填料塔—化工原理课程设计.doc

设计方案的确定 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： 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。 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。 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 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，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。 填料塔吸收工艺计算 物料衡算 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=2750 m3/h惰性气 体流量为 G=××（1-0.005）=106.85kmol/h y1=0.005，Y1=y1/(1-y1) 吸收效率 η=1-Y2/Y1=0.96，Y2=（1-0.96）Y1=2.10×10-3 x2=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=3550kPa m=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=43.77 L=43.77G=4676.82kmol/h = X1==1.15×10-3 操作线方程为 Y= 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/h； ——适宜的空塔气速。m/s。 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 空隙率·m-3 干填料因子/m-1 参数值 209 0.90 287 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 A 数值 287 1.261 998.2 1.004 3467.75 84347.30 0.0942 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 塔径的计算 D== 取塔径圆整 D=900mm D/d=900/25=36＞10，故符合要求。 核算气速 ，符合要求。 核算喷淋密度 当填料直径＜75mm时，（）min=0.08，有 ＞Umin，满足要求。 填料层高度及塔高的计算 填料层高度计算公式