水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计 (2).doc

吉林化工学院化工原理课程设计吉林化工学院化 工 原 理 课 程 设 计题目 水吸收3075.27吨二氧化硫过程填料塔的设计 教 学 院 环境与生物工程学院专业班级 安工1101 学生姓名 学生学号 11360122 指导教师 徐 洪 军 2013年6月 21日 II化工原理课程设计任务书设计题目：水吸收3075.27吨二氧化硫填料吸收塔的设计1、设计题目：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25后送入填料塔中，用20清水洗涤除去其中的SO2。入塔的炉气流量为2990m3/h，其中进塔SO2的摩尔分率为0.05，要求SO2的吸收率为98。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） 每年生产时间： 7200h3、设计任务：1.完成干燥器的工艺设计与计算（包括塔径与塔高的计算，填料的选取）。 2.绘制吸收系统的工艺流程图，吸收塔的设备条件图。 3.编写该吸收塔的设计说明书。 目 录摘要11 绪 论21.1气体吸收的概述21.2 吸收设备的发展21.3 吸收在工业生产中的应用32 设计方案52.1吸收剂的选择52.3 填料层62.3.1 填料的作用62.3.2 填料种类的选择62.3.3 填料规格的选择62.3.4 填料材质的选择72.4 吸收剂的再生8 2.5吸收操作参数的选择83 吸收塔的工艺计算93.1 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93.2 物料衡算103.3 填料塔的工艺尺寸的计算11 3.3.1空塔气速的确定.11 3.3.2 传质单元高度计算13 333传质单元数的计算153.4填料层高度163.5塔附属高度的计算163.6液体分布器计算163.6.1液体分布器163.6.2布液孔数173.6.3塔底液体保持管高度17 3.7其他附属塔内件的选择183.7.1液体分布器183.7.2液体再分布器183.7.3填料支撑板193.7.4填料压板与床层限制板193.7.5气体进出口装置与排液装置19 3.8 流体力学参数计算.19 3.8.1 吸收塔的压力降.19 3.8.2吸收塔的泛点率203.8.3气体动能因子21 3.9 附属设备的计算与选择.21 3.9.1 吸收塔主要接管的尺寸计算.21 3.9.2 离心泵的计算与选择.22附录一 工艺设计计算结果汇总及主要符号说明23参考文献26致 谢27化工原理课程设计教师评分表.28V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。吸收作为一种重要的物质分离操作，被广泛的应用在化工、石化等工业生产过程中。通过吸收可以实现回收混合气体中的有用组分，例如用液态烃吸收石油裂解气中的乙烯和丙烯，用洗油吸收焦炉煤气中的芳烃物质，用硫酸处理焦炉气以回收其中的氨等；还可以通过吸收除去混合气体中的有害成分使其净化，例如用水或碱液除去合成氨原料气中的二氧化硫，用丙酮除去室友裂解气中的乙炔，以及除去工业废气中二氧化氯、硫化氢有害物质等。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内容。 关键字： 水 吸收 填料塔 二氧化硫 低浓度1 绪 论1.1气体吸收的概述气体混合物的分离，是根据混合物中各组分间某种物理性质或化学性质的差异而进行的。根据性质上的差异，可以开发出不同的分离方法。吸收操作是根据混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度的不同而达到分离的目的。吸收过程应包括吸收和解吸两个部分。本设计中，含二氧化硫的气体在25 oC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，气体中的二氧化硫溶于溶液，使离开吸收塔顶的气体中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。用这种逆流接触的方法提高了吸收效率。1.2 吸收设备的发展在吸收过程中，质量交换是在两相接触面上进行的。因此，吸收设备应具有较大的气液接触面，按吸收表面的形成方式，吸收设备可分为下列几类：（1）表面吸收器 吸收器中两相间的接触面是静止液面（表面吸收器本身的液面）或流动的液膜表面（膜式吸收器）。这类设备中的接触表面在相当大的程度上决定于吸收器构件的几何表面。这类设备还可分为以下几种基本类型： 水平液面的表面吸收器：在这类吸收器中，气体在静止不动或缓慢流动的液面上通过，液面即为传质表面，由于传质表面不大，所以此种表面吸收器只适用于生产规模较小的场合。通常将若干个气液逆流运动的吸收器串联起来使用。为了能使液体自流，可将吸收器排列成阶梯式，即沿流体的流向，后一个吸收器低于前一个吸收器。水平液面的表面吸收器的效率极低，现在应用已很有限。