2400m3_h水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计课程设计(编辑修改稿)

2400m3_h水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

层高度表示，即 HETP 值；另一是以传质速率进行计算的表示方法，以每个传质单元相当的填料层高度表示，即 HTU 值。 在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即 HETP（或 HTU）值低的填料。 对于常用的工业填料，其 HETP(或 HTU)值可由有关手册或文献中查到，也可以通过一些经验公式来估算。 ② 通量 在相同的液体负荷 下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大，则通量愈大，它的处理能力也愈大。 因此，在选择填料种类时，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。 对于大多数常用填料，其泛点气速或气相动能因子可在有关手册或文献中查到，也可由一些经验式来估算。 ③ 填料层的压降 填料层的压降是填料的主要应用性能，压降越低，动力消耗越低，操作费用越小。 选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要。 比较填料层的压降尤两种方法：一是比较填料层单位高度的压降 /pz ；另一是比较填料层单位传质效率的比压降 / TpN。 填料层的压降可用经验公式计算，亦可 8 从有关图标中查出。 ④ 填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作弹性，抗污堵性及抗热敏性等。 所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气液负荷发生波动时维持操作稳定。 （ 2）填料规格的分类 ① 散装填料规格的分类 散装填料的规格通常是指填料的公尺直径。 工业塔常用的散装填料主要有 DN1 DN2 DN3 DN50、 DN76 等几种规格。 同类填料，尺寸越小，分离效率越高；但阻力 增加，通量减小，填料费用也增加很多。 而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。 因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一定的规定。 表 2 常用填料的塔径与填料公称直径比值 D/d 的推荐值 填料种类 D/d 的推荐值 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍 D/d≥20～ 30 D/d≥15 D/d≥10～ 15 D/d＞ 8 D/d＞ 8 ② 规整填料规格的分类 工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有 125， 150， 250， 350， 500， 700 等几种规格，同种类型的规整填料，其表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也明显增加。 选用时应从分离要求，通量要求，场地条件，物料性质及设备投资，操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足工艺要求，又具有经济合理性。 应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型，不通规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料，有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。 一的原则来选择填料的规格。 ③ 填料材质的分类设计时应灵活掌握，根据技术经济统工业上， 填料的材质分为陶瓷，金属和塑料三大类。 9 a） 陶瓷填料 陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，一般能耐除氢氟酸以外的各种无机酸，有机酸的腐蚀，对强碱介质，可以选用耐碱配方制造的耐碱陶瓷填料。 陶瓷填料因其质脆，易碎，不易在高冲击强度下使用，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，工业上，主要用于气体吸收，气体洗涤，液体萃取等过程。 b）金属填料 金属填料可用多种材质制成，金属材质的选择主要根据物系的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。 炭钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考 虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除 Cl 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，钛材，特种合金钢材质制成的填料造价极高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。 金属填料可制成薄壁结构（ ～ ），与同种类型，同种规格的陶瓷，塑料填料相比，它的通量大，气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温，高压，高冲击强度下使用，工业应用主要以金属填料为主。 c） 塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（ PP），聚乙烯（ PE）及聚氯乙稀（ PVC）等，国内一般多采用聚 丙烯材质。 塑料填料的耐腐蚀性能好，可耐一般的无机酸，碱和有机溶剂的腐蚀。 其耐温性良好，可长期在 100℃ 以下使用，聚丙烯填料在低温（低于 0℃ ）时具有冷脆性，在低于 0℃ 的条件下使用要慎重，可选用耐低温性能好的聚氯乙稀填料。 塑料填料具有质轻，价廉，耐冲击，不易破碎等优点，多用于吸收，解吸，萃取，除尘等装置中。 塑料填料的缺点是表面润湿性能差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。 根据以上选择，考虑到以下方面 （ 1）选择填料材质 选择填料材质应根据吸收系统的介质和操作温度而定，一般情况 下，可选用塑料，金属，陶瓷等材料。 对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不锈钢等，对于温度较高的情况，应考虑材料的耐温性能。 （ 2）填料类型的选择 填料类型的选择是一个比较复杂的问题。 一般来说，同一类填料塔中，比表面积大的填料虽然具有较高的分离效率，但是由于在同样的处理量下，所需要的塔径较大，塔体造价升高。 10 （ 3）填料尺寸的选择 实践表明，填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。 一般来说，填料尺寸大，成本低，处理量大， 但是效率低，使用大于 50mm的填料，其成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加。 所以，一般大塔经常使用 50mm的填料。 表 3 填料尺寸与塔径的对应关系 塔径 /mm 填料尺寸 /mm D≤300 300≤D≤900 D≥900 20～ 25 25～ 38 50～ 80 塔径与填料尺寸 按照一定比值规定， 阶梯环的一端制成喇叭口形状，因此，在填料层中填料之间成多点接触，床层均匀且孔隙率大，往往可以降低流体空气阻力，提高生产能力。 采用塑料阶梯环 DN50 的填料。 11 第 3 章 吸收塔的工艺计算 物料衡算 液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据。 由《化工原理》 [1]查得 20℃ 时水的有关数据如下： 密度： 3/ mkgL  粘度： L = smPasPa  1 表面张力： L = mmN 2SO 在水中的扩散系数： LD = 910 sm2 气相物性数据 混合气体的平均 质量： m olgMiyM ivm /   混合气体的平均密度： 3/ mkgRTPM VmVm  混合气体的粘度 可近似取空气的粘度，查《化工原理》 [1] 20℃ 空气粘度： sPa   查 百度文库 2SO 在空气中的扩散系数： sm / 25V  气液相平衡数据 查《化工原理》 [1]得常压下 20℃ 时 SO2在水中的亨利系数为： k P aPaE 36  相平衡常数： 3  PEm 12 溶解度系数： )/( 33 mkPk m olEMH asL   物料衡算 如下 图所示，全塔物料衡算是一个定态操作逆流式接触的吸收塔，各个符号表示的意义如下： 表 4 物料衡算示意图 V —— 惰性气体流量， kmol/h； L —— 纯吸收剂流量， kmol/h； Y Y2 —— 进出吸收塔气体的摩尔比； X X2 —— 进出塔液体中溶质质量的摩尔比 进塔气体摩尔比： 05 111  yy 出塔气体摩尔比： 222   yyY 进塔空气相流量： V= hm )(20273 k 该吸收塔过程属最低浓度 吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即： 2m a x,121m in XXYYVL  对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成： 02X 由相平衡方程： 1m a x1,  mY 13 最小液气比： 00 00 a x,1 21m i n  XX YYVL 取操作液气比： m in  VLAVL 吸收剂用量为： hk m olVLV / m i n  出塔吸收液浓度：      YYLVXX 填料塔的工艺尺寸的计算 塔径的计算 采用埃克特通用关联图 (如下图 1)计算泛点气速： 气相质量流量： hkghkgw v / 液相质量流量近似按纯水的流量计算，即： h。