清水吸收SO2烟气的填料塔设计

1、清水吸收SOSO2 2烟气的填料塔设计设计任务设计任务1 1、气体处理量、气体处理量15001500mm3 3/h/h（3030，100kpa100kpa）2 2、进塔气体的组成：、进塔气体的组成：9%9%（体积分数）（体积分数）SOSO2 2， 其余可视为空气其余可视为空气3 3、回收其中所含、回收其中所含SOSO2 2的的92%92%4 4、吸收塔的操作温度为、吸收塔的操作温度为3030，压力为，压力为 100kpa100kpa5 5、液气比为最小液气比的、液气比为最小液气比的1.21.2倍倍6 6、空塔气速取泛点气速的、空塔气速取泛点气速的0.650.65倍倍7 7、填料自选、填料自选章

2、节设置章节设置第一章：概述第一章：概述第二章：设计方案第二章：设计方案第三章：工艺计算第三章：工艺计算第四章：辅助设备的类型及作用第四章：辅助设备的类型及作用吸收技术的概况吸收技术的概况吸收设备的分类吸收设备的分类吸收剂的选择吸收剂的选择 填料的类型与选择填料的类型与选择吸收装置的流程吸收装置的流程吸收系统工艺流程吸收系统工艺流程操作参数的选择操作参数的选择物料衡算物料衡算吸收剂用量吸收剂用量塔底吸收液浓度塔底吸收液浓度塔径计算塔径计算填料层高度的计算填料层高度的计算第一章第一章u吸收是吸收是分离气体混合物分离气体混合物的单元操作。的单元操作。u用适当的液体吸收剂处理气体混合物，用适当的液体吸

3、收剂处理气体混合物，利用利用混合气体中各组分在液体溶剂中溶解度的不混合气体中各组分在液体溶剂中溶解度的不同同而分离混合气体混合物的操作。而分离混合气体混合物的操作。u操作性质：气液相间的传质过程，（操作性质：气液相间的传质过程，（单向单向传传质）质）u分离对象：气体混合物。（分离对象：气体混合物。（ SO2 SO2烟气）烟气）1.11.1吸收技术的概况吸收技术的概况吸收操作吸收操作吸收剂：清水吸收剂：清水吸收液：吸收液： SO SO2 2+ +清水清水混合气体：混合气体： SO SO2 2+ +空气空气吸收尾气：吸收尾气： SO SO2 2+ +空气空气清水吸收清水吸收SOSO2 2烟气烟气

4、吸吸收收塔塔吸收剂（吸收剂（s s）混合气体混合气体（A+BA+B）吸收液（吸收液（A+SA+S）吸收尾气吸收尾气（A+BA+B）1.21.2吸收设备的分类吸收设备的分类表面吸收器表面吸收器鼓泡吸收器鼓泡吸收器喷洒吸收器喷洒吸收器吸收设备应具有较大的气液接触面，按吸收表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面的形成方式，吸收设备可分为下列几类a a水平液面的表面吸收器水平液面的表面吸收器b b液膜吸收器液膜吸收器c c填料吸收器填料吸收器D D机械液膜吸收器机械液膜吸收器1.1.填料吸收器一般作填料吸收器一般作成塔状，塔内装有支成塔状，塔内装有支撑板，板上

5、堆放填料撑板，板上堆放填料层。层。2.2.喷淋的液体通过分喷淋的液体通过分布器洒向填料。布器洒向填料。3.3.在填料吸收器中，在填料吸收器中，气体和液体的运动经气体和液体的运动经常是逆流的常是逆流的。第二章第二章2.1吸收剂的选择吸收剂的选择1.1.溶解度溶解度：溶解度越：溶解度越大大，吸收速率越，吸收速率越大大，吸收剂用量越，吸收剂用量越少少2.2.选择性选择性：要求选用的：要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度吸收剂应对溶质有较大的溶解度，而对其，而对其 它组分则溶解度要小或基本不溶。否则不能实现有效的分离。它组分则溶解度要小或基本不溶。否则不能实现有效的分离。3.3.挥发性挥发性：操作温

