1、 1第一章 设计任务 依据和要求 一、 设计任务及操作条件： 1、混合气体（空气中含SO2气体的混合气）处理量为：106Kmol/h 2、混合气组成：SO2含量为6.7% （ mol% ）， 空气为：93.3 %（mol%） 3、要求出塔净化气含SO2为：0.148 %（mol%）， H2O为 ：1.172 kmol/h 4、吸收剂为水，不含SO2 5、常压，气体入塔温度为25，水入塔温度为20。 二、设计内容： 1、设计方案的确定。 2、填料吸收塔的塔径、填料层高度及填料层压降的计算。 3、填料塔附属结构的选型与设计。 4、填料塔工艺条件图。 三、H2O-SO2在常压20下的平衡数据 X Y
2、 X Y 0.00281 0.0776 0.000423 0.00763 0.001965 0.00513 0.000281 0.0042 0.001405 0.0342 0.0001405 0.00158 0.000845 0.0185 0.0000564 0.00066 0.000564 0.0112 2四、气体及液体的物性数据 1、气体的物性：气体粘度 ( )0.0652/Gukgmh= 气体扩散系数 20.0393/GDms= 气体密度 31.383/G kgmr = 2、液体的物性：液体粘度L=3.6 kg /(mh); 液体扩散系数DL=5.310-6m2/s; 密度L=998.2
3、 kg /m3; 液体表面张力 4273/92.7110/L dyncmkghs = 五、 设计要求 1、设计计算说明书一份 2、填料塔图（2号图）一张 第二章 SO2净化技术和设备 一、SO2的来源、性质及其危害 二氧化硫的来源包括微生物活动，火山活动，森林火灾以及海水飞沫。主要有自然来源和人为来源两大类： 自然来源主要是火山活动，喷出的火山气体中含有大量的二氧化硫气体，地质深处的天然硫元素在火山喷发过程中燃烧氧化为二氧化硫，随火山灰一起喷射到大气中。地球上57%的二氧化硫来自自然界，沼泽、洼地、大陆架等处所排放的硫化氢，进入大气，被空气中的氧氧化为二氧化硫。自然排放大约占大气中全部二氧化硫
4、的一半，通过自然循环过程，自然排放的硫基本上是平衡的。 人为来源则指在人类进行生产、生活活动中，使用含硫及其化合物的矿石进行燃烧，以及硫矿石的冶炼和硫酸、磷肥纸浆的生产等产生的工业废气，从而使其中一部分或全部的硫以二氧化硫的形式排放到大气中，形成二氧化硫污染。这部分二氧化硫占地球上二氧化硫来源的43%。随着化石燃料消费量的不断增加，全世界认为排放的二氧化硫在不断在增加，其中北半球排放的二氧化硫占人为排3放总量的90%。我国的能源主要依靠煤炭和石油，而我国的煤炭、石油一般含硫量较高，因此，火力发电厂、钢铁厂、冶炼厂、化工厂和炼油厂排放出的大量二氧化硫和二氧化碳是造成我国大气污染的主要原因。由于我
5、国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染。 2、二氧化硫的性质 (1)物理性质： 二氧化硫又名亚硫酸酐，英文名称： sulfur dioxide 。无色气体，有强烈刺激性气味。分子量64.07 密度为1.4337kg/m3 （标准状况下） ，密度比空气大。溶解度：9.4g/mL（25） 熔点76.1（200.75K） 沸点10 （263K） 蒸汽压338.32kPa(2538mmHg，21.11)易溶于水，在338.32kPa水中溶解度为8.5%（25）；易容于甲醇和乙醇；容于硫酸、乙酸、氯仿和乙醚等。易液化（mp：10）。 (2)化学性质
6、： 二氧化硫是一种酸性氧化物，它极易溶于水，其水溶液呈酸性，为亚硫酸水溶液。实际上，二氧化硫水溶液中成分为 SO27H2O，仅含有微量的亚硫酸，但是亚硫酸盐含有亚硫酸根离子。所谓的亚硫酸水溶液能被空气逐渐氧化成硫酸，其浓度越低氧化越快，而且一经加热就会有自行氧化。 二氧化硫在完全燃烧干燥时几乎不与氧气发生反应，当在有初生态氧的燃烧环境下，或者对二氧化硫与氧气的混合物进行放电，则有氧化反应发生。氧化性：SO2+2H2S=3S+2H2O ；还原性：能被Cl2、Br2、I2、Fe3+、KMnO4、HNO3等强氧化剂氧化成高价态硫元素。 SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX 3 、二氧化硫的危害