只有从体积量不大的气体中吸收易溶组分，并同时需要散除热量的情况下才采用它们。这类吸收器有时还用于吸收高浓度气体混合物中的某些组分。 液膜吸收器：在液膜吸收器中，气液两相在流动的液膜表面上接触。液膜是沿着圆管或平板的纵向表面流动的。已知有三种类型的液膜吸收器：列管式吸收器：液膜沿垂直圆管的内壁流动；板状填料吸收器：填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的两测流动；升膜式吸收器：液膜向上（反向）流动。目前，液膜吸收器应用比较少，其中最常见的是列管式吸收器，常用于从高浓度气体混合物同时取出热量的易溶气体（氯化氢，二氧化硫）的吸收。填料吸收器 填料吸收器是装有各种不同形状填料的塔。喷淋液体沿填料表面流下，气液两相主要在填料的润湿表面上接触。设备单位体积内的填料表面积可以相当大，因此，能在较小的体积内得到很大的传质表面。但在很多情况下，填料的活性接触表面小于其几何表面。 填料吸收器：填料吸收器一般作成塔状，塔内装有支撑板，板上堆放填料层。喷淋的液体通过分布器洒向填料。在吸收器内，填料在整个塔内堆成一个整体。有时也将填料装成几层，每层的下边都设有单独的支撑板。当填料分层堆放时，层与层之间常装有液体再分布装置。在填料吸收器中，气体和液体的运动经常是逆流的。而很少采用并流操作。但近年来对在高气速条件下操作的并流填料吸收器给予另外很大的关注。在这样高的气速下，不但可以强化过程和缩小设备尺寸，而且并流的阻力降也要比逆流时显着降低。这样高的气速在逆流时因为会造成液泛，是不可能达到的。如果两相的运动方向对推动力没有明显的影响，就可以采用这种并流吸收器。填料吸收器的不足之处是难于除去吸收过程中的热量。通常使用外接冷却器的办法循环排走热量。曾有人提出在填料层中间安装冷却组件从内部除热的设想，但这种结构的吸收器没有得到推广。 机械液膜吸收器：机械液膜吸收器可分为两类。在第一类设备中，机械作用用来生成和保持液膜。属于这一类的有圆盘式液膜吸收器。当圆盘转到液面上方时，便被生成的液膜所覆盖，吸收过程就在这一层液膜表面上进行。圆盘的圆周速度为0.20.3米/秒。这种吸收器的传质系数与填料吸收器相近。 第一类设备没有什么明显的优点，并由于有转动部件的存在而使结构复杂化，同时还增加了能量消耗。因此这类设备没有得到推广。 第二类设备的实用意义较大。在这类设备中，转子的转动用来使两相混合，促使传质过程得到强化。这种设备称之为“转子液膜塔”，常用于热稳定性较差物质的精馏。显然，这种设备也可用于吸收操作。（2）鼓泡吸收器在这种吸收器中，接触表面是随气流而扩展。在液体中呈小气泡和喷射状态分布。这样的气体运动（鼓泡）是以其通过充满液体的设备（连续的鼓泡）或通过具有不同形式塔板的塔来实现。在充填填料的吸收器中，也可看到气体和液体相互作用的特征。这一类吸收器也包括以机械搅拌混合液体的鼓泡吸收器。鼓泡吸收器中，接触表面是由流体动力状态（气体和液体的流量）所决定的。（3）喷洒吸收器喷洒吸收器中的接触表面是在气相介质中喷洒细小液滴的方法而形成的。接触表面取决于流体动力学状态（液体流量）。这一类的吸收器有：吸收器中液体的喷洒是用喷雾器（喷洒或空心的吸收器）；用高速气体运动流的高速并流喷洒吸收器；或用旋转机械装置的机械喷洒吸收器。1.3 吸收在工业生产中的应用 在化学工业中，气体吸收操作广泛应用于直接生产化工产品，分离气体混合物，原料气的精制及从废气中回收组分或除去有害物质等。尤其是从保护环境，防治大气污染角度出发，对废气中的丙酮等有害物质吸收除去过程的开发研究，有关这方面已提出了不少新的方法，发表了不少论著与文献。除此之外，地球化学、生物物理和生物医药工程，也要应用气体吸收的理论及其研究成果。1、制取化工产品常见的气体吸收操作制取的产品有：（1） 应用98%硫酸吸收SO3制取98%硫酸。（2） 用水吸收氯化氢支取31%的工业盐酸。（3） 用水吸收NO2生产50%-60%的硝酸。（4） 用水或37%的甲醛水溶液吸收甲醛制取福尔马林溶液。（5） 氨水吸收CO2生产碳酸氢铵。（6） 纯碱生产中用铵盐水吸收CO2生成NaHCO3。（7） 用水吸收异丙醇催化脱氢生产的丙酮。2、 分离气体混合物气体吸收常被用于混合气体的分离，如：（1） 油吸收法分离裂解气。（2） 用水吸收乙醇氧化脱氢法制取的乙醛。（3） 用水吸收乙烯氧化制取的环乙烷。3、从气体里回收有用组分这是着眼于从混合气体中获得某种组分，如：（1） 用硫酸从没其中回收氨生成硫铵。（2） 用洗油从煤气中回收粗苯。（3） 从烟道气或合成胺原料其中回收高纯度CO2。4、气体净化气体净化大致可分为以下两类：（1）原料气的净化。目的是清除后续加工时所不允许存在的杂质，它们或会使催化剂中毒，或会产生副反应而生成杂质。（2）尾气、废气的净化以保护环境。燃煤锅炉烟气、冶炼废气脱SO2，硝酸尾气脱除NOx,磷酸生产中除去气态氟化物以及液氯生产时弛放气体中脱除氯气等。5、生物化学工程人类的生存，离不开氧在血液中的溶解。同样，海洋及河流中生物的生存，也要氧在水中有一定的溶解度。