年处理量---吨二氧化硫气体吸收的设计任务书

程设计任务书1、设计题目年处理量为315334吨SO2的工艺设计；矿石焙烧炉送出的气体冷却到25后送入填料塔中，用20清水洗涤除去其中的SO2。入塔的炉气流量为3290M3/H，其中进塔SO2的摩尔分率为005，要求SO2的吸收率为98。吸收塔为常压操作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变，可近似取为清水的温度。吸收剂的用量为最小用量的15倍。2、工艺操作条件（1）操作平均压力常压（2）操作温度T20（3）每年生产时间300天。（4）选用填料类型及规格自选。3、设计任务完成二氧化硫吸收的工艺设计与计算，有关附属设备的设计计算和选型，绘制吸收系统带控制点工艺流程图和吸收塔的工艺条件图，编写设计说明书。（注两图采用电子和手绘各一张）目录前言4第一章绪论511吸收技术简介512吸收设备的发展513吸收在工业中的应用6第二章吸收塔的设计方案721吸收剂的选择7221吸收工艺流程的确定6222吸收工艺流程图及工艺过程说明723吸收塔设备及填料的选择9231吸收塔设备的选择9232填料的选择1024吸收剂再生方法的选择1225操作参数的选择12251操作温度的确定12252操作压力的确定13第三章吸收塔工艺条件的计算1431基础物性数据14311液相物性数据14312气相物性数据14313气液两相平衡时的数据1432物料衡算1533填料塔的工艺尺寸计算16331塔径的计算16332泛点率校核和填料规格16填料规格校核16333液体喷淋密度校核1734填料层高度计算17341传质单元数的计算17342传质单元高度的计算17343填料层高度的计算1935填料塔附属高度的计算1936液体分布器的简要设计20361液体分布器的选型20362分布点密度及布液孔数的计算21363塔底液体保持管高度的计算2137其它附属塔内件的选择22371填料支撑板22372填料压紧装置与床层限制板22373气体进出口装置与排液装置2338流体力学参数计算23381填料层压力降的计算23382泛点率2439附属设备的计算与选择25391吸收塔主要接管的尺寸计算25工艺设计计算结果汇总与主要符号说明28设计方案讨论34附录35参考文献36结束语37设备条件图38一、前言课程设计是本学科教程教学过程中综合性和实践性比较强的教学环节，通过课程设计，使得学生将理论与实际相联系，实际与理论相结合，实际不断完善，灵活应用理论知识。同时，也使得学生亲身体会实际问题的复杂多变，学习化工原理课程基本知识的初次尝试。在课程设计的过程中，促使学生充分应用本课程的基本知识，同时，查阅相关资料提升学生的知识面，将理论与实际融会贯通。要求学生在规定时间内完成课程设计的任务，让学生得到化工设计的训练，了解化工设计的基本内容，掌握设计的程序和方法，培养学生提出问题，分析问题，解决问题的能力，提升分析能力和创新能力，以及实事求是，严谨认真，负责的工作态度。课程设计，增强学生工程的概念，提高独立思考的能力，将所学的基本知识灵活应用，有助于处理在生活中遇到的问题，为今后在工作中处理实际问题做好了准备。第一章绪论11吸收技术简介当气体混合物与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分溶解于液体中，而不能溶解组分仍留在气体中，使气体得以分离，吸收过程使化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分的单元操作。实际生产过程中，吸收过程所用的吸收剂常需回收利用，故一般来说，完整的吸收过程应包含吸收和解吸两部分，因而在设计上应将两部分综合考虑，才能得到较为理想的设计结果，所以应将吸收和解吸两部分作为一个完整的单元过程综合考虑其工艺设计，方可提高综合处理工程问题的能力。作为吸收过程的工艺设计，其一般性问题在给定混合气体处理量、混合气体组分、温度、压力以及分离要求的条件下，完成以下工作根据给定的分离任务，确定吸收方案。根据流程进行过程的物料及热量衡算，确定工艺参数。依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计。绘制工艺流图及设备的工艺条件图。编写工艺设计说明书。12吸收设备的发展吸收设备有多种类型，如填料塔、板式塔、喷洒塔和鼓泡塔等，最常用的有填料塔与板式塔。填料塔中装有诸如瓷环之类的填料；气液接触在填料中进行，板式塔中有筛孔塔板，气液亮相在塔板上鼓泡进行接触。工业模型的填料塔始于1881年的蒸馏操作中，1904年采用于炼油工业，当时的填料是碎砖瓦、小石块和管子缩节等。20世纪初，填料塔进入一个新的发展阶段，在瓷环填料亦称拉西环填料被广泛采用后，弧鞍型填料继问世，特别是出现了斯特曼填料后，便大大的促进了规整填料的发展，除了各种填料大大涌现外，还发展了多管塔、乳化塔等成为高效填料塔的新塔型。从20世纪60年代起新型填料有了较多的发展，属于颗粒型填料的有海佐涅尔填料、阶梯环填料、多角螺旋填料、金属鞍环填料、比阿雷茨基环、莱瓦填料以及它们的改进形式。属于规整填料有苏采尔填料、重叠式丝网波纹板填料、重叠式金属波形板填料、格里希栅格填料、格子填料、拉伸金属网填料、塑料蜂窝填料、Z形格子填料、PERFORM喷射式填料和脉冲填料等。同时还创建了使小球浮动来强化传质的湍球格。进入20世纪70年代后，至于新型填料的研究，希望找到有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。近年来随着化工产业的发展，大规模的吸收设备已经广泛用于实际生产当中。具有了很高的吸收效率，以及在节能方面也日趋完善。填料塔的工艺设计内容是在明确了装置的处理量，操作温度及操作压力及相应的相平衡关系的条件下，完成填料塔的工艺尺寸及其它塔内设计。在今后的化学工艺的生产中，对吸收设备的要求及效率将会有更高的要求，所以日益完善的吸收设备会逐渐应用于实际的工业生产中。