7、 二氧化硫对人体及动物健康的危害： 主要是对眼角膜和上呼吸道粘膜的强烈刺激作用。其浓度与反应关系如下：0.4毫克/立方米时无不良反应；0.7毫克/立方米时，普遍感到上呼吸道及眼睛的刺激；2.6 毫克/立方米时，短时间作用即可反射性的引起器官、支气管平滑肌收缩，使呼吸道阻力增加。一般认为空气中二氧化硫浓度达1.5毫克/立方米，对人体健康即为有危害，长期接触主要引起鼻、咽、支气管，嗅觉障碍和尿中硫4酸盐增加。吸入高浓度二氧化硫，可引起支气管炎、肺炎，严重时可发生肺水肿及呼吸中枢麻痹。 二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，
8、使刺激作用增强。上呼吸道的平滑肌因有末梢神经感受器，遇刺激就会产生窄缩反应，使气管和支气管的管腔缩小，气道阻力增加。上呼吸道对二氧化硫的这种阻留作用，在一定程度上可减轻二氧化硫对肺部的刺激。但进入血液的二氧化硫仍可通过血液循环抵达肺部产生刺激作用。 二氧化硫进入血液可引起全身性毒作用，破坏酶的活性，影响糖及蛋白质的代谢；对肝脏有一定损害。液态二氧化硫可使角膜蛋白质变性引起视力障碍。二氧化硫与烟尘同时污染大气时，两者有协同作用。因烟尘中含有多种重金属及其氧化物，能催化二氧化硫形成毒性更强的硫酸雾。因加剧其毒性作用。动物试验证明，二氧化硫慢性中毒后，机体的免疫受到明显抑制。大量吸入可引起肺水肿、喉
9、水肿、声带痉挛而致窒息。 急性中毒：轻度中毒时，发生流泪、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等；严重中毒可在数小时内发生肺水肿；极高浓度吸入可引起反射性声门痉挛而致窒息。皮肤或眼接触发生炎症或灼伤。 慢性影响：长期低浓度接触，可有头痛、头昏、乏力等全身症状以及慢性鼻炎、咽喉炎、支气管炎、嗅觉及味觉减退等。少数工人有牙齿酸蚀症。 二氧化硫浓度为1015ppm时，呼吸道纤毛运动和粘膜的分泌功能均能受到抑制。浓度达20ppm时，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入浓度为100ppm 8小时，支气管和肺部出现明显的刺激症状，使肺组织受损。浓度达400ppm时可使人产生呼吸困难。二氧化硫与飘尘一起被吸入，飘尘气溶胶微粒可
10、把二氧化硫带到肺部使毒性增加34倍。若飘尘表面吸附金属微粒，在其催化作用下，使二氧化硫氧化为硫酸雾，其刺激作用比二氧化硫增强约1倍。长期生活在大气污染的环境中，由于二氧化硫和飘尘的联合作用，可促使肺泡纤维增生。如果增生范围波及广泛，形成纤维性病变，发展下去可使纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫可以加强致癌物苯并（）芘的致癌作用。据动物试验，在二氧化硫和苯并（）5芘的联合作用下，动物肺癌的发病率高于单个因子的发病率，在短期内即可诱发肺部扁平细胞癌。 二氧化硫对植物的危害： 大气中含二氧化硫过高，对叶子的危害首先是对叶肉的海绵状软组织部分，其次是对栅栏细胞部分。侵蚀开始时，叶子出现水浸透现象，特别是介于
11、叶边和叶脉之间的部分损害尤为严重。干燥后，受影响的叶面部分呈白色或乳白色。 如果二氧化硫的浓度为（0.3-0.5） 610 ，并持续几天后，就会对敏感性植物产生慢性损害。二氧化硫直接进入气孔，叶肉中的植物细胞使其转化为亚硫酸盐，再转化成硫酸盐。当过量的二氧化硫存在时，植物细胞就不能尽快地把亚硫酸盐转化成硫酸盐，并开始破坏细胞结构。菠菜，莴苣和其他叶状蔬菜对二氧化硫最为敏感。棉花和苜蓿也都很敏感。松针也受其影响，不论叶尖或是整片针叶都会变成褐色，并且很脆弱。 二氧化硫对建筑物及其它的危害： 大气中的二氧化硫及其生成的酸雾、酸滴等，能使金属表面产生严重的腐蚀，使纺织品、纸品、皮革制品等腐蚀破损，使