6、度下应具有较低的蒸汽压，即：操作温度下应具有较低的蒸汽压，即挥发度要小挥发度要小，以减少吸，以减少吸 收过程中吸收剂的损失。收过程中吸收剂的损失。4.4.再生性能再生性能：选用具有：选用具有良好再生性能的吸收剂良好再生性能的吸收剂，往往能有效地降低过程，往往能有效地降低过程 的能量消耗。的能量消耗。5.5.腐蚀性腐蚀性： 吸收剂若吸收剂若无腐蚀性无腐蚀性，则对设备材质无过高要求，可以减少设，则对设备材质无过高要求，可以减少设 备费用。备费用。6.6.黏性黏性：黏度越小黏度越小，流动性能越好，吸收速率越大。，流动性能越好，吸收速率越大。7.7.其他其他：吸收剂还应具有较好的：吸收剂还应具有较好的

7、化学稳定性化学稳定性，不易产生泡沫不易产生泡沫，无毒无毒性等性能性等性能。2.22.2吸收装置的流程吸收装置的流程l吸收装置的流程吸收装置的流程设计设计布置是指：布置是指：气气体和液体体和液体进进出吸收塔的流向安排。出吸收塔的流向安排。l主要有主要有逆流操作、逆流操作、并并流操作、吸收流操作、吸收剂剂部分再循部分再循环环操作、操作、单单塔和多塔串塔和多塔串联联操作。操作。l根据生根据生产产任任务务、工、工艺艺特点、特点、结结合各流程的合各流程的优优缺缺点、逆流操作点、逆流操作时传质时传质平均推平均推动动力大，分离程度力大，分离程度高，吸收高，吸收剂剂利用率高，所以利用率高，所以此次此次设计设计

8、采用常采用常规规逆流操作的流程。逆流操作的流程。2.32.3吸收系统工艺流程吸收系统工艺流程u本设计采用本设计采用单塔逆流单塔逆流吸收操作。吸收操作。u吸收装置吸收装置水经流量计水经流量计进入填料层塔顶，经喷进入填料层塔顶，经喷淋头喷淋杂填料顶层淋头喷淋杂填料顶层。风机把风机把混合气体从填料混合气体从填料层塔底送入填料层层塔底送入填料层，在，在塔内与水接触，进行质塔内与水接触，进行质量与热量的交换。量与热量的交换。u混合气体中的混合气体中的soso2 2融于融于水中，使从塔顶离去的水中，使从塔顶离去的soso2 2含量降低，而融有较含量降低，而融有较多多soso2 2的水从吸收塔低排的水从吸收

9、塔低排出。出。2.42.4填料的类型与选择填料的类型与选择形状形状材料材料堆放堆放环状（拉西环、鲍尔环、阶梯环）环状（拉西环、鲍尔环、阶梯环）鞍形（矩鞍形、弧鞍形）鞍形（矩鞍形、弧鞍形）波纹型（板波形、网状波形）波纹型（板波形、网状波形）陶瓷、金属、塑料陶瓷、金属、塑料整砌、乱堆整砌、乱堆拉西环的尺寸为拉西环的尺寸为252525252.5mm2.5mm比表面积为比表面积为190m2/m3190m2/m3空隙率空隙率( )0.78m3/m3( )0.78m3/m3堆填密度为堆填密度为505kg /m 3505kg /m 3填料因子填料因子400400（ ）/m/m2.52.5操作参数的选择操作参

10、数的选择操作操作温度温度操作操作压力压力 对于物理吸收：对于物理吸收：降低操作温度降低操作温度, ,对吸收有利对吸收有利对于化学吸收：对本设计而言，对于化学吸收：对本设计而言，温度降低可增加温度降低可增加溶质组分的溶解度溶质组分的溶解度，即，即低温有利于吸收低温有利于吸收，但操作，但操作温度的低限应有吸收系统的具体情况决定。依据温度的低限应有吸收系统的具体情况决定。依据本次设计要求本次设计要求，操作温度定为，操作温度定为3030。 对于物理吸收对于物理吸收, ,加压操作有利于提高吸收过程的加压操作有利于提高吸收过程的传质推动力，提高过程的传质速率传质推动力，提高过程的传质速率。 对于化学吸收：

