水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计化工原理课程设计-毕设论文.doc

吉林化工学院
化 工 原 理 课 程 设 计

题目 水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计

教 学 院 化工与材料工程学院
专业班级 轻化0802
学生姓名
学生学号
指导教师

2010年11月 18 日

课程设计任务书
1、设计题目：水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计；
矿石焙烧炉送出的气体冷却到25℃后送入填料塔中，用20℃清水洗涤洗涤除去其中的SO2。入塔的炉气流量为6000m3/h，其中进塔SO2的摩尔分率为0.05，要求SO2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。吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。
2、工艺操作条件：
（1）操作平均压力 常压
（2）操作温度 t=20℃
（3）每年生产时间：7200h。
（4）选用填料类型及规格自选。
3、设计任务：
完成干燥器的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和吸收塔的工艺条件图，编写设计说明书。

目 录
摘 要 5
第1章 绪论 6
1.1吸收技术概况 6
1.2吸收设备的发展 7
1.3吸收在工业生产中的应用 9
1.3.1 塔设备在化工生产中的作用和地位 10
1.3.2 化工生产对塔设备的要求 10
第2章 设计方案 11
2.1吸收剂的选择 11
2.2吸收流程的选择 12
2.2.1吸收工艺流程的确定 12
2.2.2吸收工艺流程图及工艺过程说明 13
2.3吸收塔设备及填料的选择 13
2.3.1吸收塔的设备选择 13
2.3.2填料的选择 14
2.4吸收剂再生方法的选择 16
2.5操作参数的选择 17
2.5.1操作温度的选择 17
2.5.2操作压力的选择 17
2.5.3液气比的选择 17
第3章 吸收塔的工艺计算 19
3.1基础物性数据 19
3.1.1液相物性数据 19
3.1.2气相物性数据 19
3.1.3气液平衡数据 19
3.2物料衡算 20
3.3填料塔的工艺尺寸的计算 21
3.3.1塔径的计算 21
3.3.2泛点率校核 21
3.3.3填料规格校核: 22
3.3.4液体喷淋密度校核 22
3.4填料塔填料高度计算 22
3.4.1传质单元数的计算 22
3.4.1传质单元高度计算 22
3.4.3填料层高度计算 24
3.5填料塔附属高度计算 24
3.6液体分布器计算 25
3.6.1液体分布器 25
3.6.2 布液孔数 26
3.6.3塔底液体保持管高度 27
3.7其他附属塔内件的选择 27
3.7.1 除沫器及筛网装置 27
3.7.2填料支承板 28
3.7.3填料压板与床层限制板 28
3.7.4气体进出口装置与排液装置 29
3.7.5 塔的辅助装置 29
3.7.5.1 裙座 29
3.7.5.2 人孔和手孔 29
3.8吸收塔的流体力学参数计算 30
3.8.1吸收塔的压力降 30
3.8.2吸收塔的泛点率 31
3.8.3气体动能因子 31
3.9附属设备的计算与选择 32
3.9.1接管尺寸的计算举例 32
3.9.2离心泵的选择与计算 33
工艺设计计算结果汇总与主要符号说明 35
主要符号说明 36
参考文献 39
结束语 40

摘 要
在化工工业中，经常需要将气体混合物的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。
二氧化硫是化工生产中的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，因此，为了避免化学工业生产的大量的含有二氧化硫的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的二氧化硫进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有二氧化硫的工业尾气，使其达到排放标准。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用乃腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。
设计中选择合适的液体分布器及再分布器，除沫装置以及填料支承装置，并对泛点率和液体喷淋密度进行了校核。

