化原课程设计二氧化硫吸收塔

化工原理课程设计

题目：SO2气体吸收塔的设计

系别：化学与环境工程学院

专业：过程装备与控制工程

姓名：杨天赐

学号：

指导老师：刘红娇

2015年 6 月 22 日

目录

一设计任务书

二设计方案简介

三工艺计算

一设计任务书

（一）设计题目

过程填料吸收塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用于脱除混水吸收SO

2

，其余为惰性组分，采用清水进行吸收。

合气体(先冷却)中的SO

2

（二）操作条件

（1）操作压力常压

（2）操作温度 20℃

（三）设计内容

（1）流程的选择：本流程选择逆流操作；

（2）工艺计算：吸收剂量求取、操作线方程式、填料塔径求取、填料层高度、最小润湿速度求取及润湿速度的选取、单位填料层压降的求取、吸收塔高度等的计算；

（3）附件选型：液体分布，分布器及再分布器、支座等的选型；

（4）编写设计说明书和设计结果一览表，绘制填料塔的工艺条件图。

二设计方案简介

方案的确定

本流程选择逆流操作。

吸收剂为清水

（1）操作压力常压

（2）操作温度 20℃

填料的类型与选择

对于水吸收SO

的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料

2

散装填料。本流程选用N38塑料鲍尔环填料。

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。

三工艺计算

基础物性数据

液相物性数据

20℃时水的有关物性数据如下： 密度为 ρL = kg/m 3 粘度为 μL =·s

表面张力为σL =×103 N/m

SO 2在水中的扩散系数为 D L =147×10-9m 2/s=×10-6m 2/h （依Wilke-Chang 0.518

r 0.6

()1.85910M T

D V

φμ-=⨯计算，查《化学工程基础》） 气相物性数据

设进塔混合气体温度为20℃， 混合气体的平均摩尔质量为 M Vm =Σy i M i =×64+×29=mol 混合气体的平均密度为 ρVm =

RT PM =293

314.84

.30325.101⨯⨯= m 3

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查化工原理得20℃空气的粘度为 μV =×105Pa ·s

查手册得SO 2在空气中的扩散系数为 D V =×10-5m 2/s= m 2/h 气液相平衡数据

由手册查得，常压下20℃时SO 2在水中的亨利系数为 E=×103

kPa 相平衡常数为 m=E/P=×103/= 溶解度系数为

H=ρ/EM=（×103×18）=kN ·m 物料衡算

（1）进塔混合气中各组分的量 塔平均操作压强为，故：

混合气量＝3000×

20273273+×4

.221= kmol/h

混合气SO 2中量＝×＝ kmol/h ＝×64=h

设混合气中惰性气体为空气，则混合气中空气量＝（2）混合气进出塔的摩尔组成

y 1= y 2=

（3）混合气进出塔摩尔比组成 进塔气相摩尔比为 Y 1=

11y 1y -=04

.0104

.0-=

出塔气相摩尔比为 Y 2=

22y 1y -=0014

.010014

.0-= （4）出塔混合气量 出塔混合气量=÷（）=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 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X 2=0 （

V L ）min =004

.3504167.0001401963

.004167.0--=

取操作液气比为

min 4.1）（V L V L = 404.4786.334.1=⨯=V

L

53.567879.119404.47=⨯=L kmol/h

(6)塔底吸收液组成X 1 (7)操作线方程

依操作线方程0014.0404.47)(22+=-+=

X X V

L

Y X V L Y 填料塔的工艺尺寸的计算

采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。 气相质量流量为W V =3000×=3792 kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 W L =×18= kg/h 其中： ρL = kg/m 3

ρV = kg/m 3 g = m/s

2

μL =·s

（1）采用Ecekert 通用关联图法计算泛点气速uF 。 通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下：

图一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 /s2；

ρV 、ρL ——分别为气体和液体的密度，kg /m3； 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。

Eckert 通用关联图的横坐标为

959.0)2

.998264.1(379245.102213)(5

.05.0=⨯=L V V L W W ρρ