11、压力升高可增加溶质组分的溶解对于化学吸收：压力升高可增加溶质组分的溶解度，即度，即加压有利于吸收加压有利于吸收。随着操作压力的升高，随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加对设备的加工制造要求提高，且能耗增加。综合。综合考虑，采用考虑，采用100kPa100kPa。 全塔物料衡算是一个定态操作逆流全塔物料衡算是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：如下：v v惰性气体的流量，惰性气体的流量， kmol/hL L纯吸收剂的流量，纯吸收剂的流量， kmol/hY Y1 1、Y Y2 2进出吸收塔气体中溶质进出吸收塔气体中溶质A A的比摩尔

12、分数的比摩尔分数; ;X X1 1、X X2 2出进吸收塔液体中溶质出进吸收塔液体中溶质A A的比摩尔分数；的比摩尔分数；注意：本课程设计中塔底截面一律注意：本课程设计中塔底截面一律以下标以下标“1 1”表示，塔顶截面一律以表示，塔顶截面一律以下标下标“2 2”表示。表示。第三章第三章3.13.1物料衡算物料衡算2,XL2,YV1,XL1,YV物料衡算图示意图物料衡算图示意图1 1、 混合气体的摩尔流量为：混合气体的摩尔流量为： M M总总=59.5kmol/h=59.5kmol/h 进塔气相摩尔比：进塔气相摩尔比： Y1=0.0989 Y1=0.0989 出塔气相摩尔比：出塔气相摩尔比： Y

13、2=Y1(1- Y2=Y1(1- )=0.09)=0.09(1-0.92)=0.0079(1-0.92)=0.00792 2、混合气体、混合气体SOSO2 2的的摩尔流量摩尔流量 M1=M M1=M总总9 9=59.5=59.59 9=5.355kmol/h=5.355kmol/h3 3、混合气体中、混合气体中soso2 2的的质量流量质量流量 W1=M1 W1=M1MMSO2SO2=5.355=5.35564=342.72kg/h64=342.72kg/h4 4、混合气体中惰性气体、混合气体中惰性气体( (视为空气视为空气) )的的摩尔流量摩尔流量 M2=M M2=M总总-M1=59.5-5

14、.355=54.145kmol/h-M1=59.5-5.355=54.145kmol/h5 5、混合气体中惰性气体的、混合气体中惰性气体的质量流量质量流量 W2=M1 W2=M1MM空气空气=54.145=54.14529=1570.205kg29=1570.205kgh h6 6、混合气体中进出塔的摩尔组成、混合气体中进出塔的摩尔组成 进塔进塔y1=0.09y1=0.09 出塔出塔y2 =0.0078y2 =0.00787 7、混合气体中进出塔的摩尔比组成、混合气体中进出塔的摩尔比组成 进塔进塔Y1=0.0989Y1=0.0989 出塔出塔Y2=0.0079Y2=0.00798 8、出塔混合

15、气体摩尔流量、出塔混合气体摩尔流量MM总总 M M总总=M2+M1=M2+M1（1-0.921-0.92）=54.14+5.35=54.14+5.35（1-0.921-0.92） =54.568kmol/h =54.568kmol/h9 9、出塔混合气体质量流量、出塔混合气体质量流量WW总总 W W总总=W2+W1(1-0.92)=1570+342.72(1-0.92)=W2+W1(1-0.92)=1570+342.72(1-0.92) =1597.41kg/h =1597.41kg/h3.23.2吸收剂用量吸收剂用量查查P191,SOP191,SO2 2在在3030的亨利系数的亨利系数E=0

16、.85E=0.85104KPa 104KPa 1 1、相平衡常数、相平衡常数5 .481001000048. 0 PEm XY5 .48 2 2、吸收剂、吸收剂( (水水) )的用量的用量L L 当当 0989. 01 Y00204. 05 .480989. 011 mYX最小液气比最小液气比：6 .4400204. 00079. 00989. 02121min XXYYVLmin2 . 1 VLVL已知已知hkomlVVLL/2892145.54532.53532.536 .442 . 1VL所以所以3 3、液体的质量流量、液体的质量流量hkgMLWOHL/5205618289223.33.