在生化技术过程中，例如，在废水处理中采用曝气法以及污泥氧化法等，均要应用空气中的氧在水中的溶解（吸收）这一基本过程。 2 设计方案2.1吸收剂的选择 吸收剂的选择是吸收操作的关键，吸收剂的选择与吸收方法的选择有一定的联系。选择吸收剂时，首先要考虑吸收过程在整个生产流程中的作用和前后工序所提供的工艺条件和要求；其次从吸收过程的基本原理出发，按照各项技术经济要求加以分析和选择。选择吸收剂的基本要求:1. 溶解度要大，减少吸收剂用量，降低输送与再生的能耗。2. 选择性好，吸收剂的选择性好可以减少惰性组分的溶解损失，提高解吸后所得溶质的纯度。 选择性以选择性系数表示： 3. 易于再生；再生性能的优劣和再生过程的经济性是评价吸收剂乃至整个吸收过程的重要技术经济指标。4. 挥发性小，对应一定温度，其蒸汽压要低。这样可以减少吸收剂的损耗，并提高溶质气体纯度。5. 具有较好的化学稳定性及热稳定性，以减少吸收剂的降解和变质，尤其在使用化学吸收剂时。6. 粘度低，以利于传质与输送；不易发泡，以利于实现高效、稳定操作。7. 安全性能好(无毒,不易燃烧和爆炸)。8. 经济、易得，且对环境没有污染。表21 物理吸收剂和化学吸收剂的特性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）吸收热效应显著（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，易变质本次设计采用水作为吸收剂。2.2 吸收流程的选择 工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同的角度进行分类，从所用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两部吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程很多塔吸收流程，从塔内气液两相得流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。（一）一步吸收流程和两部吸收流程一步流程一般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 2.3 填料层2.3.1 填料的作用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：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；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。填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。2.3.2 填料种类的选择填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：(1)传质效率要高：一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料。(2)通量要大：在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。(3)填料层的压降要低。(4)填料抗污堵性能强，易拆装、检修。2.3.3 填料规格的选择填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。（1）散装填料规格的选择 工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。（2）规整填料规格的选择 工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型不同规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料；有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握，根据技术与经济统一的原则来选择合适的填料规格。表22 填料尺寸与塔径的对应关系塔径/填料尺寸/D300300D900D9002025253850802.3.4 填料材质的选择填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。(1)陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，质脆、易碎是其 最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。(2)金属填料 金属填料可用多种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl- 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润湿性能较差，在某些特殊场合（如极低喷淋密度下的减压精馏过程），需对其表面进行处理，才能取得良好的使用效果；钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。