填料塔设计详细计算过程.pdf

1 第一章第一章 设计任务设计任务 依据和要求依据和要求 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）处理量为：106Kmol/h 2、混合气组成：SO2 含量为 6.7% （ mol% ） ， 空气为：93.3 %（mol%） 3、要求出塔净化气含 SO2为：0.148 %（mol%） ， H2O 为 ：1.172 kmol/h 4、吸收剂为水，不含 SO2 5、常压，气体入塔温度为 25，水入塔温度为 20。 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降的计算。 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下的平衡数据 X Y X Y 0.00281 0.0776 0.000423 0.00763 0.001965 0.00513 0.000281 0.0042 0.001405 0.0342 0.0001405 0.00158 0.000845 0.0185 0.0000564 0.00066 0.000564 0.0112 2 四、气体及液体的物性数据 1、气体的物性：气体粘度()0.0652/ G ukgm h= 气体扩散系数 2 0.0393/ G Dms= 气体密度 3 1.383/ G kg m = 2、液体的物性：液体粘度 L=3.6 kg /(mh); 液体扩散系数 DL=5.310- 6m2/s; 密度L=998.2 kg /m3; 液体表面张力 42 73/92.71 10/ L dyn cmkg h = 五、五、 设计要求设计要求 1、设计计算说明书一份 2、填料塔图（2 号图）一张 第二章 SO2净化技术和设备 一、SO2的来源、性质及其危害 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 3 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） 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 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、Fe 3+、KMnO 4、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；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 4 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（） 5 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：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） 6 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：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 1.5-5 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、净化技术 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和湿法脱硫。 干法脱硫：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：湿法脱硫：该法是采用液体吸收剂如水或碱溶液洗涤含二氧化硫的烟气， 通 6 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 板式塔与填料塔的比较板式塔与填料塔的比较 项目项目 塔型塔型 备注备注 板式塔板式塔 填料塔填料塔 造价造价 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 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 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，生产能 力较小 压降压降 压降较大 压降小，尤其是丝网填料 操作弹 性 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 液气比液气比 L/V 的 范围 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 7 清洗的 方便性 清洗的 方便性 清洗较方便 清洗费时 对腐蚀 介质的 适应性 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 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 塔中换 热的可 能性 可以实现 困难 材料要 求 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 安装维 修 较容易 较难 重量重量 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，本次设计应 采用填料塔最为合适。 四、填料塔的结构：示意图 主要结构如下所示： 主要结构主要结构 作用作用 主要要求主要要求 外壳外壳 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 8 力降低 填料支承填料支承 支承填料，并使气流分布均匀 自由截面积大，应=65%。强度大 液体喷淋器液体喷淋器 使液体均匀地喷淋在填料上 喷洒均匀，防堵 除雾器除雾器 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 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。 、鼓风机 2、吸收塔 3、贮液槽 4、转子流量计 5、水泵 第三章 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=6.7； 出口气体量 y2=0.148低浓度吸收时： Y1=0.0718 Y2=0.00148 进口液体不含二氧化硫所以 x2=0 9 水吸收SO2平衡曲线 y = 40.516x + 0.0015 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 00.00050.0010.00150.0020.00250.003 SO2在水中的摩尔分数 SO2在空气中的摩尔分数 平衡线 操作线 线性 (操作线) 由 H2OSO2在常压 20 oC 的平衡数据，得 X1*=0.00262 Lmin=G 12 12 YY XX min L G = 12 12 YY XX = 0-0.00276 00145 . 0 076 . 