二氧化硫吸收塔的设计计算

（一）设计方案的确定

用水吸收S02，为提高传质效率，选用逆流吸收过程。因用水作为吸收剂，且S02不作为产品，故采用纯溶剂。

（二）填料的选择

该系统不属于难分离的系统，操作温度及压力较低，可采用散装填料，系统中有S02，有一定的腐蚀性，故考虑选用塑料鲍尔环，由于系统压降无特殊要求，考虑到不同尺寸鲍尔环的传质性能选用D g38塑料鲍尔填料。

（三）设计步骤

本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计

（1）吸收塔的物料衡算；

（2）填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；

（3）设计液体分布器及辅助设备的选型；

（4）绘制有关吸收操作图纸。

（四）基础数据

1、液相的物性数据

对于低浓度的吸收过程，溶液的物性数据可以近似取水的物性数据，由手册查得，20℃时水的有关物性数据如下：

密度

ρ=998.2 kg/m3

L

粘度

μ=0.001 Pa·s=3.6 kg/(m·h)

L

表面张力

L σ=73 dyn/cm=940 896 kg/h 2

S02在水中的扩散系数

L D =1.47×10-5

cm 2

/s=5.29×10-6 m 2

/h

2、 气相的物性数据 混合气体的平衡摩尔质量

M =0.08×64.06+0.92×29=31.80g/mol

混合气体的平均密度

G ρ=101.331.808.31427320⨯⨯+（）

=1.322 kg/m

3

混合气体的粘度可以近似取空气的粘度，查手册20℃时空气的粘度为

G μ=1.81×10-5

Pa ·s=0.065 kg/(m ·h)

查手册得S02在空气中的扩散系数为

G D =0.108 cm 2

/s =0.039 m 2

/h

3、 气液相平衡数据 查手册，常压下20℃时： S02在水中的亨利系数

E=3.55×1O 3

kPa

相平衡常数为

m E P

=

=3.55×1O 3

/101.3=35.04 溶解度系数

L

s

H EM ρ=

=998.2/3.55×1O 3

/60.06=0.00468 kmol/h

相平衡关系为

1.1532766.76676y x =

4、填料的填料因子及比表面积数据

泛点填料因子

F φ=184 /m

压降填料因子

P φ=114 /m

比表面积

t α=151 m 2/m 3

填料临界表面张力

C σ=33 dyn/cm=427680 kg/h 2

（五） 物料衡算

进塔气相摩尔比

111y 0.08

1y 10.08

Y =

=--=0.0869 出塔气相摩尔比

222y 0.00141y 10.0014

Y =

==-- 1.401×10-3

进塔惰性气相流量

7285000273G (10.08)/(30024)38.72kmol /h

22.427320=⨯⨯-⨯=+ 吸收过程属于低浓度吸收，最小液气比可按下式计算

12min *12

)Y Y L

G X X -=-（ 对于纯溶剂的吸收过程，进塔液相组成为：

X 2=0

由平衡关系解得 *31 1.79810X -=⨯

3

12min *3

120.0869 1.40110)47.561.798100

Y Y L G X X ----⨯===-⨯-（ 取液气操作比为1.9

min ) 1.947.5690.36L L

G G

=⨯==1.9（ 90.3638.7290.363498.89kom/h L G =⨯=⨯=

所以操作线方程

33

223489.983489.98()(1.401100)90.13 1.4011038.7238.72L L Y X Y X X X G G --=+-=+⨯-⨯=+⨯塔底吸收液组成1X ：

1212()()G Y Y L X X -=-

34121()38.72(0.0869 1.40110)9.485103498.89

G Y Y X L ---⨯-⨯===⨯

表1：气相进出组成

表2：液相进出组成

S02_ _ _ _ 351.05 0.28 5.48 0.13

(六）填料塔工艺尺寸的计算

1、塔径的计算

采用Eckert通用关联图计算泛点气速

气相的质量流量

G=⨯=

'1011.8 1.3221337.6kg/h

液相的质量流量（可以近似用纯水的流量计算）

=⨯=

L g h

'3489.9818.0262977k/

参照Eckert通用关联图

图 1： 填料塔泛点和压降的通用关联图（引自《化工原理》）

图中 u 0——空塔气速，m /s ；

φ——湿填料因子，简称填料因子，1 /m ； ψ——水的密度和液体的密度之比； g ——重力加速度，m /s 2；

ρV 、ρL ——分别为气体和液体的密度，kg /m 3； w V 、w L ——分别为气体和液体的质量流量，kg /s 。

此图适用于乱堆的颗粒形填料，如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等，其上还绘制了整砌拉西环和弦栅填料两种规整填料的泛点曲线。对于其他填料，尚无可靠的填料因子数据。 横坐标为

0.50.5

'62977 1.322(

)()()() 1.71'1337.6998.2

G L L G ==ρρ 查Eckert 通用关联图，纵坐标为0.019

即

20.2

0.014G F F L L

u g =ρφϕμρ

表3 ：散装填料泛点填料因子平均值

查得：