关键词： 水 填料塔 吸收 二氧化硫 低浓度

第1章 绪论
1.1吸收技术概况
在化工生产中，经常要处理各种原料、中间产物、粗产品。，大部分都是均相物系，但往往不能满足生产要求，需要把他们分离成为较纯净的物质，为了实现这种分离,常利用均相物系中不同组分的某种性质差异,使其中的一种组分(或几种组分),在分离设备所提供的两相物系界面上,通过充分的接触,从一相转移到另一相,其它组分仍保留在原物系中,从而实现了分离。这种分离是物质在相际间的转移过程,即物质传递过程,也是化工生产中的单元操作。吸收就是这种以物质分离为目的的单元操作。
吸收是用来分离气体混合物的,是利用混合气体中各组分在吸收剂中的溶解度的差异而实现分离的操作。在吸收过程中,混合气体与合适的液体吸收剂在吸收设备中充分接触,气体中易溶解的组分被溶解,不能溶解的组分仍保留在气相中,这样混合气体就实现了分离。吸收操作所用的液体称为吸收剂或溶剂；混合气中，被溶解的组分称为溶质或吸收质；不被溶解的组分称为惰性气体或载体；所得到的溶液称为吸收液。其成分是溶剂与溶质；排除的气体称为吸收尾气，如果吸收剂的挥发度很小，则其中主要成分为惰性气体以及残留的溶质。还可以通过吸收除去混合气体中的有害组分使其净化,例如用水或碱液除去合成氨原料气中的二氧化碳,用丙酮除去石油裂解气中的乙炔,以及除去工业废气中的二氧化硫、硫化氢等有害物质。
实际生产中，吸收过程所用的吸收剂常需回收利用，故一般来说，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分，因而在设计上应将两部分综合考虑，才能得到较为理想的设计结果。作为吸收过程的工艺设计，其一般性问题是在给定混合气体处理量、混合气体组成、温度、压力以及分离要求的条件下，根据给定的分离任务，确定吸收方案；构成一个完整的流程结构。
1.2吸收设备的发展
吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。
　　塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。
　　工业吸收塔应具备以下基本要求：
　　1．塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。
　　2．气液两相应具有强烈扰动，减少传质阻力，提高吸收效率。
3．操作范围宽，运行稳定。
　　4．设备阻力小，能耗低。
　　5．具有足够的机械强度和耐腐蚀能力。
　　6．结构简单、便于制造和检修。
　　几种常用的吸收塔
　　1．填料塔
　　它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。
　　填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。
　　填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0．5～1．2m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6～8m3／(m2，h)以保证填料润湿，液气比控制在2～10L／m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。
　　2．湍球塔
　　它是填料塔的一种特殊形式，运行时塔内填料处于运动状态，以强化吸收过程。在塔内栅板间放置一定数量的轻质小球填料(直径29～38mm)，吸收剂自塔顶喷下，湿润小球表面，气体从塔底进入，小球被吹起湍动旋转，由于气、液、固三相充分接触，小球表面液膜不断更新，增加了吸收推动力。提高了吸收效率。
　　该塔制造、安装、维修较方便，可以用大小、质量不同的小球改变操作范围。该塔处理风量较大，空塔气速1．5～6．0m／s，喷淋密度20～110m3／(m2·h)，压力损失1 500～3 800Pa，而且还可处理含尘气体。其缺点是塑料小球不能承受高温，小球易裂(一般0．5～1年)，需经常更换，成本高。
　　3．板式塔
　　板式塔是在塔内装有一层层的塔板，液体从塔顶进入。气体从塔底进入，气液的传质、传热过程是在各个塔板上进行。板式塔种类很多。大致可分为二类：一类是降液管式，如泡罩塔、筛孔板塔、浮阀塔、S形单向流板塔、舌形板塔、浮动喷射塔等；另一类是穿流式板塔，如穿流栅孔板塔(淋降板塔)、波纹穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。
　　(1)筛孔板塔
　　筛孔直径一般取5～10mm，筛孔总面积占筛板面积的10％～18％。为使筛板上液层厚度保持均匀，筛板上设有溢流堰，液层厚度一般为40mn左右，筛板空塔风速约为1．0～3．5m／s，筛板小孔气速6～13m／s，每层筛板阻力300～600Pa。筛孔板塔主要优点是构造简单，处理风量大，并能处理含尘气体。不足之处是筛孔堵塞清理较麻烦，塔的安装要求严格，塔板应保持水平；操作弹性较小。