0 =27.3641 低浓度时有 GBG=98.898 kmol/h 吸收剂的最小用量： min L= min L G G =27.364198.898=2706.2548（kmol/h） L=(1.12.0) min L，取 L=1.3 min L 吸收剂实际用量为 L=1.327.3641=3518.13（kmol/h） 10 逆流吸收塔操作示意图如下：逆流吸收塔操作示意图如下： X：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 表一气相进、出口组成 组 成 入口 出口 质 量 流 量 质 量 百 分 比 摩 尔 流量 摩 尔 百 分 比 质 量 流 量 质 量 百 分 比 摩尔流 量 摩 尔 百 分比 空 气 2868.042 86.32 98.898 93.3 2868.042 98.95 98.898 98.68 So2 454.528 13.68 7.102 6.7 9.408 0.32 0.147 0.15 H2o 21.096 0.73 1.172 1.17 3322.57 100 106 100 2898.546 100 100.217 100 表二液相进、出口组成 组入口 出口 Y X X1 Y1 X2 Y2 11 成 质 量 流 量 质 量 百 分 比 摩尔流 量 摩 尔 百 分 比 质量流量 质 量 百 分 比 摩尔流 量 摩 尔 百 分比 So2 445.12 0.698 6.955 0.197 H2o 63326.34 100 3518.13 100 63770.288 100 3525.02 99.803 63326.34 100 3518.13 100 63770.288 100 3525.02 100 三、填料的选择 填料是填料塔中的气液相间的传质原件，是填料塔的核心。种 类繁多， 性能各异。 按填料结构及其作用可分为散堆填料和规整填料。 散堆填料：目前散堆填料主要有环形填料，鞍形填料，环鞍形 填料，球形填料，使用时材质有陶瓷，塑料，石墨玻环及金属等。 规整填料： 规整填料是由许多相同尺寸和形状的材料组成的填 料单元。 整砌的方式在塔件中， 主要包括板波纹填料， 丝网波纹填料， 格里希格栅，脉冲填料等。其中以波纹填料，丝网波纹居多。 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。 12 良好的填料，应具有下列特性：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)，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 填 (公斤力/米 3)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 2 /米 3)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 3/ 米 3)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体积称 为填料的空隙率。以 表示，其单位为 m 3/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。 13 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，压降亦越低。 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 SO2，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。 14 综上考虑，本次课程设计用的填料是陶瓷矩鞍填料： 外径 d=38mm 比表面积 at=197m 2m3 空隙率 78. 0=(m 3/m3) 堆积密度 p =505(kg/m 3) 临界表面张力 L=61(dyn/cm)=6.110 2 (N/m) 湿填料因子 =170m -1 四、塔径和压降的计算： 1、塔径的计算： 液相的质量流速 W L=63326.34kg/h 气相的质量流速 WG=3322.57kg/h 气体的密度 G=1.383kg/m 3 液相的密度 L=998.2 kg/m 3 埃克特通用关联图的横坐标 X=WlWG L G = 57.3322 34.63326 2 . 998 383 . 1 =0.71 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= L LG g V 2 0 式中：= 170 m 2 /m 3 15 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= 1.136 m/s 实际气速取泛点气速的 50%80%，取 60% 操作气速 V=Vf70%=1.13660%=0.682m/s 气体处理量 Qv= 3600 4 . 22106 = 0.660 (m 3/s) 塔径 DT= 4 V Q V = 682 . 0 14 . 3 660 . 0 4 = 1.11 m 圆整塔径为 DT=1.2m Dd=1.23810 3 =31.58 故符合要求 则塔截面面积 A= 4 2 T D= 4 2 2 . 1=1.1304 （m 2） 由 DT=1.2m，计算实际操作的空塔气速： 泛点率校核： V= 2 4 V T Q D = 2 . 12 . 114 . 3 660 . 0 4 = 0.584 m/s 安全系数 f V V = 136 . 1 584 . 0 =0.51 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 取最小润湿速率(LW)min=0.08 m 3/(mh) 查 at =197 m 2/m3 Lmin=(LW)minat=0.08197=15.76 m 3/(m2 h) 操作条件下的喷淋密度为： 16 L= 2 . 998*2 . 1*2 . 1*14 . 3 34.63326*4 =56.12 m 3/(m2 h)15.76 m 3/(m2 h) 校核 d DT = 038 . 0 2 . 1 =31.58 30 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 YF的差别仅是气速不同 Y= YF( F V V ) 2 = 0.0235 查关联图Y=0.0235,X=0.71 点处得：p =1000pa 17 WL、WG 分别为液体和气体的质量流速 63326.34kg/h,3322.57 kg/h； L 、G、分别为液体和气体的密度 998.2kg/m3 ,1.383kg/m3； vf 为气体的空塔泛点气速 1.136m/s； 为液体校正系数，水的密度和液体的密度之比； 填料特性值 197m2/m3； 填料修正系数 1.19 18 五、塔高的计算： 填料层高度：h=HOG*NOG 1、气相总传质单元数：、气相总传质单元数：NOG= d y 1 y 2 1 yy e y 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 1 yye 的值。 