12、金属涂料变质，降低其保护效果。造成金属腐蚀最为有害的污染物一般是二氧化硫，已观察到城市大气中金属的腐蚀率约是农村环境中腐蚀率的1.5-5倍。温度尤其是相对湿度皆显著影响着腐蚀速度。含硫物质或硫酸会侵蚀多种建筑材料，如石灰石、大理石、花岗岩、水泥砂浆等，这些建筑材料先形成较易溶解的硫酸盐，然后被雨水冲刷掉。尼龙织物，尤其是尼龙管道等，其老化显然是由二氧化硫或硫酸气溶胶造成的。长期的酸雨作用还将对土壤和水质产生不可估量的损失， 对生态环境会产生严重的影响。 二、净化技术 当前应用的脱硫方法，大致可分为两类，即干法脱硫和湿法脱硫。 干法脱硫：该法是用粉状、粒状吸收剂，吸附剂或催化剂去除废气中的二氧化
13、硫。干法的最大优点是治理中无废水、废酸排出，减少了二次污染；缺点是脱硫效率低，设备庞大，操作要求高。 湿法脱硫：该法是采用液体吸收剂如水或碱溶液洗涤含二氧化硫的烟气，通6过吸收去除其中的二氧化硫，湿法脱硫所用设备较简单，操作容易，脱硫效率较高。但脱硫后烟气温度降低，于烟囱排烟扩散不利。由于使用不同的吸收剂可获得不同的副产物而加以利用，因此湿法是全国研究最多的方法。 湿法脱硫效率较高，而且设备简单，操作运行方便，运行成本低，产生的副产物如硫酸盐和压硫酸盐，可回收利用，作为工业原料。所以在本设计中选取湿法脱硫。 三、吸收设备：板式塔与填料塔的比较 板式塔与填料塔的比较 项目 塔型 备注 板式塔 填
14、料塔 造价 600以下，安装较困难 普通填料塔800以下造价一般较板式塔便宜，直径大则昂贵 由于填料塔造价随体积几乎正比的增大，单位体积造价降低 分离效率 每块塔板的效率较稳定，大塔效率比小塔效率有所提高 工业塔等板高度与板式塔差不多，但塔径增大效率下降，高效填料可以达到高的分离效率，有利于塔高降低 生产能力 允许空塔速度较高，生产能力较大 允许空塔速度较高，生产能力较小 压降 压降较大 压降小，尤其是丝网填料 操作弹性 浮阀，泡罩等具有大的操作弹性 操作弹性较小 填料塔采用鲍尔环等操作弹性有了扩大 液气比L/V的范围 液气比的适应范围大 小的LV时，分离效率差 版式塔中，虽然L小，仍能保持一
15、定液层，填料塔中喷淋密度太小，就不能充分润湿 7清洗的方便性 清洗较方便 清洗费时 对腐蚀介质的适应性 因结构复杂，较难用防腐蚀材料制作，但无溢流栅板塔等可以 易用防腐蚀材料制作 塔中持液量 持液量大 持液量小，尤其是高效丝网填料有利于精密分离 塔中换热的可能性 可以实现 困难 材料要求 一般用金属材料制作 可用非金属耐腐蚀材料 安装维修 较容易 较难 重量 较轻 重 根据板式塔与填料塔的特点比较，以及根据设计的条件和要求，本次设计应采用填料塔最为合适。 四、填料塔的结构：示意图 主要结构如下所示： 主要结构 作用 主要要求 外壳 操作系统与环境的隔离界面 要具有一定的强度，需要时应能耐腐蚀
16、填料 气液两相的接触元件，实现过程操作的关键结构 具有一定的强度，比表面积大，空隙率大，可使气、液的处理量大气体压8力降低 填料支承 支承填料，并使气流分布均匀 自由截面积大，应=65%。强度大 液体喷淋器 使液体均匀地喷淋在填料上 喷洒均匀，防堵 除雾器 防止气速过大，在塔顶出塔的气体中带出大量液体 除雾效率高，压力降小 五、工艺流程及工艺流程图： 气体从填料塔的下端由鼓风机 1 鼓入，吸收液由填料塔上端进入从塔底流出，进行充分的接触、吸收。送入贮液槽2中加药、沉淀，然后被水泵打到进水管，循环进行吸收。在进水管处装有转子流量计4，测量进液管中吸收液的流量。 、鼓风机 2、吸收塔 3、贮液槽
17、4、转子流量计 5、水泵 第三章 吸收塔的工艺计算（L、P、D、H） 一、吸收剂用量的计算(最小液气比) 由原始数据已知： 入口气体量y1=6.7； 出口气体量y2=0.148低浓度吸收时：Y1=0.0718 Y2=0.00148 进口液体不含二氧化硫所以x2=0 9水吸收SO2平衡曲线y = 40.516x + 0.001500.010.020.030.040.050.060.070.080.090 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003SO2在水中的摩尔分数SO2在空气中的摩尔分数平衡线操作线线性 (操作线)由H2OSO2在常压20oC的平衡数据，得