(3)塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100以下使用。塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。2.4 吸收剂的再生.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.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。本设计采用水作为吸收剂，二氧化硫作为溶质2.5吸收操作参数的选择 吸收塔的操作参数主要指操作压力和操作温度。1. 操作压力的选择 吸收压力高： 优点: 提高吸收过程的推动力,减少了气体的体积流量,可以减小塔径； 缺点: 降低了吸收剂的选择性; 吸收塔的造价可能升高。 吸收压力低则相反。一般应该从过程的经济性角度出发,必须兼顾吸收和解吸以及整个工艺的操作条件,选择合适的操作压力。2. 操作温度的确定 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。因此，根据具体情况选为20。操作压力的确定 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101.325kPa。3 吸收塔的工艺计算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，20oC时水的有关物性数据如下： 密度为： 黏度 ：表面张力为：SO2在水中的扩散系数为：DL=1.4710-5cm2/s=5.2910-6m2/h3.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为：混合气体的平均密度为： 混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查手册得20oC空气的黏度为： 查手册得SO2在空气中的扩散系数为： D=0.039m2/h 3.1.3 气液相平衡数据由手册查得。常压下20oC时，SO2在水中的亨利系数为： E=3相平衡常数为： m =溶解度系数为：3.2 物料衡算全塔物料衡算图212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：惰性气体的流量，；L纯吸收剂的流量，；Y1，Y2进出吸收塔气体的摩尔比；X1，X2出塔及进塔液体中溶质物质量的比。注意：本课程设计中塔底截面一律以下标“l”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。进塔气体摩尔比：出塔气体摩尔比：进塔惰性气体的流量： 由设计任务知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：对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为： 代入数值，得：取实际液气比为最小液气比的1.5倍，即； 有 得： L =51.5*118.15=6084.73 kmol/h由，求得吸收液出塔浓度为： 3.3 填料塔的工艺尺寸的计算（1） 空塔气速的确定通常由泛点气速来确定空塔操作气速。泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。填料的泛点气速可由Eckert通用关联图查得， 气相质量流量为： 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即： Eckert通用关联图的横坐标为： 查表得： 取 由 圆整塔径，取泛点率校核：由于泛点附近流体力学性能的不稳定性，一般较难稳定操作，故一般要求泛点率在50%-80%之间，而对于易起泡的物系可低于40%；（在允许范围内）填料规格校核 （在允许范围内）以上式中：泛点气速，； -空塔气速 ；液体密度，；气体密度，；，气液相质量流量，；g重力加速度，9.81；液体黏度，； -填料因子，1/ m；（2） 液体喷淋密度的求法：填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其计算式为： 式中：液体喷淋密度，； 液体喷淋量，； 填料塔直径，。为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以表示。对于散装填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算： 式中：最小喷淋密度，； 最小润湿速率，； 填料的总比表面积，。最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率:=0.08本次设计选用聚丙烯阶梯环填料，其=121.8，代入数值，得最小喷淋密度为：=0.08最小喷淋密度的校核：求得液体喷淋密度为：= 所以液体喷淋密度符合要求，即填料塔直径合理。