　　(2)斜孔板塔
　　斜孔板塔是筛孔板塔的另一形式。斜孔宽10～20m，长10～15mm，高6mm。空塔气流速度一般取1～3．5m／s，筛孔气流速度取10～15m/s。气体从斜孔水平喷出，相邻两孔的孔口方向相反，交错排列，液体经溢流堰供至塔板(堰高30mm)，与气流方向垂直流动，造成气液的高度湍流，使气液表面不断更新，气液充分接触，传质效果较好，净化效率高，同时可以处理含尘气体，不易堵塞，每层筛板阻力约为400～600Pa。该塔结构比筛孔板塔复杂，制造较困难，安装要求严格，容易发生偏流。
　　(3)文氏管吸收器
　　文氏管吸收器通常由文氏管、喷雾器和旋风分离器组成，操作时将液体雾化喷射到文氏喉管的气流中，气流速度为60～100m／s，处理100m3／min的废气需液体雾化喷人量为40L／min。文氏管吸收器结构简单、设备小、占空间少、气速高、处理量大、气液接触好、传质较容易，特别适用于捕集气流中的微小颗粒物。但因气液并流，气液接触时间短，不适合难溶或反应速度慢的气液吸收，而且压力损失大(800～9000h)，能耗高
4. 液膜吸收器：在液膜吸收器中，气液两相在流动的液膜表面上接触。液膜是沿着圆管或平板的纵向表面流动的。已知有三种类型的液膜吸收器：
列管式吸收器：液膜沿垂直圆管的内壁流动；
板状填料吸收器：填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的两测流动；
升膜式吸收器：液膜向上（反向）流动。
目前，液膜吸收器应用比较少，其中最常见的是列管式吸收器，常用于从高浓度气体混合物同时取出热量的易溶气体（氯化氢，二氧化硫）的吸收。
填料吸收器 填料吸收器是装有各种不同形状填料的塔。喷淋液体沿填料表面流下，气液两相主要在填料的润湿表面上接触。设备单位体积内的填料表面积可以相当大，因此，能在较小的体积内得到很大的传质表面。但在很多情况下，填料的活性接触表面小于其几何表面。
5. 填料吸收器：填料吸收器一般作成塔状，塔内装有支撑板，板上堆放填料层。喷淋的液体通过分布器洒向填料。在吸收器内，填料在整个塔内堆成一个整体。有时也将填料装成几层，每层的下边都设有单独的支撑板。当填料分层堆放时，层与层之间常装有液体再分布装置。
在填料吸收器中，气体和液体的运动经常是逆流的。而很少采用并流操作。但近年来对在高气速条件下操作的并流填料吸收器给予另外很大的关注。在这样高的气速下，不但可以强化过程和缩小设备尺寸，而且并流的阻力降也要比逆流时显著降低。这样高的气速在逆流时因为会造成液泛，是不可能达到的。如果两相的运动方向对推动力没有明显的影响，就可以采用这种并流吸收器。
近年来,开发使用了斜孔塔盘、导向筛板、网孔塔盘、大孔筛板、浮阀-筛板复合塔盘以及浮动喷射塔板、旋流塔板等。填料塔所用填料,对于乱堆填料除拉西环、鲍尔环外,阶梯环、金属矩鞍环已大量采用;由于金属丝网及金属板波纹填料规整填料的使用,并配合新型塔内件结构使填料塔的效率大为提高,因此应用范围日益扩大。更多的新型材料将有助于开发各种塔的进一步发展。
1.3吸收在工业生产中的应用
在化工生产中所处理的原料﹑中间产物﹑粗产品等几乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，为进一步加工和使用，常需将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。对于均相物系，要想进行组分间的分离，必须要造成一两个物系，利用原物系中各组分间某种物性的差异，而使其中某个组分（或某些组分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。物质在相间的转移过程称为物质传递过程。吸收单元操作是化学工业中常见的传质过程。
气体的吸收在化工生产中主要用来达到以下几种目的
(1)分离混合气体以获得一定的组分。例如用硫酸处理焦炉气以回收其中的二氧化硫，用气油处理焦炉气以回收其中的芳烃，用液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等。
(2)除去有害组分以净化气体。例如用水和碱液脱除合成二氧化硫原料气中的二氧化碳，用丙酮脱除裂解气中的乙炔等。
(3)制备某种气体的溶液。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氢以制备盐酸，用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等。
(4)保护环境。例如：电厂的锅炉尾气含二氧化硫。硝酸生产尾气含一氧化氮等有害气体，均须用吸收方法除去。
(5)用液体吸收气体获得半成品或成品。例如：用水吸收氯化氢制取盐酸；在硫酸生产中SO3吸收；用水或碱溶液吸收氮氧化物生产硝酸或硝酸盐。这类吸收，吸收后就不再进行解吸了。
(6)从气体混合物中回收有价值的组分。为了防止有价值组分的损失并污染环境，例如：易挥发性溶剂如醇、酮、醚等的回收。