18、X1 *=0.00262 Lmin=G 1212YYXX minLG= 1212YYXX = 0-0.0027600145.0076.0 =27.3641 低浓度时有 GBG=98.898 kmol/h 吸收剂的最小用量： minL =minLGG =27.364198.898=2706.2548（kmol/h） L=(1.12.0) minL ，取 L=1.3 minL 吸收剂实际用量为 L=1.327.3641=3518.13（kmol/h） 10逆流吸收塔操作示意图如下： X：表示水中含有溶质的摩尔分数 Y：表示空气中含有溶质气体的摩尔分数 二、气液相进、出口组成 表一气相进、出口组成
19、组成 入口 出口 质量流量 质量百分比 摩 尔流量 摩尔百分比 质量流量 质量百分比 摩尔流量 摩尔百分比 空气 2868.042 86.32 98.898 93.3 2868.042 98.95 98.898 98.68 So2 454.528 13.68 7.102 6.7 9.408 0.32 0.147 0.15 H2o 21.096 0.73 1.172 1.17 3322.57 100 106 100 2898.546 100 100.217 100 表二液相进、出口组成 组入口 出口 Y X X1 Y1 X2 Y2 11 成 质量流量 质量百分比 摩尔流量 摩尔百分比 质量流量
20、质量百分比 摩尔流量 摩尔百分比 So2 445.12 0.698 6.955 0.197 H2o 63326.34 100 3518.13 100 63770.288 100 3525.02 99.803 63326.34 100 3518.13 100 63770.288 100 3525.02 100 三、填料的选择 填料是填料塔中的气液相间的传质原件，是填料塔的核心。种类繁多，性能各异。按填料结构及其作用可分为散堆填料和规整填料。 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，球形填料，使用时材质有陶瓷，塑料，石墨玻环及金属等。 规整填料：规整填料是由许多相同尺寸和形状的
21、材料组成的填料单元。整砌的方式在塔件中，主要包括板波纹填料，丝网波纹填料，格里希格栅，脉冲填料等。其中以波纹填料，丝网波纹居多。 填料塔操作性能的好坏，与所选用的填料有直接关系。填料的种类很多，可分为实体填料和网体填料两大类。前者有拉西环、鲍尔环、鞍形、波纹填料等。塔填料的选择是填料塔设计重要的环节之一。塔设备内装入填料的目的是增加两种介质的接触表面积，从而促进传质过程的进行。 12良好的填料，应具有下列特性： (1) 单位容积的重量要小(其数值成为容重， 根据填料的堆积方法，即乱堆或整砌而不同)，这样可使塔设备的自重减低，基础的负荷减轻.这一特性常以符号 填g (公斤力/米3)表示之。 (2
22、) 比表面积要大(其数值也因填料的堆砌方法而不同)，比表面积就是单位体积填料的总表面积，常以 a(米2 /米3)表示之.比表面积大即意味着气液的接触表面大，有利于传质的进行;亦即操作时可容许较高的气、液体的流速.但必须注意填料的真正气液接触表面，并不一定与比表面积成正比例，而决定于喷淋液所实际润湿的表面，且也和喷淋液在填料层中的分布有关。 (3) 空隙体积要大(其数值也因填料的堆积方法而不同)，空隙体积亦称自由体积，就是单位体积填料中的总空隙量，常以 V(米3/米3)表示之。 (4) 要有较高的空隙率。单位体积填料层所具有的空隙体积称为填料的空隙率。以 表示，其单位为 m3/m3 。一般说来，