332 传质单元高度计算干填料比表面积为 ，实际操作中润湿的填料比表面积为，由于只有在润湿的填料表面才可能发生气、液传质，故 值具有实际意义。下面介绍计算的恩田（ONDA）公式，该公式为： 式中：单位体积填料层的润湿面积，；填料的总比表面积，；液体表面张力，； 填料上液体铺展开的最大表面张力，； 液体通过空塔截面的质量流速，； ， 液体的粘度，； 液体的密度，；g重力加速度，9.81。查表得：流体质量流量 代入数值，得：气膜吸收系数由下式计算：式中： 填料的总比表面积，； 气体通过空塔截面的质量流速，; 气体的粘度，； 气体的密度，；g重力加速度，9.81。气体质量通量为： 代入数值： =0.035 kmol/(m2.h.KPa)液膜传质系数由下式计算： 式中：液体的密度，；液体的质量流速ms液相的黏度，；g重力加速度，9.81；液体通过空塔截面的质量流速，；单位体积填料层的润湿面积，；溶质在液相中的扩散系数， 。代入数值得： =1.03m/s由 ，查表得则 则 333传质单元数的计算脱吸因数为： 气相总传质单元数为： 3.4填料层高度 设计取填料层高度为：取 ; 则 计算得填料层高度6000mm，故不需要分段。 3.5塔附属高度的计算塔上部空间高度，可取1.0m，液体在分布器高度约0.5m，若塔底液相停留时间按1min考虑，则塔釜液所占空间高度为：考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取1.0m，所以塔的附属高度为1.0+0.5+1.7+1.0=4.2m则： 塔的总高度为6+4.2=10.2m,即塔的总高度大约为11 m。3.6液体分布器计算3.6.1液体分布器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），各布液点的布液布液均匀性，各布液点上的液相组成的均匀性决定设计液体分布器主要是确定决定这些参数的结构尺寸。为使液体分布器具有较好的分布性能，必须合理确定布液孔数，布液孔数应依所用填料所需的质量要求决定。在通常情况下，满足各种填料质量分布要求的适宜喷淋点见下表，在选择填料的喷淋点密度时应该遵循填料的效率越高，所需的喷淋点密度越大这一规律，依所选用的填料，确定单位面积的喷淋点后，在根据塔的截面积即可求得分布器的布液孔数。Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值：塔径，mm分布点密度，塔截面D=400330D=750170D120042根据物质性质可选用管式液体分布器，取布液点数为 3.6.2布液孔数按照Eckert建议值（如表3-5），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 。按分布点几何均匀与流量均匀布液计算 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，设计取d=16mm3.6.3塔底液体保持管高度液体保持管高度:取布液孔直径为10mm,则液体保持管高度可由式k为孔流系数,其值由小孔液体流动雷诺数决定;在雷诺数大于1000的情况下,可取0.60-0.62,这取k=0.62。液位高度的确定应和布液孔径协调设计,使各项参数均在一定范围内. .3.7其他附属塔内件的选择本装置的直径较小可采用简单的进气分布装置,同时排放的净化气体中的液相夹带要求严格,应设除液沫装置,为防止填料由于气流过大而是翻,应在填料上放置一个筛网装置,防止填料上浮.3.7.1液体分布器液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料达到预期分离效果的保证。为此，分布器设计中应注意以下几点：（1）、为保证液体在塔截面上均布，颗粒型（散装）填料的喷淋点数为4080个/m2（环形填料自分布性能差应取高值），此外，为减少壁流效应，喷淋孔的分布应使近塔壁520区域内的液体流量不超过总液量的10。规整填料一般为100200个/喷淋点。（2）、喷淋孔径不宜小于2，以免引起堵塞，孔径也不宜过大，否则液位高度难维持稳定。3.7.1.1多孔型液体分布器多孔型液体分布器系借助孔口以上的液层静压或泵送压力使液体通过小孔注入塔内。3.7.1.2直管式多孔分布器根据直管液量的大小，在直管下方开24排对称小孔，孔径与孔数依液体的流量范围确定，通常取孔径26，孔的总面积与及进液管截面积大致相等，喷雾角根据塔径采用30或45，直管安装在填料层顶部以上约300。此形分布器用于塔径600800，对液体的均布要求不高的场合。根据要求，也可以采用环形管式多孔分布器。3.7.1.3排管式多孔分布器支管上孔径一般为35，孔数依喷淋点要求决定。支管排数、管心距及孔心距依塔径和液体负荷调整。一般每根支管上可开13排小孔，孔中心线与垂直线的夹角可取15、22.5、30或45等，取决于液流达到填料表面时的均布状况。