水吸收SO2过程填料吸收塔的设计..

一设计任务书

（一）设计题目

水吸收SO2过程填料吸收塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用于脱除焙烧炉送出的混合气体(先冷却)中的SO2，其余为惰性组分，采用清水进行吸收。

（二）操作条件

（1）操作压力常压

（2）操作温度25℃

（三）设计容

（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）液体分布器简要设计；

（5）吸收塔接管尺寸计算；

（6）绘制吸收塔设计条件图；

（7）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

二设计方案简介

2.1方案的确定

用水吸收SO2属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，且SO2不作为产品，故采用纯溶剂。

2.2填料的类型与选择

对于水吸收SO2的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。

阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。

2.3设计步骤

本课程设计从以下几个方面的容来进行设计

（一）吸收塔的物料衡算；（二）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；（三）设计液体分布器及辅助设备的选型；（四）绘制有关吸收操作图纸。

三、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，25℃时水的有关物性数据如下：

密度为ρL=997.1 kg/m3

粘度为μL=0.0008937 Pa·s=3.2173kg/(m·h)

表面力为σL =71.97 dyn/cm=932731 kg/h 2

SO 2在水中的扩散系数为 D L =1.724×10-9m 2/s=6.206×10-6m 2/h

（依Wilke-Chang 0.518r 0.6

()1.85910M T D V φμ-=⨯计算，查《化学工程基础》） 3.1.2 气相物性数据

设进塔混合气体温度为25℃，

混合气体的平均摩尔质量为

M Vm =Σy i M i =0.1×64.06+0.9×29=32.506g/mol

混合气体的平均密度为

ρVm =PM/RT=101.325×32.506/（8.314×298.15）=1.3287kg/ m 3

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得25℃空气的粘度为

μV =1.83 ×10-5Pa•s=0.066kg/(m•h)

查手册得SO 2在空气中的扩散系数为

D V =1.422×10-5m 2/s=0.051 m 2/h （依 1.75000()P T D D P T =计算，其中273K 时，1.013×10-5Pa 时SO 2在空气中的

扩散系数为1.22×10-5m 2/s ，查《化学工程基础》）

3.1.3 气液相平衡数据

由手册查得，常压下25℃时SO 2在水中的亨利系数为

E=4.13 ×103

kPa

相平衡常数为

m=E/P=4.13×103/101.3=40.76

溶解度系数为

H=ρ/EM=997.2/4.13×103×18.02=0.0134kmol/kPa m 3

3.1.4 物料衡算

(l). 进塔混合气中各组分的量

近似取塔平均操作压强为101.3kPa ，故：

混合气量＝2200×[273.15／(273.15+25) ] ×1／4=89.98 kmol ／h

混合气SO 2中量＝89.98×0.1＝8.998 kmol ／h

＝8.998×64.06=596.211kg ／h

设混合气中惰性气体为空气，则混合气中空气量＝89.98-8.998＝80.982kmol ／h

＝80.982×29＝2348.478kg ／

h

(2)．混合气进出塔的摩尔组成

120.1

8.998(10.97)0.0033280.9828.998(10.97)

y y =-=

=+- （3）混合气进出塔摩尔比组成

进塔气相摩尔比为

111y 0.10.111y 10.1

Y ===-- 出塔气相摩尔比为

21(1)0.11(10.97)0.0033A Y Y ϕ=-=-=

（4）出塔混合气量

出塔混合气量=80.982+8.998×0.03=83.6814kmol/h

=2348.478+596.211×0.03=2366.36433kg/h

（5）吸收剂（水）的用量L

该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算

12

min 1

2

()Y Y

L

Y V X m -=-

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X 2=0

min 0.110.0033

()39.540.11/40.760L

V -==-

取操作液气比为

min 1.3()L

L

V V =

1.339.5451.40L

V =⨯=

L=51.4×80.982=4162.4748kmol/h

(6)塔底吸收液组成X 1

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

180.982(0.110.0033)

0.002084162.4748X ⨯-=≈

(7)操作线方程 依操作线方程224162.4748

()0.003380.982L L

Y X Y X X V V =+-=+

51.40.0033Y X =+

3.2填料塔的工艺尺寸的计算

3.2.1塔径的计算

采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。