23、填料的空隙率多在 0.450.95 范围以内。当填料的空隙率较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。 (5) 制造容易，价格低廉。 (6) 具有化学耐蚀性。 (7) 具有足够的机械强度，不易破裂，否则损耗变，检修频繁，增加操作费用。 13填料的几何特性数据： 填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。 填料的选择是一个复杂的问题： 1）.填料用材
24、的选择：设备操作温度低，塑料能长期操作无变形，体系对塑料无溶胀的情况下可考虑塑料，因其价格低廉，性能良好，有较好的耐腐蚀性。而陶瓷填料一般用于腐蚀性介质，金属填料一般耐高温，但价格昂贵。是水吸收低浓度SO2，介质具有轻微腐蚀性，所以本次课程设计用陶瓷填料。 2）.填料类型的选择：要在众多的填料中选出最适宜的塔填料，须对这些填料在规定的工艺条件下，做出全面的技术经济评价。因为乱堆填料较规则填料经济，所以本次课程设计采用乱堆填料法。对于不同类型的乱堆填料，同样的尺寸、材质的鲍尔环在同压降、处理量比拉西环达50%以上，效率高出30%以上。但是，本次课程设计的处理量较小，用鲍尔环浪费，所以本次课程设计
25、选用拉西环。 3）.填料尺寸的选择：一般来说，填料尺寸小，单位堆积体积的数目增加，填料层的比表面积增大而空隙减小，气体的流动阻力相应增加。实践证明，塔径与材料外径的合适比值有一个限值，瓷拉西环为20-30。 14综上考虑，本次课程设计用的填料是陶瓷矩鞍填料： 外径 d=38mm 比表面积 at=197m2m3 空隙率 78.0=e (m3/m3) 堆积密度 pr =505(kg/m3) 临界表面张力 L=61(dyn/cm)=6.110 2 (N/m) 湿填料因子 =170m-1 四、塔径和压降的计算： 1、塔径的计算： 液相的质量流速 WL=63326.34kg/h 气相的质量流速 WG =
26、3322.57kg/h 气体的密度 G=1.383kg/m3 液相的密度 L=998.2 kg/m3 埃 克 特 通用关联图的横坐标X=Wl WGLGrr =57.332234.633262.998383.1 =0.71 查乱堆填料塔液泛速度通用关联图，横坐标X=0.86的纵坐标为Y=0.0267 纵坐标公式 Y=LLGgVrmr20 式中：= 170 m2 /m3 15为液体校正系数，水的密度和液体的密度之比 将各项数据代入公式经计算，得 液泛气速 Vf= 1.136 m/s 实际气速取泛点气速的50%80%，取60% 操作气速 V=Vf70%=1.13660%=0.682m/s 气体处理量
27、 Qv= 3600 4.22106 = 0.660 (m3/s) 塔径 DT= 4 VQVp = 682.014.3 660.04 = 1.11 m 圆整塔径为DT=1.2m Dd=1.238103 =31.58 故符合要求 则塔截面面积A= 4p 2TD = 4p 22.1 =1.1304 （m2） 由DT=1.2m，计算实际操作的空塔气速： 泛点率校核： V= 24 VTQDp = 2.12.114.3660.04 = 0.584 m/s 安全系数 fVV = 136.1584.0 =0.51 范围在50%80%，所以符合要求 计算最小喷淋密度，因填料尺寸小于75mm，故 取最小润湿速率(
28、LW )min =0.08 m3/(mh) 查at =197 m2/m3 Lmin =(LW )minat =0.08197=15.76 m3/(m2h) 操作条件下的喷淋密度为： 16L= 2.998*2.1*2.1*14.3 34.63326*4 =56.12 m3/(m2h)15.76 m3/(m2h) 校核 dDT = 038.0 2.1 =31.58 30 可以避免避流现象 2、压降的计算 为求压降，需找出设计气速V下的纵坐标Y 现Y与YF的差别仅是气速不同 Y= YF (FVV )2 = 0.0235 查 关 联 图 Y=0.0235,X=0.71 点 处 得 ： p =1000p