13吸收在工业中的应用在化工生产中所处理的原料中间产物粗产品等几乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，为进一步加工和使用，常需将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。对于均相物系，要想进行组分间的分离，必须要造成一两个物系，利用原物系中各组分间某种物性的差异，而使其中某个组分（或某些组分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。物质在相间的转移过程称为物质传递过程。吸收单元操作是化学工业中常见的传质过程。气体的吸收在化工生产中主要用来达到以下几种目的有用组分的回收。例如用硫酸处理焦炉气以回收其中的二氧化硫，用气油处理焦炉气以回收其中的芳烃，用液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等。原料气的净化。例如用水和碱液脱除合成二氧化硫原料气中的二氧化碳，用丙酮脱除裂解气中的乙炔等。某些产品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氢以制备盐酸，用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等。废气的治理。例如电厂的锅炉尾气含二氧化硫。硝酸生产尾气含一氧化氮等有害气体，均须用吸收方法除去。2第二章吸收塔的设计方案21吸收剂的选择吸收操作，选择适宜的吸收剂，具有十分重要的意义。其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响。一般情况下，选择吸收剂，要着重考虑如下问题1对溶质的溶解度大所选的吸收剂对溶质的溶解度大，则单位量的吸收剂能够溶解较多的溶质，在一定的处理量和分离要求条件下，吸收剂的用量小，可以有效地减少吸收剂循环量，这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面，在同样的吸收剂用量下，液相的传质推动力大，则可以提高吸收速率，减小塔设备的尺寸。2对溶质有较高的选择性对溶质有较高的选择性，即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度，而对其它组分则溶解度要小或基本不溶，这样，不但可以减小惰性气体组分的损失，而且可以提高解吸后溶质气体的纯度。3不易挥发吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸汽压，以避免吸收过程中吸收剂的损失，提高吸收过程的经济性。4再生性能好由于在吸收剂再生过程中，一般要对其进行升温或气提等处理，能量消耗较大，因而，吸收剂再生性能的好坏，对吸收过程能耗的影响极大，选用具有良好再生性能的吸收剂，往往能有效地降低过程的能量消耗。以上四个方面是选择吸收剂时应该考虑的主要问题，其次，还应该注意所选择地吸收剂应该具有良好的物理、化学性能和经济性。其良好的物理性能主要指吸收剂的粘度要小，不易发泡，以保证吸收剂具有良好的流动性能和分布性能。良好的化学性能主要指具有良好的化学稳定性和热稳定性，以防止在使用中发生变质，同时要求吸收剂尽可能无毒、无易燃易爆性，对相关设备无腐蚀性（或较小的腐蚀性）。吸收剂的经济性主要指应尽可能选择用廉价易得的溶剂，两种吸收剂如下物理吸收剂吸收容量（溶解度）正比于溶质分压；吸收热效应很小（适用于等温）；常用降压闪蒸解吸；适用于溶质含量高，而净化度要求不太高的场合；对设备腐蚀性小，不易变质。化学吸收剂吸收容量对溶质分压不太敏感；吸收热效应显著；用低压蒸汽提解吸；适于溶质含量不高，而净化度要求很高的场合；对设备腐蚀性大，易变质。22吸收流程选择221吸收工艺流程的确定工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同的角度进行分类，从所用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两部吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程很多塔吸收流程，从塔内气液两相得流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。（一）一步吸收流程和两部吸收流程一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以考虑采用两步吸收流程。（二）单塔吸收流程和多塔吸收流程单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程，如过程无特别需要，则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高，使用单塔操作时，所需要的塔体过高，或采用两步吸收流程时，则需要采用多塔流程（通常是双塔吸收流程）（三）逆流吸收与并流吸收吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高（具有多个理论级的分离能力）的显着优点而广泛应用。工程上，如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶剂循环吸收流程由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，当液相喷淋量过小时，将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善塔的操作条件。本设计采用单塔逆流操作。2222吸收工艺流程图及工艺过程说明图21吸收SO2的流程包括吸收和解吸两大部分。