1.3.1 塔设备在化工生产中的作用和地位
塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。在塔设备中能进行的单元操作有:精馏、吸收、解吸、气体的增浓及冷却等。
在化工、石油化工及炼油厂中,塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额,以及三废处理和环境保护等各个方面,都有重大影响。在化工和石油化工生产装置中,塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的25.39%,炼油和煤化工生产装置占34.85%。它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中所占的比例也较多,例如在年产250万吨常压及减压炼油蒸馏装置中耗用的钢材重量占62.4%,年产60及120万吨的催化裂化装置占48.9%。因此,塔设备的设计和研究,对化工、炼油等工业的发展起着重大作用。

1.3.2 化工生产对塔设备的要求
塔设备除了应满足特定的化工工艺条件(如温度、压力及耐腐蚀)外,为了满足工业生产的需要还应达到下列要求:
(1) 生产能力大,即气液处理量大;
(2) 高的传质和传热效率,即气液有充分的接触空间、接触时间和接触面积;
(3) 操作稳定,操作弹性大,即气液负荷有较大波动时仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作,且塔设备应能长期连续运转;
(4) 流体流动的阻力小,即流体通过听设备的压力降小,以达到节能降低操作费用的要求;
(5) 结构简单可靠,材料耗用量小,制造安装容易,以达到降低设备投资的要求。

在实际上,任何一个塔设备能同时达到上述的诸项要求是很困难的,因此只能从生产需要及经济合理的要求出发,抓住主要矛盾进行设计。随着人们对于增大生产能力、提高效率、稳定操作和降低压力降的追求,推动着各种新型塔结构的出现和发展。

第2章 设计方案
吸收过程的设计方案主要包括吸收剂的选择、吸收流程的选择、解吸方法选择、设备类型选择、操作参数的选择等内容.
2.1吸收剂的选择
对于吸收操作,选择适宜的吸收剂,具有十分重要的意义.其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响.一般情况下,选择吸收剂,要着重考虑如下问题.
(一)对溶质的溶解度大
所选的吸收剂多溶质的溶解度大,则单位量的吸收剂能够溶解较多的溶质,在一定的处理量和分离要求下,吸收剂的用量小,可以有效地减少吸收剂循环量,这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利.另一方面,在同样的吸收剂用量下,液相的传质推动力大,则可以提高吸收效率,减小塔设备的尺寸.
(二)对溶质有较高的选择性
对溶质有较高的选择性,即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度,而对其他组分则溶解度要小或基本不溶,这样,不但可以减小惰性气体组分的损失,而且可以提高解吸后溶质气体的纯度.
(三)不易挥发
吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压,以避免吸收过程中吸收剂的损失,提高吸收过程的经济性.
(四)再生性能好
由于在吸收剂再生过程中,一般要对其进行升温或气提等处理,能量消耗较大,因而,吸收剂再生性能的好坏,对吸收过程能耗的影响极大,选用具有良好再生性能的吸收剂,往往能有效地降低过程的能量消耗.
以上四个方面是选择吸收剂时应考虑的主要问题,其次,还应注意所选择的吸收剂应具有良好的物理、化学性能和经济性.其良好的物理性能主要指吸收剂的粘要小,不易发泡,以保证吸收剂具有良好的流动性能和分布性能.良好的化学性能主要指其具有良好的化学稳定性和热稳定性,以防止在使用中发生变质,同时要求吸收剂尽可能无毒、无易燃易爆性,对相关设备无腐蚀性(或较小的腐蚀性).吸收剂的经济性主要指应尽可能选用廉价易得的溶剂.