求求解过程解过程： (1)低浓度气体吸收的操作线方程： y= G L x+(y2- G L x2) 代入数据得： y= %3 .933*106 13.3518 x+(0.0718- %3 .933*106 13.3518 %803.99 %197 . 0 。 ) =35.57x+0.00158 (3) 在 y1与 y2之间任意取定 y 值，通过操作线方程得到 x x 0001527 0.0000564 0.000845 0.000423 y 0.05590 0.003586 0.03164 0.02164 ye 0.03793 0.00066 0.0185 0.0112 19 1 y ye 55.65 341.76 76.10 95.79 x 0.000423 0.000281 0.0001405 0.001974 y 0.01663 0.01158 0.006578 0.0718 ye 0.00763 0.0042 0.00158 0.05158 1 y ye 111.11 135.50 155.76 49.46 (4) 用坐标纸，图解法(以y 为横坐标，以 1 yye 为纵坐标，在坐标纸上作图) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 00.020.040.060.08 y 1/(y-ye) 由定积分的几何意义，得： NOG= d y 1 y 2 1 yy e y =s曲面下的面积 20 用坐标纸，图解法，求出面积。 图在所附的手工作图中。 则可求出NOG =4.3771 2、 气相总传质单元高度、 气相总传质单元高度 OG H的计算的计算(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：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 0.05 0.10.2 0.75 22 2 1 exp1.45 wtL ttt LL L L aaLL aaa g = 式中：填料的润湿表面积 aw m 2/m3 填料的比表面积 at= 197 m 2/m3 液体的质量流量 L = 56021.178kg/（m 2h） 填料材质的临界表面张力 L=61dyn/cm (陶瓷) 液体的表面张力 =73 dyn/cm 液体的粘度 uL= 3.6 Kg/(mh) 重力加速度 g= 1.27*10 8m/h2 代入数据得： t w a a =1-exp(-1.45 ( 73 61 ) 75 . 0 ( 6 . 3106 178.56021 ) 1 . 0 ( 82 2 1027 . 1 2 . 998 197178.56021 ) 05 . 0 ( 1971071.92 2 . 998 178.56021 4 2 ) 2 . 0 =0.701 21 aw=138.176m 2 /m 3 (2)气相传质系数公式：气相传质系数公式： 1 0.7 3 1.1 0.237 t GG G tG GG a DV k aDRT = 式中：气体的质量流量 V= 2939.287kg/(m 2/h 气体粘度 G = 0.0652kg/(mh) 气体扩散系数 DG =0.0393 m 2/s 液体扩散系数 DL =5.3*10 -6 m2/s R = 8.314kJ/(kmol*K) 气体密度 G = 1.383kg/m 3 温度 T = 298 K 填料的修正系数 = 1.19 代入数据计算得； k G=0.237( 0652 . 0 197 287.2939 ) 7 . 0 ( 0393 . 0 383 . 1 0652 . 0 ) 3/1 ( 15.298314 . 8 0393 . 0 197 ) 1.19 1 . 1 =0.0427(kmol/m 2 hkpa) (3)液液相传相传质质系数公系数公式：式： 21 0.5 33 0.4 0.0095 LL L wLLLL gL k aD = 式中：液体粘度 L = kg/(mh) L =0.0095 ( 6 . 3176.138 178.56021 ) 3/2 ( 6 103 . 5 2 . 998 6 . 3 ) 5 . 0 22 ( 2 . 998 1027 . 1 6 . 3 8 ) 3/1 1.19 4 . 0 = 0.701 当 V 50%Vf时，须对上两式求出的 kL 、kG进行修正 实际气速 V=0.584m/s，则 V= 136 . 1 584 . 0 V f=51%， Vf50%Vf ，所以 需对 kL 、kG进行修正： xG=1+9.5( f v v -0.5) 4 . 1 =1+9.5(0.51-0.5) 4 . 1 =1.015 x L=1+2.6( f v v -0.5) 2 . 2 =1+2.6(0.51-0.5) 2 . 2 =1.0001 所以：k La=xLkLaw=96.871 k Ga=xGkGaw=5.989 根据 akG 1 = ak H L + akG 1 其中() 2 46.9/HkPamkmol= 代入数据得： akG 1 = 718.99 9 . 46 + 991 . 8 1 即得 kGa= 1.536 HOG= aAPk G G =0.3542 OGOG hHN=0.35424.3771m=1.5504m 安全系数为 1.31.7，取 1.7，则 实际填料高度 h=1.71.5504m=2.6536m 圆整为圆整为：h=3m，不需，不需要分要分层层 压降压降P=354Pa/m3m=1062Pa 第四部第四部分分 填料塔的设计计填料塔的设计计算算 23 一、塔体的组成：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：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 1 a =700mm（500- 1000mm） 则贮液槽的容积为：V= 1 Aa=1.1310.7=0.7917m3 有效液位高度 h1=700mm 入口液体的量为 L=44.926m3/h 供水时间为 t=44.9s （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， 24 应考虑盘管式分布结构。 进气管直径 250mm(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 200mm(150- 250mm) 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 （7）塔釜高 H5=210mm 塔底段总高度为： H1=1950mm 2、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 25 分道而行，彼此很少干扰。此外设计时应取尽量大的自由截面，以免产 生拦液甚至液泛。 要有足够的强度承受填料重量及填料空隙中的持液 重量要有一定的耐腐蚀。对于直径在 900 到 1200 时，分成三块，以 便卸装。扎半条之间的距离约为填料换外径的 0.6 到 0.8 倍。 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 栅条宽：8mm （2）填料及填料投加