混合气体冷却至20下进入吸收塔底部，水从塔顶淋下，塔内装有填料以扩大气液接触面积。在气体与液体接触的过程中，气体中的SO2溶解于水，使离开吸收塔顶的气体二氧化硫含量降低至允许值，而溶有较多二氧化硫的液体由吸收塔底排出。为了回收二氧化硫并再次利用水，需要将水和二氧化硫分离开，称为溶剂的再生。解吸是溶剂再生的一种方法，含二氧化硫的水溶液经过加热后送入解吸塔，与上升的过热蒸汽接触，二氧化硫从液相中解吸至气相。二氧化硫被解吸后，水溶剂得到再生，经过冷却后再重新作为吸收剂送入吸收塔循环使用。2设计填料吸收塔实体主体结构示意图如下图2223吸收塔设备及填料的选择231吸收塔设备的选择对于吸收过程，能够完成其分离任务的塔设备有多种，如何从众多的塔设备中选择合适的类型是进行工艺设计得首要工作。而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后，并经多方案对比方能得到较满意的结果。一般而言，吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求，即用较小直径的塔设备完成规定的处理量，塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，具有合适的操作弹性，结构简单，造价低，易于制造、安装、操作和维修等。在液体流率很低难以充分润湿填料，或塔径过大，使用填料塔不很经济的情况下，以采用板式塔为宜。但作为吸收过程，一般具有操作液气比大的特点，因而更适用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能，所以对于吸收过程来说，以采用填料塔居多。本次吸收塔设计选择填料吸收塔。2232填料的选择塔填料是填料塔中的气液相间传质组件，是填料塔的核心部分。其种类繁多，性能上各有差异。图231散堆填料目前散堆填料主要有环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料。所用的材质有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金属等（1）拉西环填料拉西环填料于1914年由拉西（FRASHCHING）发明，为外径与高度相等的圆环，如图片拉西环所示。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。（2）鲍尔环填料如图片鲍耳环所示，鲍尔环是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。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。鲍尔环是一种应用较广的填料。（3）阶梯环STAIRSWREATH填料如图片阶梯环所示，填料的阶梯环结构与鲍尔环填料相似，环壁上开有长方形小孔，环内有两层交错45的十字形叶片，环的高度为直径的一半，环的一端成喇叭口形状的翻边。这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高，其生产能力可提高约10，压降则可降低25，且由于填料间呈多点接触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料，因此获得广泛的应用。（4）矩鞍填料如图片矩鞍填料所示，将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。（5）金属环矩鞍填料如图片金属换环聚鞍填料所示，环矩鞍填料（国外称为INTALOX）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装填料中应用较多。2规整填料规整填料是由许多相同尺寸和形状的材料组成的填料单元，以整砌的方式装填在塔体中。规整填料主要包括板波纹填料、丝网波纹填料、格利希格栅、脉冲填料等，其中尤以板波纹填料和丝网波纹填料所用材料主要有金属丝网和塑料丝网。（1）格栅填料SPACEGRIDFILLER是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为如图片312（A）所示的木格栅填料。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等，其中以图片312（B）所示的格里奇格栅填料最具代表性。格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。（2）波纹填料RIPPLESFILLER目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30和45两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90排列。波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。金属丝网波纹填料的压降低，分离效率很高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因其性能优良仍得到了广泛的应用。（D）所示，金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多F5MM左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。（3）金属压延孔板波纹填料THEMETALSPRESSESTOPOSTPONETHEBOREPLANKRIPPLESFILLER是另一种有代表性的板波纹填料。它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0405MM小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价格便宜，应用较为广泛。