填料塔—化工原理课程设计

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1、一、设计方案的确定1.1填料塔的结构填料塔的主要构件为包括：填料、液体分布器、填料支承板、液体再分布器、气体和液体进出口管等。其塔体为一圆形筒体，筒体内分层装有一定高度的填料。液体由塔顶自上而下沿填料的表面成膜状流下。如填料层较高，一般设有液体再分布器，以减弱壁流现象带来的不良影响。气液两相在塔内进行接触传质。其填料塔的结构见图如下：1.2吸收剂的选择对于SO2的吸收，常用的吸收剂有浓碳酸、亚硫酸盐水溶液、柠檬水溶液，水，鉴于水对SO2具有一定程度的溶解度，蒸气压不高、粘度适中、不易发泡，具有良好的化学稳定性和热稳定性，不易燃、不易爆，安全可靠。而且水平

2、常易得，经济成本较低，吸收后的溶液相对较易处理，再生和循环性较好，易于实现无害化处理。因而选择清水作为吸收SO2的吸收剂。1.3吸收操作条件的确定吸收条件也即吸收塔的操作温度和操作压力。在本设计中，清水的温度为20℃，气体的进口温度为25℃，吸收温度为20℃，为等温吸收。操作压力为常压操作，也即101.325kPa。1.4吸收操作流程气、液两相在塔内的流动有逆流和并流两种方式。在逆流操作条件下，两相17传质平均推动力最大，可以减少设备的尺寸，提高吸收率和吸收剂的使用效率，因而逆流操作优于并流操作。但是，如果处理的气体溶解度大，并流和逆流的操作推动力相差不大，

3、采用并流操作可以不受泛液的限制，提高操作气速，增大生产能力。对于SO2而言，当水温为20℃时，查《化工原理》（化学工业出版社）P187图5-2，可得20℃时SO2在水中的溶解度大约为8，也即SO2在水中的溶解度不大，此时应该选择逆流操作。吸收流程如附图所示。一、填料塔吸收工艺计算2.1物料衡算2.1.1吸收剂（水）的流量计算该设计中，矿石焙烧炉送出的气体流量为1800+9510=2750m3/h惰性气体流量为G=××（1-0.005）=106.85kmol/hy1=0.005，Y1=y1/(1-y1)吸收效率η=1-Y2/Y1=0.96，Y2=（1-0.96

4、）Y1=2.10×10-3x2=0，X2=0查表（《化工原理》P189表5-1）得SO2水溶液在20℃时的亨利系数为E=3550kPam=E/p==35.04其汽液相平衡近似服从亨利定律，则Y1=mX1*，X1*=Y1/m=×10-3最小液气比为（）min==33.67取=1.3（）min=1.3×33.67=43.77L=43.77G=4676.82kmol/h=X1==1.15×10-3操作线方程为Y=2.2塔径的计算吸收塔的吸收为等温吸收，其温度为20℃。设计压力取为它的操作压力101.325kPa。塔径的计算公式为D=，式中Vs——气体体积流量，m3

5、/h；17——适宜的空塔气速。m/s。2.1.1泛点气速的计算采用Bain-Hougen（贝恩-霍根）关联式来计算，即㏒=A-1.75式中——干填料因子，m-1；——气、液相的密度，kg/m3；——液相粘度，mPas；——气、液相流体的质量流量，;A——常数，与填料形状和材质有关。标准状况下，查（《化工原理》P334附录九）得SO2的密度为=2.927kg/h，则有===(29/22.4)查得（《化工原理》P328附录三）水温在20℃时，·s。选用塑料鲍尔环（乱堆）Dg25mm，查表（《化工原理》P224表5-4）得以下其参数：各项参数比表面积m2·m-3空

6、隙率·m-3干填料因子/m-1参数值2090.90287查《常用化工单元设备设计》P114表3-9得，当填料为塑料鲍尔环时，A=0.0942。经计算得出的Bain-hougen关联式的各项参数为17A数值2871.261998.21.0043467.7584347.300.0942将所得数据代入Bain-hougen关联式，得㏒=解之得取安全系数为0.8，得2.1.1塔径的计算D==取塔径圆整D=900mmD/d=900/25=36＞10，故符合要求。2.2.3核算气速，符合要求。2.2.4核算喷淋密度当填料直径＜75mm时，（）min=0.08，有＞Umi

7、n，满足要求。2.3填料层高度及塔高的计算填料层高度计算公式17式中Z——填料层高度，m；HOG——气相的总传质单元高度，m；NOG——气相的总传质单元数；V——惰性气体流量，kmol/h;KYa——气相的体积吸收总系数，kmol/(m3·s)；Y*——气相平衡浓度，摩尔比；——塔截面积，m2。2.3.1传质单元高度计算由恩田等人的准数关联式有式中——单位体积填料层的湿润表面积——液体的表明张力及填料材质的临界表面张力，N/m；LG——液体通过空塔截面的质量流速，kg/(m·s)；——液体的粘度，Pa·s；——液体的密度，kg/m3;g——重力加速度，m/s

8、。查《常用化工单元设备设计》P109表3-3，得=3