水吸收二氧化硫填料塔的设计方案 (2)
湖南农业大学
实习报告
学生姓名学号
年级专业及班级20 级（）班指导教师姓名
实习类型实习时间
实习地点
学院
填写说明
一、学生的教学实习、生产实习、毕业（教育）实习和综合实习均应填写实习
日记，并撰写实习报告；
二、学生的实习报告和实习日记将作为评价实习成绩的重要依据；
三、学生应在实习结束后的一个星期内将实习报告统一交实习指导教师；
四、指导教师应对学生的实习报告和实习日记逐一认真审阅，并作出客观实际
的正确评价；
五、实习报告经学院审核后作为教学档案长期保存。
一设计任务书
（一）设计题目
炉石焙烧送出的气体冷却至25℃后送入填料塔中，用20℃清水洗涤以除去其中的SO
2
。入塔
炉气流量为h
m/
20003其中SO
2的摩尔分数为0.05，要求SO
2
的吸收率为95%。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，试设计一符合上述要求的填料吸收塔。
操作条件
（1）操作压力常压
（2）操作温度20℃
设计内容
（1）吸收塔的物料衡算；
（2）吸收塔的工艺尺寸计算；
（3）液体分布器简要设计；
（4）绘制吸收塔设计条件图；
目录
一、设计方案简介
二、吸收塔的工艺计算
三、液体分布器简要设计
四、附图
一、设计方案简介
1）方案的确定
属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸用水吸收SO
2
不作为产品，故采用纯溶剂
收剂，且SO
2
2）填料的类型与选择
对于水吸收SO
过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装
2
填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。
阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。
空隙率堆积个数堆积重量填料因子m-1规格比表面积
m2/m3
38*19*1.2 132.5 0.91 27200 57.5 175.8
3）设计步骤
（一）吸收塔的物料衡算；
（二）填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；
（三）设计液体分布器及辅助设备的选型；
（四）绘制有关吸收操作图纸。
二、吸收塔的工艺计算
基础物性数据
对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。查得20℃时水的有关物性数据如下：
密度 3998.2/m L kg ρ=
粘度 004.1=L μs Pa ?=3.6 kg/(m ·h)
表面张力
2/h 941803.2kg dyn/cm 67.72==L σ
SO 2在水中的扩散系数 h m s m D L /10292.5/1047.12629--?=?=
混合气体的平均摩尔质量 75.302995.006.6405.0=?+?=∑=i i Vm M y M
混合气体的平均密度
3Vm PM 101.330.75= 1.278 kg/m /8.314293
Vm RT ρ?==?
混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查得20℃时空气的粘度为
()h m 0.065kg/s 1081.15?=??=-Pa V μ
查得SO 2在空气中的扩散系数为 12410108.0--??=s m Dv =0.039 m 2/h
查得常压下20℃时SO 2在水中的亨利系数为 kPa MPa E 31055.355.3?== 相平衡常数为
04.353
.1011055.33
=?=
=p E m 溶解度系数为 ()
33
/0156.002
.181055.32
.998m kPa kmol EM H s
L
?=??=
=
ρ
物料衡算
进塔气相摩尔比为
出塔气相摩尔比比为
21(1)0.0526(10.95)0.00263
A Y Y φ=-=-=
进塔惰性气相流量为
h kmol V /03.79)05.01(293
2734.222000=-?=
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
2
121min /X m Y Y Y V L --=?
??
?? 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为
02=X
29.330
04.35/0526.000263.00526.0min =--=
???
??V L 取操作液气比为
935.4929.335.15.1min
=?=???
??=V L V L h kmol L /36.394603.79935.49=?=
0010.036
.3946)
00263.00526.0(03.79)21(1)21()21(=-?=-=
-=-L Y Y V X X X L Y Y V
填料塔的工艺尺寸的计算
塔径的计算(采用贝恩-霍根关联式) 气相质量流量为
1110.050.0526110.05y Y y ===--
h
kg W h kg q W L v v v /41.7111302.1836.3946/25562000278.1=?==?=?=ρ
112
4
8
0.23
lg 1.75f t v v L L L v L u a W A g W ρρμερρ??????=-?? ? ?????????
29.1=f u ()f u u 85.05.0---=Θ 取 s m u u f /774.029.16.06.0=?==
m D 96.0774
.014.336002000
4=???=
圆整塔径后取 ()mm D 1000=
泛点率校核
s m u /71.00.1785.0360020002=???
????= 55.029
.171.0==f u u 在允许范围内 填料规格校核: 有831.2638
1000>==d D 符合要求
液体喷淋密度校核
对于直径不超过75mm 的散装填料，可取最小润湿速率
查附录五得
32/5.132m m a t =
()()h m m a L U t w ?=?==23min min /6.105.13208.0
()(
)
3min 0.08/w L m m h
=?
min 275.900.1785.02.98841
.71113U >=?? 满足要求
经以上校核可知，填料塔直径选用D=1000mm 合理。 填料塔填料高度计算 （传质单元高度计算） 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：
??
?????
?
?????
?
?????
?
?????
? ?????
?
??--=-2
.02
05
.022
1
.075
.045.1exp 1t
L L L L
t L L t L L C t w a U g a U a U a a σρρμσσ 查表5-13得
2/427680/33h kg cm dyn C ==σ 液体质量通量为
()
h m kg U L ?=?=22
/33.905900.1785.041.71113
586.05.1322.9418032.99833.90590101.27×2.998132.5×33.905903.6×5.13233.905902.94180342768045.1exp 12.0205.08221.075.0=??
???????????? ???????? ??????
????? ??--=-t w a a 32/645.775.132586.0m m a w =?=
气膜吸收系数有下式计算：
气体质量通量为：
()
h m kg U V ?=??=2
2
/05.32560
.1785.0278.12000
??? ?
????? ???
??
? ??=RT D a D a u k v t V V V v t v G 3
17
.0ρμμ )(0345.0293314.8039.05.132039.0278.1065.0065.05.13205.3256237.01123
1
7
.0---???=???
???????? ??????? ????=kPa h m kmol
液膜吸收系数
()
h m a U K L L L w L L /313.12.9981027.16.310292.52.9986.36.3645.7733.905900095.00095.03
18
5
.063
23
13
2=???
?
?
??????
??????? ????=???
? ???
??
?
??=--ρμμ 由1.1ψ=w G G a k a k ，查表5-14得
45.1=ψ
则()kPa h m kmol a k G ??=??=31.1/04.445.1645.770346.0
h l a k L /31.15545.1645.77313.14.0=??=
由于 a k u u a k G F G ??????-+='
4.1)
5.0(5.91
a k u u
a k L F L ??
?
??
?-+='
2
.2)5.0(6.21 可得
()
h
l a k kPa h m kmol a k L G /865.155/619.4'
3'
=??=
(
)
kPa
h m kmol a
Hk a
k a k L G G ??=?+
=
+
=
3''
595.1865.1550156.01
619.411
111
由
m
aP K V H G OG 623.00.1785.03.101595.103
.792'=???=
Ω=
03504.00010.004.351*
1=?==mX Y
02*
2==mX Y 脱吸因数为