波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等几种）。波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。（4）脉冲填料PULSEFILLER是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一种规整填料，如图片312（E）所示。脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质。在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少，故特别适用于大塔径的场合。工业上常用规整填料的特性参数可参阅有关手册。2由于该过程处理量不大，所以所用的塔直径不会太大，以采用填料塔较为适宜，所以采用聚丙烯塑料阶梯环填料。其主要性能参数为38ND比表面积1325MA2孔隙率091形状修正系数145填料因子170MF1A0204临界张力3CCMDYN/24吸收剂再生方法的选择依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方案，工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生、加热再生及气提再生等。A减压再生（闪蒸）吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得融入吸收剂中的溶质得以再生。该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需要在真空条件下进行，则过程可能不够经济B加热再生加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于吸收温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸气作为加热介质，加热方法可依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热。25操作参数的选择251操作温度的确定对于物理吸收而言,降低操作温度,对吸收有利但低于环境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的,所以一般情况下,取常温吸收较为有利对于特殊条件的吸收操作方可采用低于或高于环境的温度操作对于化学吸收,操作温度应根据化学反应的性质而定,既要考虑温度对化学反应速度常数的影响,也要考虑对化学平衡的影响,使吸收反应具有适宜的反应速度对于再生操作,较高的操作温度可以降低溶质的溶解度,因而有利于吸收剂的再生而对本设计而言，由吸收过程的气液关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度，即低温有利于吸收，但操作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，操作温度定为20。252操作压力的确定操作压力的选择根据具体情况的不同分为三种对于物理吸收,加压操作一方面有利于提高吸收过程的传质推动力而提高过程的传质速率,另一方面,也可以减小气体的体积流率,减小吸收塔径所以操作十分有利但工程上,专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下,一般是以前道工序的压力作为吸收单元的操作压力对于化学吸收,若过程由质量传递过程控制,则提高操作压力有利,若为化学反应过程控制,则操作压力对过程的影响不大,可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压力,但加大吸收压力依然可以减小气相的体积流率,对减小塔径仍然是有利的对于减压再生闪蒸操作,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定,逐次或一次从吸收压力减至再生操作压力,逐次闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果本设计中由吸收过程的气液平衡可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加压有利于吸收。但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，综合考虑，采用常压101325KPA。第三章吸收塔工艺条件的计算31基础物性数据311液相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纯水的物性数据20时水的有关物性数据如下3密度L9982KG/M3粘度L0001004PAS36KG/MH表面张力L7267DYN/CM941803KG/H2SO2在水中的扩散系数DL1471052/S529106M2/H密度99695KG/M3粘度90285PAS饱和蒸汽压P3219KPA312气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为MVMYIMI0056406095293075混合气体的平均密度为KG/M32781052731480G）（混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20C空气的粘度为MHHMKGSPA/605V在空气中的扩散系数为2SOM2/S0039M2/HHMSCDV/0391824313气液两相平衡时的数据常压下20在水中的亨利系数为2SAKPE3105相平衡常数为0453210PM溶解度系数为33/0156281059MKPAOLEMHSL32物料衡算由公式GB（Y1Y2）LSX1X2无论是低浓度吸收还是高浓度吸收均适用，故物料衡算利用此式。