29、a17WL、WG分别为液体和气体的质量流速63326.34kg/h,3322.57 kg/h； L 、G、分别为液体和气体的密度998.2kg/m3 ,1.383kg/m3； vf为气体的空塔泛点气速1.136m/s； 为液体校正系数，水的密度和液体的密度之比； 填料特性值197m2/m3； 填料修正系数1.19 18五、塔高的计算： 填料层高度：h=HOG*NOG 1、气相总传质单元数：NOG=dy 1y 21 y y e y 由定积分的几何意义，通过图解法求得曲线下的面积。 步骤：（1）先求出操作线方程； （2）在y1与y2之间任意取定y值，通过操作线方程得到x； （3）查“H2OSO2在
30、常压20下的平衡数据”得ye ； （4）求出 1 y ye的值。 求解过程： (1)低浓度气体吸收的操作线方程：y=GL x+(y2 -GL x2 ) 代入数据得： y= %3.933*106 13.3518 x+(0.0718- %3.933*106 13.3518 %803.99 %197.0。 ) =35.57x+0.00158 (3) 在y1与y2之间任意取定y值，通过操作线方程得到x x 0001527 0.0000564 0.000845 0.000423 y 0.05590 0.003586 0.03164 0.02164 ye 0.03793 0.00066 0.0185 0.
31、0112 191 yye 55.65 341.76 76.10 95.79 x 0.000423 0.000281 0.0001405 0.001974 y 0.01663 0.01158 0.006578 0.0718 ye 0.00763 0.0042 0.00158 0.05158 1 yye 111.11 135.50 155.76 49.46 (4) 用坐标纸，图解法(以y为横坐标，以 1 y ye为纵坐标，在坐标纸上作图) 01002003004005006007008000 0.02 0.04 0.06 0.08y1/(y-ye)由定积分的几何意义，得： NOG=dy 1y 21
32、 y y e y = s曲面下的面积 20用坐标纸，图解法，求出面积。 图在所附的手工作图中。 则可求出NOG =4.3771 2、气相总传质单元高度 OGH 的计算(可通过实际测量和关联式计算等方法实现). (1)传质系数关联式： 恩田模型及修正公式单位不换算成国标单位。 在恩田式中：填料的润湿表面积 aw = 有效比表面积 a 0.050.10.20.75 2 221exp1.45wtLtttLLLLaaaagssmrsr= 式中：填料的润湿表面积 aw m2/m3 填料的比表面积at = 197 m2/m3 液体的质量流量 L = 56021.178kg/（m2h） 填料材质的临界表面张
33、力 L=61dyn/cm (陶瓷) 液体的表面张力=73 dyn/cm 液体的粘度 uL= 3.6 Kg/(mh) 重力加速度 g= 1.27*108m/h2 代入数据得： twaa =1-exp(-1.45 (7361 ) 75.0 (6.3106178.56021 )1.0 ( 8221027.12.998197178.56021 ) 05.0 (1971071.922.998178.5602142 )2.0 =0.701 21aw =138.176m2 /m3 (2)气相传质系数公式： 10.73 1.10.237 tGGGtGGGaDVkaDRTm ymr= 式中：气体的质量流量 V=
34、 2939.287kg/(m2/h 气体粘度G = 0.0652kg/(mh) 气体扩散系数 DG =0.0393 m2/s 液体扩散系数 DL =5.3*10-6 m2/s R = 8.314kJ/(kmol*K) 气体密度r G = 1.383kg/m3 温度 T = 298 K 填料的修正系数 = 1.19 代入数据计算得； k G =0.237( 0652.0197 287.2939 ) 7.0 ( 0393.0383.1 0652.0 ) 3/1 ( 15.298314.8 0393.0197 )1.19 1.1 =0.0427(kmol/m2hkpa) (3)液相传质系数公式： 2