表2—1 物理吸收剂和化学吸收剂的特性
物理吸收剂
化学吸收剂
（1）吸收容量（溶解度）正比于溶质分压
（2）吸收热效应很小（近于等温）
（3）常用降压闪蒸解吸
（4）适于溶质含量高，而净化度要求不太高的场合
（5）对设备腐蚀性小，不易变质
（1）吸收容量对溶质分压不太敏感
（2）吸收热效应显著
（3）用低压蒸汽气提解吸
（4）适于溶质含量不高，而净化度要求很高的场合
（5）对设备腐蚀性大，易变质
2.2吸收流程的选择
2.2.1吸收工艺流程的确定
工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同角度进行分类，从所选用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两步吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程，从塔内气液两相的流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用剂循环流程。于特定条件下的部分溶
（一）一步吸收流程和两步吸收流程
一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以考虑采用两步吸收流程。
（二）单塔吸收流程和多塔吸收流程
单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程，如过程无特别需要，则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高，使用单塔操作时，所需要的塔体过高，或采用两步吸收流程时，则需要采用多塔流程（通常是双塔吸收流程）
（三）逆流吸收与并流吸收
吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高（具有多个理论级的分离能力）的显著优点而 广泛应用。工程上，如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。
（四）部分溶剂循环吸收流程
由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，当液相喷淋量过小时，将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善踏的操作条件。
2.2.2吸收工艺流程图及工艺过程说明

2.3吸收塔设备及填料的选择
2.3.1吸收塔的设备选择
对于吸收过程,能够完成其分离任务的塔设备有多种,如何从众多的塔设备中选出合适的类型是进行工艺设计的首要工作.而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后,并经多方案对比方能得到较满意的结果.一般而言,吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求,即用较小直径的塔设备完成规定的处理量,塔板或填料层阻力要小,具有良好的传质性能,具有合适的操作弹性,结构简单,造价低,易于制造、安装、操作和维修等.
但作为吸收过程,一般具有操作液起比大的特点,因而更适用于填料塔.此外,填料塔阻力小,效率高,有利于过程节能,所以对于吸收过程来说,以采用填料塔居多.但在液体流率很低难以充分润湿填料,或塔径过大,使用填料塔不经济的情况下,以采用板式塔为宜.