（以下计算过程分别以G和L表示GB和LS）4进塔气相摩尔比为05611YY出塔气相摩尔比为051298212进塔惰性气相流量为H/KMOL310573490G）（该吸收过程属于低浓度吸收，平衡曲线可近似为直线，最小液气比可按下式计算，即21MIN/XYL对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为02X34035/612MINGL取操作液气比51411MIN）（L515113001669682KMOL/H2121XLYGX213001005260000512/6696820000050194502651X33填料塔的工艺尺寸计算331塔径的计算液相质量流量可近似按纯水的流量计算，G/HLW气相质量流量为32901278420462KG/HG由贝思霍夫泛点关联式得814120L32LGLVMGKAWAUVMLF查表塑料阶梯环有L1325MA0204K175091则581751042982715389LG29760084102FSMU/1FUFU85取SMF/769017D23436029圆顶塔径取D1300MM332泛点率校核和填料规格泛点率校核SMU/6890317850/292在允许范围5080内746F填料规格校核阶梯环的径比要求8DD有即符合要求821340D333液体喷淋密度校核对于直径不超过75MM的散装材料，可取最小润湿速率M3/MH08WLIN）（对于直径超过75MM的散装材料，可取最小润湿速率M3/MH12I）（取最小润湿速率为HMLW/083MINHMAU23INI/61052IN29137850/6U故满足最小喷淋密度的要求经以上校核可知，填料塔直径选用D1300MM合理34填料层高度计算341传质单元数的计算01752043511MXY22解吸因数为68035143LGS气相总传质单元数为8063051268031LN68031LN21SYSNOG342传质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算4451EXP2005210750TLLTTLCTWAUGAUA查表常见材质的临界表面张力值，HKGCMDYNC/427680/3HKCMDYNL/941803/672液体质量通量为/48906317526422HKGDWUL6320513294802610279853406351249064832751EXP081TWAWL0632132506328374气体质量通量为/164203785012942HMKGDWUG气膜系数0412529314823700271650651373170）（）（RTAAKGTGTG液膜吸收系数由下式计算3150329LLLWLGDAUK/26129871610295863637489053562HM由，查附得，1WGAK表5则/19254783041231KPAHMKOLKWG66040AL因为，故需要校正。572FU由AKUAKGFG41091，得LFL2562/94871250627459134KPAHMKOLAKG则有062L/57142150948713KPAHKOLAHKAKLG由MDPKYO6140378503622343填料层高度的计算MNHZOG403258610根据设计经验，填料层设计高度一般为1Z5因此取74325所以设计取填料层高度为Z查附，对于阶梯环填料，H/D815,M表AX6H取则MHD10438,计算得填料层高度为7700MM，故不需要分段。35填料塔附属高度的计算塔上部空间高度，通过相关资料可知，可取为13M，塔底液相停留时间按15MIN考虑，则塔釜液所占空间高度为/03629836071SMWVLS817517850221HS考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取28M，所以塔的附属空间高度可以取为132841米。因此塔的实际高度取H7741118M36液体分布器的简要设计361液体分布器的选型液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点液体分布均匀评价液体分布均匀的标准是足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。分布点密度。液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差较大。大致规律是塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。表31列出了散装填料塔的分布点密度推荐值2表31ECKERT的散装填料塔分布点密度推荐值塔径，MM分布点密度，塔截面2/M点D400330D750170D120042分布点的几何均匀性。分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题。设计中，一般需通过反复计算和绘图排列，进行比较，选择较佳方案。分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降夜点间流量的均匀性。为保证各分布点的流量均匀，需要分布器总体的合理设计、精细的制作和正确的安装。高性能的液体分布器，要求个分布点与平均流量的偏差小于6。操作弹性大液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为24，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊设计。自由截面积大液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35以上。