主管与支管直径由送液推动力决定，如用液柱静压送液，中间垂直管和水平主管内的流速为0.20.3m/s，支管流速取为0.150.2m/s；采用泵送液则流速可提高。3.7.2液体再分布器当塔顶喷淋液体沿填料层下流时，存在向塔壁流动的趋势，导致壁流增加。此外，塔体倾斜、保温不良等也会加剧壁流现象。为提高塔的传质效果，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，以收集自伤以填料层来的液体，为下一填料层提供均匀的液体分布。3.7.3填料支撑板填料支撑板用于支撑塔填料及其所特有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及其体均布作用。故要求支撑板上气液流动阻力太大，将影响塔的稳定操作甚至引起塔的液泛。支撑板大体分为两类，一类为气液逆流通过的平板支撑板，板上有筛孔或为栅板式；另一类斯气体喷射型，可分为圆柱升气管式的气体喷射型支撑板和梁式气体喷射型支撑板。平板型支撑板结构简单，但自由截面分率小，且因气液流同时通过板上筛孔或栅缝，故板上存在液位头。气体喷射性支撑板气液分道，即有利于气体的均匀分配，又避免了液体在板上聚集。梁式结构强度好，装卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允许气液负荷较大，其应用日益受到重视。当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时，塔内填料将发生浮动或相互撞击，破坏塔的正常操作甚至损坏填料，为此，一般在填料层顶部设压板或床层限制板。3.7.4填料压板与床层限制板填料压板系藉自身质量压住填料但不致压坏填料；限制板的质量轻，需固定于塔壁上。一般要求压板或限制板自由截面分率大于70。3.7.5气体进出口装置与排液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。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）；液体进出口气速可取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.3.8吸收塔的流体力学参数计算3.8.1吸收塔的压力降在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。散装填料的压降可采用Eckert通用关联图计算。计算时，先根据气液负荷及有关物性数据，求出横坐标值，再根据操作空塔系数u及有关物性数据，求出纵坐标值，通过作图得出交点，读出过焦点的等压线数值，即得出每米填料层压降值。式中：空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，；，气液相质量流量，；液体密度，；v气体密度，；液体黏度，；填料因子， ；g重力加速度，9.81 。经查得，=89横坐标：=1.026纵坐标：从Eckert通用关联图中可查得 填料塔压降为： 其他塔内件的压力降很小可以忽略，所以填料层压降为1118.34Pa。3.8.2吸收塔的泛点率吸收塔操作气速为0.741m/s.泛点气速.所以泛点率对于散装填料，其泛点率的经验值为：所以该塔的泛点率合适。3.8.3气体动能因子吸收塔内气体的动能因子为气体动能因子在常用范围内。3.9 附属设备的计算与选择3.9.1 吸收塔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）1、液体进料接管本次设计采用直管进料管，管径计算如下：取=1.3m/s进料管内径查输送流体用无缝钢管常用规格品种可选用无缝无缝钢管管径为。则实际管内径为195mm.则实际通过液体接管的流速为：2、 气体进料接管取气速查输送流体用无缝钢管常用规格品种可选用无缝无缝钢管管径为。则实际管内径为305mm.则实际通过气体接管的流速为：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174mm，其实际流速为： 。3.9.2离心泵的选择与计算 流量 a) 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； 由前面计算可知： 实际流速 管径则雷诺数 （湍流）由布拉休斯关联式得 根据填料塔高及泵的大体位置，管路长L取12米 选用三个90。弯头，三个截止阀全开 考虑到安全系数，查得流量的安全系数为1.1，扬程的安全系数为1.051.1 本次设计吸收剂是水，所以选用的离心泵类型是：IS125-100-200，其特性参数如表3-7表3-7型号转速n/（r/min）流量扬程H/m效率功率/kW必须气蚀余量m3/hL/s轴功率电机功率IS125-100-200290020055.6508133.6454.5附录一 工艺设计计算结果汇总及主要符号说明工艺设计计算汇总表序号项目数值备注1混合气体处理量U（m3/h） 29902进塔气相摩尔比Y10.05263出