35、10.5330.40.0095 LLLwLLgLkaDmmmrr= 式中：液体粘度L = kg/(mh) L =0.0095 ( 6.3176.138178.56021 )3/2 (6103.52.9986.3 )5.0 22( 2.998 1027.16.38) 3/1 1.19 4.0 = 0.701 当V 50%Vf时，须对上两式求出的kL 、kG进行修正 实际气速V=0.584m/s，则V= 136.1 584.0 V f =51%， V f 50%Vf ，所以需对kL 、kG进行修正： xG =1+9.5(fvv -0.5) 4.1 =1+9.5(0.51-0.5) 4.1 =1.0
36、15 xL=1+2.6(fvv -0.5) 2.2 =1+2.6(0.51-0.5) 2.2 =1.0001 所以：kLa=xLkLaw =96.871 kGa=xG kGaw =5.989 根据 akG1 =akHL + akG1 其中 ( )246.9/HkPamkmol= 代入数据得： akG1 =718.999.46 +991.81 即得kG a= 1.536 HOG= aAPk GG=0.3542 OGOGhHN=0.35424.3771m=1.5504m 安全系数为1.31.7，取1.7，则 实际填料高度h=1.71.5504m=2.6536m 圆整为：h=3m，不需要分层 压降P
37、=354Pa/m3m=1062Pa 第四部分 填料塔的设计计算 23一、塔体的组成： 填料塔由塔底段、吸收段、塔帽三部分组成。 1、塔底段（进气段、贮液槽段） 塔底段的主要组件有：进气管、贮液槽、进液管、供水管、放空管、维修人孔、窥视镜（一对） 2、吸收段 吸收段的主要组件有：支承板、填料、维修人孔、气液再分布器、填料投加口、进液管、布水器、除雾板 3、塔帽：排气管 二、塔体各部分的设计计算： 1、塔底段（进气段、贮液槽段）H1 （1）贮液槽：贮液槽的主要作用是贮存吸收液，在吸收液循环的过程中可以起到一个缓冲的作用，使吸收液的流量均匀。在贮液槽中可以对吸收液进行加药，去除吸收液中的二氧化硫，使
38、吸收液可以循环利用。 取有效液面高度 1a =700mm（500-1000mm） 则贮液槽的容积为：V= 1Aa =1.131 0.7=0.7917m3 有效液位高度h1=700mm 入口液体的量为L=44.926m3/h 供水时间为t=44.9s （2）进气管：进气管管径的选取，影响到气体进入时的流速，选取较小的管径，气体流速大，不利于气体在气体分布器上的分布；选取较大管径，气体流速较小，有利于气体在塔内的均匀分布，使气液结合充分。一般可将进气管做成斜切口以改善气体分布或采用较大管径使其流速降低，达到气体分布均匀的目的。对于直径1.5米的塔，管的末端可做成向下的喇叭行扩大口。对于更大的塔，2
39、4应考虑盘管式分布结构。 进气管直径 250mm(250-300mm) 进气管中心线距支承板下表面距离 350mm 进气管中心线距贮液槽液面高度 200mm(150-250mm) 进气管口的半径为155mm （3）进液管：进液管中心线与有效液面相平。 进液管直径：100mm（中心线与液面持平） （4）设于气液进出口或塔底和塔釜，通过维修人孔可以对塔内进行维修 维修人孔直径 500mm（500-600mm） 外部长100mm 维修人孔中心线距塔底高度 700mm （5）放空管：通过放空管可以去除操作过程中产生的废渣 放空管直径 150mm（100-150mm） 长 100mm （6）窥视孔中心线
40、与有效液面相平，且直径 200mm （7）塔釜高 H5=210mm 塔底段总高度为： H1=1950mm 2、吸收段：H2 （1）支承板：安装在填料层底部；作用是支承填料，并使气流分布均匀，保证足够的开孔率，使气液两相能自由通过；支承板的开孔面积要占总面积的75%，选用塑料覆盖的金属栅格，增强塑性；种类有十字型，栅条型，多孔板升气管式。根据塔径大小，栅板可制成整块式或分块式，对于直径D500毫米的塔，采用整块栅板，对于直径 D500 毫米的塔，可采用分块式栅板，每块板宽270-390 毫米，以便通过塔的入口装卸。D=1200 时，分成三块。当用栅板结构不能满足要求时，可采用升气管式支承装置。气