其它液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便由于该吸收塔的液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。当填料层高度与塔径之比超过某一数值时，填料层需分段。在各段填料层之间安设液体再分布器，以收集自上一填料层来的液体，为下一填料层提供均匀的液体分布。2由343节中知，本次设计的填料层不需要分段,故不需要安装液体再分布器。362分布点密度及布液孔数的计算按照ECKERT建议值，D1200MM时，喷淋点密度为42点/M2,因为该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为120点/M2。布液点数为点1592107850N32按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为二级槽共设七道，槽侧面开孔，槽宽度为80MM,槽高度为210MM,两槽中心矩为160MM,分布点采用三角形排列。实际设计布点数为N132点布液计算4由HG2N0LDL液体流量M3/SN开孔数目孔流系数，取055060D0孔径，M开孔上方的液位高度，MH取，0610MM01756819213604362987G2NL4D0设计取D018MM363塔底液体保持管高度的计算取布液孔的直径为18MM，则液位保持管中的液位高度可由公式得，即GHNKDL24GNKDL2/4式中布液孔直径，MDL液体流率，M3/S布液孔数孔流系数K液体高度，MH重力加速度，M/S2G值由小孔液体流动雷诺数决定K可取620因此，取1420892/60138043629871/422MGNKDLH根据经验，则液位保持管高度为14015MH37其它附属塔内件的选择371填料支撑板填料支撑板的作用是支撑塔内的填料。常用的填料支撑装置由栅板型，孔管型，驼峰型等。对于散装填料，通常选用孔管型，驼峰型支撑装置；设计中，为防止在填料支撑装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支撑装置的自由截面积应大于75。本次设计选用驼峰型支撑装置。372填料压紧装置与床层限制板对于散装填料，可以选用压紧栅板，也可以选用压紧网板，在其下方根据填料的规格铺设一层金属网，并将其与压紧栅板固定。设计中，为防止在填料压紧装置处压降过高甚至发生液泛，要求压板或限制板自由截面分率大于70。本次设计选用压紧网板。373气体进出口装置与排液装置（1）气体进出口装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500MM直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对15M以下直径的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其它均布气流的装置。4气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。最简单的装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采用旋流板除雾器。本设计中选用折板除雾器。折板除雾器的结构简单有效，除雾板由的角钢组成，板间横向距离为25MM，垂直流过的气速可按下式计算503MLVUK式中气速，M；液相及气相密度，；/SLV3/KGM系数，0085010；本设计中取，则流过的气速095K9821705653/US所需除雾板组的横断面为Q2V34623S由上式确定的气速范围，除雾板的阻力为4998PA，此时能除去的最小雾滴直径约为005MM，即50M（2）排液装置液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。常压塔气体进出口管气速可取1020M/S（高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取0815M/S（必要时可加大些）管径依气速决定后，应按标准管规定进行圆整在以后的各节中会有计算。38流体力学参数计算381填料层压力降的计算（1）气体进出口压力降由后面主要接管尺寸计算可知，气体的进出口接管内径为。M275则气体的进出口流速为SMU/391527085369则进口（突然扩大1）PAUPG351812出口突然缩小05）67971222（2）填料层压力降气体通过填料层的压力降采用ECKERT关联图计算，有前面计算可知其中横坐标为02715LGW查散装填料压降填料因子平均值得M16P纵坐标为0132987189456LG70U222GP2查ECKERT关联图得MPAZP/21968203所以填料层压力降PA02148373其它塔内间的压力降较小,因此可忽略于是得到吸收塔的总压力降为PP6591321382泛点率吸收塔操作气速为0689M/S泛点气速为10981M/S所以泛点率为746210986F对于散装填料，其泛点率的经验值为50FU8所以该塔的泛点率合适。39附属设备的计算与选择391吸收塔主要接管的尺寸计算本设计中填料塔有多处接管，但主要的是气体和液体的进料口和出料口接管。在此分别以液体进料管和气体进料管的管径计算为例进行说明。气体和液体在管道中流速的选择原则为常压塔气体进出口管气速可取1020M/S（高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取0815M/S（必要时可加大些）21液体进料接管进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下MULDSMUS189024360298714/21液液设计取进料管管内径取查输送流体用地缝钢管GB816320083可知，可选用热轧无缝钢管管径为。