17、3塔底吸收液浓度塔底吸收液浓度塔底吸收液浓度（摩尔比）塔底吸收液浓度（摩尔比）x x1 1 因为因为 V(Y1-Y2)=L(X1-X2) V(Y1-Y2)=L(X1-X2) LYYVX)(211 +X X2 2=0.0017=0.0017操作线方程操作线方程 Y1= Y1= (Y2(Y2 ) ) =53.532X =53.532X0.00790.00792XVLXVL3.43.4塔径计算塔径计算采用采用 型的拉西环型的拉西环mm25 1 1、确定泛点气速、确定泛点气速UUF F填料塔泛点和压降的通用关联图填料塔泛点和压降的通用关联图FUFU横坐标横坐标95.07 .995276.12 .157

18、072.34252056)(5 .05 .0v LVLPWWf LV ,LVWW , 分别为气体和液体的密度，分别为气体和液体的密度，kg /m3 分别为气体和液体的质量流量，分别为气体和液体的质量流量，kg /s纵坐标值纵坐标值0258.0)(2.02 LvFgU6913. 01276. 114007 .9958 . 9025. 0025. 02 . 02 . 0 LVFLFPgU F F湿填料因子，简称填料因子，湿填料因子，简称填料因子，400 /m400 /m； 水的密度和液体的密度之比，水的密度和液体的密度之比，1 12 2、确定空塔气速、确定空塔气速U U根据空塔气速取泛点气速的根据

19、空塔气速取泛点气速的0.650.65倍倍4493.06913.065.065.0Fuu3 3、管道直径：、管道直径： D= D=muqv0869. 14493. 014. 3)3600/1500(414. 34 圆整塔径后取圆整塔径后取 D=1.2m4 4、泛点率校核、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难稳定操作，故一般要求泛点率在50%50%80%80%之间，之间，而对于易起泡的物系可低于而对于易起泡的物系可低于40%40%：smDquv45.00869.1785.0360015004422 %09.

20、65%100 x6913.045.0 Fuu（在允许的范围之内）（在允许的范围之内）5 5、填料规格校核填料规格校核848251200 dD（在允许范围内）（在允许范围内）6 6、液体喷淋密度校核、液体喷淋密度校核填料表面的湿润状况是传质的基础，为保持良好的填料表面的湿润状况是传质的基础，为保持良好的传质性能，每种填料应维持一定的液体湿润速率传质性能，每种填料应维持一定的液体湿润速率（或喷淋密度）（或喷淋密度）对于直径不超过对于直径不超过75mm75mm的散装填料，可取最小润的散装填料，可取最小润湿速率湿速率)/(08. 0)(3minhmmLw 23查查 得得32/5 .132mmat最小喷

21、淋密度为：最小喷淋密度为：hmmaLUtW23minmin/6 .105 .13208. 0)(喷淋密度：喷淋密度：min2224.462.1785.07.995/5205614.3/4UDWUL 水水经以上校核可知，填料塔直径选用经以上校核可知，填料塔直径选用D=1200mmD=1200mm合理合理。3.53.5填料层高度计算填料层高度计算脱因系数：脱因系数：0824. 00017. 05 .4811 mXY022 mXY填料层高度填料层高度 Z=Z=传质单元数传质单元数传质单元高度传质单元高度898. 02892532.535 .48 LmVS1 1、气相总传质单元数、气相总传质单元数 hkpamkmolSYYYYSInSNOG32221/618. 7898. 079989102. 0898. 011111 hkpamkmolWGaK325. 07 . 04/6146. 21081. 9 气气 hmkgDWGV 222/25.16922 . 114. 32 .157072.34244 即即 hmkgDWWL22./96.460504 查化工原理查化工原理P133P133有常数有常数a a值在值在3030为为0.01430.0143hlawak/32.9596.460500143. 082. 082. 0 液液