节中会有计算。3.8流体力学参数计算3.8.1 全塔压降计算（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。则气体的进出口流速为:则进口 （突然扩大 =1）出口 (突然缩小 =0.5）（2）填料层压力降气体通过填料层的压力降采用Eckert关联

38、图计算，有前面计算可知其中横坐标为 查散装填料压降填料因子平均值得套瓷拉西环的散装填料压降填料因子平均值为m-1表3-1 散装填料压降填料因子平均值填料类型填料因子, 1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环306-11498-金属环矩鞍-13893.47136金属阶梯环-11882-塑料鲍尔环34323211412562塑料阶梯环-17611689-瓷矩鞍环700215140160-瓷拉西环1050576450288-纵坐标为 查Eckert关联图得： 所以填料层压力降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：。3.8.2吸收塔主要接管的尺寸计算 本设计

39、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0.83.0m/s（必要时可加大些）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，取u液=1.8m/s。查流体输送用不锈钢无缝钢管规格：GB/T 14976-94可知，可选用热轧无缝钢管管径为。则实际管内径为94mm.实际通过液体接管的液速为：。2气体进料接管采用直管进料。取气速 所以查流体输送用不锈钢无缝钢管规

40、格：GB/T 14976-94可知取管径为实际管内径为，则实际通过气体接管的气速为：3吸收剂输送管路直径及流速计算根据管材规范，选择型的热轧无缝管道，其内径为145mm，其实际流速为： 。3.8.3离心泵的计算与选择a) 流量 b) 流量所需的扬程 式中 两截面处位头差； 两截面处静压头之差； 两截面处动压头之差； 直管阻力； 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： 管路总阻力和所需压头计算根据管路的平立面布置，计算所得雷诺数为： （湍流）利用柏拉修斯关系式有： 根据填料塔高及泵的大体位置，管路长取13米 选用三个90。弯头，三个截止阀全开 考虑到安全系数，查得流量的安全

41、系数为1.1，扬程的安全系数为1.051.1 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轴功率电机功率145010013.0623.837.52.5表3-2第4章 工艺设计计算结果汇总与主要符号说明4.1 填料塔工艺尺寸计算结果表： 表-1项目符号数值与计量单位气相质量流量WV1275kg/h液相质量流量35990.97kg/h塔径 900mm空塔气速0.437泛点率66.80%气相总传质单元数9.79气相总传质系数3.099 kmol/(m3.h.kpa)气相传质单元高度1.13填料层高度Z8.0填料塔上部空间高度1.2填料塔下部空间高度2.0塔附属高度3.2塔高11.78布液孔数89点孔径d00.012m开孔上方高度0.16m液位保持管高度h0.16m4.2 流体力学参数计算结果汇总： 表-2项目符号数值与计量单位气体进口压力降P1159.38 Pa;气体出口压力降P283.19 Pa;填料层压力降P31098.72Pa;吸