水吸收二氧化硫填料塔课程设计..

《化工原理课程设计》报告

设计任务书

（一）设计题目

试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的SO2，混合

气体的处理为2500m3/h,其中SO2（体积分数）8﹪。要求塔

板排放气体中含SO2低于0.4％，采用清水进行吸收。（二）操作条件

常压，20℃

（三）填料类型

选用塑料鲍尔环、陶瓷拉西环填料规格自选

（四）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、吸收塔接管尺寸的计算

5、绘制吸收塔的结构图

6、对设计过程的评述和有关问题的讨论

7、参考文献

8、附表

目录

一、概述 (4)

二、计算过程 (4)

1. 操作条件的确定 (4)

1.1吸收剂的选择 (4)

1.2装置流程的确定 (4)

1.3填料的类型与选择 (4)

1.4操作温度与压力的确定 (4)

2. 有关的工艺计算 (5)

2.1基础物性数据 (5)

2.2物料衡算 (6)

2.3填料塔的工艺尺寸的计算 (6)

2.4填料层降压计算 (11)

2.5吸收塔接管尺寸的计算 (12)

2.6附属设备……………………………………………… ..12

三、评价 (13)

四、参考文献 (13)

五、附表 (14)

一、概述

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，所以填料塔属连续接触式的气液

传质设备。

二、设计方案的确定

(一) 操作条件的确定

1．1吸收剂的选择

因为用水作吸收剂，同时SO2不作为产品，故采用纯溶剂。

1．2装置流程的确定

用水吸收SO2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传

质效率，选择用逆流吸收流程。

1．3填料的类型与选择

用不吸收SO2的过程，操作温度低，但操作压力高，因

为工业上通常选用塑料散堆填料，在塑料散堆填料中，塑

料鲍尔环填料的综合性能较好。鲍尔环填料是对拉西环的改进，鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。

1．4操作温度与压力的确定 20℃，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水的物性数据 查得，293K 时水的有关物性数据如下：

密度ρ=998.2kg/m 粘度μL =0.001Pa ·s=3.6kg/(m ·h)

表面张力бL =72.6dyn/cm=940896kg/h

3

SO 2在水中的扩散系数为D L =1.47×10-5m 2/s=5.29×10-6m 2/h

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 =0.08×44＋0.92×29=31.8

混合气体的平均密度ρvm = 322.1293

314.88

.313.101=⨯⨯=RT PMvm kg m -3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册20℃空气粘度为 μV =1.81×10-5Pa ·s=0.065kg/(m •h) 查手册得SO2在空气中的扩散系数为

D V =0.108cm 2/s=0.039m 2/h

由手册查得20℃时SO 2在水中的亨利系数E=3550kPa

相平衡常数为m=

04.353

.1013550==P E 溶解度系数为H=

3l

kPa.m kmlo 0.0156E.Ms

ρ= 2.2物料衡算

进塔气相摩尔比为y 1=0.08 出塔气相摩尔比为y 2=0.004 进塔惰性气相流量为V=

h kmol /67.95)08.01(293

273

4.222500=-⨯ 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（

2

121min /x m y y

y ）V L （--= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X 2=0 （29.330

04.35/08.0004.008.0/2121min =--=--=x m y y y ）V L （

取操作液气比为L/V=1.4L/V=1.4×33.29=46.61 L=46.61×95.67=4459.18kmol/h ∵V(y 1-y 2)=L(x 1-x 2) ∴x 1=

3101.634459.18

0.004)

(0.0895.67-⨯=-⨯

2.3填料塔的工艺尺寸计算 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 =2500×1.322=3305kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算

即W L =4459.18×18.02=80354.42kg/h

Eckert 通用关联图横坐标为0.885)998.2

1.322(330580354.42)

ρρ

(W W 0.5

0.5

L

V V L =⨯= 查埃克特通用关联图得

025.02

.0=∙∙L L

V F F g u μρρϕφ 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1140-=m F φ s m g u L

V F L

F /149.11

322.111402

.99881.9226.0025.02

.02

.0=⨯⨯⨯⨯⨯=

=

μϕρφρ 取u=0.7u F =0.7×1.149=0.8046m/s 由=⨯⨯==

8046

.014.33600

/250044u V D S π 1.048m 圆整塔径，取D=1.1m 泛点率校核 u=m/s .../731101178503600

25002

=⨯

100149

.17311.0⨯=F u u ﹪=63.63％(在允许范围内) 填料规格校核：

104425

1100

>==d D 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （L W ）min =0.08m 3/m ·h 查塑料(聚乙烯）鲍尔环（*）特性数据表得： 型号为DN50的鲍尔环的比表面积 a t =92.7 m 2/m 3 U min =(L W )min a t =0.08×92.7=7.416m 3/m 2·h U=

min 2

77841

178502

9984280354U ..../.>=⨯ 经校核可知，塔径D=1100mm 合理