则实际管内径为199MM实际通过液体M接管的液速为。SDLUS/0819143602987422液2气体进料接管采用直管进料。取气速SMU/气GS2540184362942气设计取进料管管径所以查输送流体用地缝钢管GB816320083可知取管径为5924M实际管内径为，M275则实际通过气体接管的气速为/SGU13901436/9D22S气3吸收剂输送管路直径及流速计算根据管材规范，选择型的热轧无缝管道，其内径为154MM，其实际流速M71687为。SU/80154302942392离心泵的计算与选择1流量HWL38912976Q流量所需扬程UFFGH212式中Z两截面处位头差两截面处静压头之差GP两截面动压头之差U2直管阻力HF1管件、阀门局部阻力F2根据前面设计资料对上述公式各项进行计算118MP171008PAZ管路总阻力和所需压头计算根据管路的平立面布置，计算所得雷诺数为4027598014985DRELU可利用柏拉修斯关系式有3836140272505根据填料高及泵的大体位置，管路长取13米M19208215403821GDLUHF选用三个900弯头，三个截止阀全开MGUHF54381923467522MZHHFF71543192089272122气体动能因子吸收塔内的动能因子为8690271690GUF气体动能因子在常用范围内考虑到安全系数，查得流量的安全系数为11，扬程的安全系数为10511Q11Q111208913298M3/SH105H10515711650M因为该吸收以清水为吸收剂，选用离心泵型号为IS150125250单级单吸离心泵，其性能参数如下（见附录五）表32功率/KW必需汽蚀余量NPSHR/M转速（R/MIN）流量M3/H扬程H/M效率/轴功率电机功率145020020811351853工艺设计计算结果汇总与主要符号说明基础物性数据和物料衡算结果汇总表1项目符号数值与计量单位吸收剂（水）的密度L9982KG/M3溶剂的粘度L0001004PAS36KG/MH溶剂表面张力L7267DYN/CM941803KG/H2二氧化硫在水中扩散系数DL1471052/S529106M2/H混合气体的平均摩尔质量GM3075MOLG混合气体的平均密度12783K二氧化硫在空气中扩散系数DG0108104M2/S0039M2/H亨利系数E355103KPA气液相平衡常数M3504溶解度系数H00156KMOL/MKPA二氧化硫进塔摩尔比Y100526二氧化硫出塔摩尔比Y20000512惰性气体摩尔流量G13001KMOL/H吸收剂摩尔流量L669682KMOL/H液相进口摩尔比X20液相出口摩尔比X100005填料塔工艺尺寸计算结果表表2项目符号数值与计量单位气相质量流量GW420462KG/H液相质量流量L12067670KG/H塔径D1300MM空塔气速U0769SM泛点率F6274喷淋密度U9112M3/M2H解吸因数S06803气相总传质单元数OGN880液体质量通量UL9096348/2HKG气体质量通量UG412016M气膜吸收系数K00412KMOL/MHKPA液膜吸收系数L1262M/H气相总吸收系数校正后AKG7948KMOL/M3HKPA液相总吸收系数（校正后）L12604L/H气相总传质系数AKG1576KMOL/M3HKPA气相传质单元高度OH0614M填料层高度Z77填料塔上部空间高度1H228填料塔下部空间高度228M塔附属高度3H41塔高AH118M布液孔数N132点孔径D00018M开孔上方高度016M液位保持管高度H0142M流体力学参数计算结果汇总表3项目符号数值与计量单位气体进口压力降P115135PA气体出口压力降P27567PA填料层压力降P3148302PA吸收塔总压力降P171008PA泛点率FU6274气体动能因子F/6940503MKGS附属设备计算结果汇总表4项目选型数值与计量单位液体进出口接管热轧无缝钢管M1029液体实际流速SMU/108液气体进出口接管热轧无缝钢管5924气体实际流速/539气吸收剂输送管路热轧无缝钢管7168M吸收剂实际流速SMU/801离心泵的选型IS150125250单级单吸离心泵扬程H1650M所用聚丙烯塑料阶梯环填料主要性能参数汇总38ND表5项目符号数值与计量单位公称直径ND38MM塔径与填料公称直径比值D/D8填料因子平均值F170M1临界表面张力值C33CMDYN/形状修正系数145填料分段高度推荐值H/D815MAX6H压降填料因子平均值P116M1主要符号说明1、英文字母表6填料层的润滑比表面积M/M；WAS脱吸因数无因次填料层的有效传质比表面积（M/M）扩散系数，M/S塔径,MD液体质量通量LU/2HKG气体质量通量GU/2HMKG亨利系数，KPAE重力加速度，KG/MHG溶解度系数，KMOL/MKPAH气相传质单元高度，MGH液相传质单元高度，ML气相总传质单元高度，MO液相总传质单元高度，MO液体喷淋密度喷L相平衡常数，无因次M气相传质单元数，无因次GN液相传质单元数，无因次LN气相总传质系数，无因次O液相总传质系数，无因次OLN总压，KPAP温度，0CT气体通用常数，KJ/KMOLKR填料直径，MM；D空塔速度，M/SU液泛速度，M/SFU惰性气体流量，KMOL/HG混合气体体积流量，M3/HSG液膜吸收系数M/HLK气膜吸收系数，KMOL/MHKPAK气相总吸收系数KMOL/M3HKPAAG液相总吸收系数，L/HAL气相总传质系数KMOL/M3HKPAK液相总传质系数L/HKL吸收剂用量KMOL/HKMOL/SSL是吸收液量KMOL/H吸收剂质量流量KG/H；W气体质量流量，KG/H；GW密度KG/M填料因子，M1修正系数，无因次2、下标表7液相的L气相的G混合气流量S混合气质量流量X溶质在液相中的摩尔分率无因次X溶质在液相中的摩尔比无因次Y溶质在气相中的摩尔分率无因次Y溶质在气相中的摩尔比无因次Z填