41、体由升气管上升，通过气道顶部的孔及侧面的齿缝进入填料层，而液体则由支承底版上的许多小孔流下，气、液25分道而行，彼此很少干扰。此外设计时应取尽量大的自由截面，以免产生拦液甚至液泛。要有足够的强度承受填料重量及填料空隙中的持液重量要有一定的耐腐蚀。对于直径在900到1200时，分成三块，以便卸装。扎半条之间的距离约为填料换外径的0.6到0.8倍。 本设计采用多梁式搁栅支承板。 支承板厚度：100mm 支承板直径：1200(60100）=120060=1140mm 栅条厚：6mm 栅条高度：60mm 栅条宽：8mm （2）填料及填料投加口： 填料分两段装人填料塔内，填料高度：300mm 填料投加口
42、直径：300mm 填料直径：25mm （3）液体分布器距第一层填料层高度500mm 吸收段总高度为 =2H 6790mm 3、塔帽段：H3 塔帽自身可以作为破沫空间，防止物料的损失，提高液体的利用率，从而提高塔的效率。塔帽是有钢板压制焊接而成，有半圆形、扇形、圆台形等。在本设计中采取圆台形塔帽。 （1）液体分布器：液体分布器安装于填料上部；采用大阻率液体分布器，它可以使吸收液均匀地喷淋在填料上；液体分布器要求吸收液喷淋均匀，而且要防堵，应保证液体分布点的密度及单位面积上的喷淋点的数；液体在填料塔中的均匀分布十分重要，它直接影响填料表面的有效利用率，若液体分布不良，将减少填料的润湿面积，沟流和壁
43、流现象加重，使塔的分离效率下降。为此必须在塔顶采用分布装置对填料层提供良好的液体初始分布。对分布装置的基本要求是：能均匀分布液体，不易堵塞，喷淋时液滴飞溅小。常见的分布器有下列几种：管式 对于小直径填料塔（300毫米以下），往往采用结构简单的管式喷淋装置。常用的有弯管式和缺口式。对直径稍大的填料塔（例如 1200毫米以下），可以采26用直管多孔或环状分布器。莲蓬式 这种分布器结构较简单，液体分布均匀，一般用于直径在600毫米以下的塔中。其主要缺点是小孔易于堵塞，因而不适于处理污浊液体，操作时液体的压头必须维持在规定值，否则喷洒半径改变，不能保证预定的分布情况。盘式 在分布盘盘底开有筛孔或装有许
44、多直径及高度均相同的溢流短管，前者称为筛孔式，后者称为溢流管式。盘式分布器的制造比较复杂，液体通过时的阻力较小，其分布比较均匀。适用于直径800毫米以上的塔。冲击式 其优点是喷洒半径大（最高时可达3米），液体流量大约为50-200m3/h构造简单，不会堵塞。缺点是改变液体流量或液体压头时，会影响喷洒半径，因此应在操作比较恒定及较小直径下使用。 本设计采用环状液体喷淋器。 布水器直径：1200100=1100mm 进水管直径：100mm （2）除雾器：在填料塔中若气速较大时，在塔顶出塔的气体中带出大量液沫，为了防止这部分液沫出塔，所以要安装除雾器；要求除雾效率高，压降小；常用的有：折流板式，旋流
45、板式，丝网式除雾器；材料有：钢材，金属，尼龙丝，木材；本设计中采用填料除雾器 本设计采用丝网式除雾器。 填料高度400mm 除雾器直径：1000mm 除雾器厚度：120mm 排气管直径 ：240mm 椭圆形和竖直部分高度:210mm 排气管直径：200mm（200-300 mm） 排气管高：200mm（200-300 mm） 圆台高：300mm（300-400 mm） 塔帽总高H3=1550m 塔体总高为 123HHHH=+=1550+5740+1950=9240mm 27参考书目： 书名 作者 出版社 大气污染控制工程 郝吉明 马广大 主编 高等教育出版社 化工过程及设备设计 涂伟平 陈佩珍 程达芳编 化学工业出版社 大气污染控制工程 马广大 主编 中国环境科学出版社 气体吸收（第二版） B.M拉姆 化学工业出版社 化工工程CAD技术应用及实例 杨松林 于奕峰编 化学工业出版社 化工机械设计和保养 日本化学技术 著 上海科学技术文献出版社 有害气体控制工程 赵毅 李守信 化学工业出版社 化工设备机械基础第五版 刁玉伟 王立业 大连理工大学出版社