2.3.2填料的选择
填料的选择尤为重要，所选填料既要满足生产工艺的要求,又要使设备投资和操作费用较低但各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时，应该主要考虑如下几个问题：
(1) 填料的性能
（一） 比表面积：单位体积填料所具有的表面积称为填料的比表面积，常以a表示，其单位为.
（二） 空隙率：单位体积填料所具有的空隙体积，称为填料的空隙率，以表示，其单位是.
（三） 填料因子：由以上两个填料特性组合成的形式，成为干填料因子，其单位。但填料经喷淋后表面覆盖了液层，其值发生了变化，故把实验获得的有液体喷淋条件下的相应数值，成为湿填料因子，简称填料因子，以表示。
（四） 单位体积填料层的填料个数，以n表示。
（2）填料的类型与选择
（一）填料的类型
填料的种类很多，可分为实体填料和网体填料两大类。实体填料用陶瓷、金属、塑料制成，主要有拉西环及其衍生型、鞍型、波纹填料等。网型填料用金属丝网或多孔金属片制成，主要有鞍型、压延孔环、波纹网填料等。填料也可按装料方法分为乱堆填料和整砌填料，乱堆填料指各种颗粒型填料，如拉西环、鞍型、网环等。整砌填料主要是指各种组合填料，如实体波纹板、波纹网、大尺寸的十字环等。
常见的填料如下：
（a）拉西环：拉西环是最早使用的一种人工填料，为一外径与高相等的圆环。其构造简单、制造容易，但由于其存在较严重的塔壁偏流和沟流现象，目前在工业上应用减少。
（b）鲍尔环：鲍尔环是在20世纪50年代初期从拉西环的基础上发展起来的，其结构是在拉西环的环壁上开两排长方形窗孔，被切开的环壁形成叶片，一边与壁相连，另一端向环内弯曲，并在中心处与其他的叶片相连。鲍尔环的这种结构提高了环内空间和环内表面的有效利用程度，使气体阻力降低，液体分布有所改善，因而在实际应用中受到重视。
（c）阶梯环：阶梯环是对鲍尔环加以改进的产品。环壁上开有窗口，环内有两层互相交存的十字型翅片。环壁部分的高度仅为直径的一半，其轴向的一端为向外翻卷的喇叭口，高度为全高的，由于轴向两端不对称，在填料层中各环相互呈点接触。
（d）鞍型填料：鞍型填料是一种敞开式的、没有内表面的填料，包括弧鞍型和矩鞍型两种。弧鞍型的结构简单，用陶瓷制成，由于其两面的对称结构在填料层中易相互重叠，故使填料表面不能被充分利用，影响了传质效果。矩鞍型在填料层中不相互重叠，因此填料表面利用率好，传质效果比相同尺寸的拉西环好。
（e）颗粒型网体填料：颗粒型网体填料是由金属丝网或多孔金属片制成。因丝网材料很薄，填料可以做得很小，所以其比表面积都很大，而且孔隙率大，液体分布均匀，液膜薄，传质效果好，属于高效填料。
（f）波纹填料：波纹填料是一种整砌结构的新型填料。它有由许多波纹型薄板垂直方向叠在一起，组成盘状。可有网体和实体两种结构。由于其结构紧凑，故具有很大的比表面积。
（二）填料种类的选择
填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个问题：
（a）传质效率 传质效率即分离效率，它有两种表示方法：一是以理论级计算的表示方式，以每个理论级当量的填料层高度表示，即HETP；另一是以传质效率进行计算的表示方式，以每个传质单元相当的填料层高度表示，即HTU。
（b）通量 在相同的液体负荷下，填料的泛点气速越高或气象动能因子越大，则通量越大，塔的处理能力就越大。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象动能因子的填料。
（c）填料层的压降 填料层的压降是填料的主要性能，填料层的压降越低，动力消耗越低，操作费用越少。选择低压降的填料对热敏性物质尤为重要。比较填料的压降有两种方法：一是比较填料层单位高度的压降；另一是比较填料层单位传质效率的比压降。
（d）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稳定操作。同时，还因=应具有一定的抗污堵、康热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度的变化。
此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。
(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2—2 填料尺寸与塔径的对应关系
塔径/
填料尺寸/
D≤300
300≤D≤900
D≥900
20～25
25～38
50～80
(4).填料材质的选择
对于填料材质的原则，应根据吸收系统的介质以及操作温度而定，一般情况下，可以选用塑料，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，温度高的应采用材料的耐温性能好的，温度低的应从考虑节省能源的角度选择。
本设计考虑以上因素，采用了DN38聚丙稀所料阶梯环填料，
相关数据如下

公称直径DN mm
外径×高×厚 d ×h ×δ,mm
比表面积α m2/m3
空隙率 ε %
个数n m-3
堆积密度 ρp kg/m3
干填料因子φ m-1
38
38×19×1.0
132.5
91
27200
57.5
175．8
2.4吸收剂再生方法的选择
依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方法，工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生，加热再生及气提再生等。
（一）减压再生（闪蒸）
吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得溶如吸收剂中的溶质得以再生。该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需在真空条件下进行，则过程可能不够经济。
（二）加热再生
加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于解吸温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸汽作为加热介质，加热方法可以依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用缉间接蒸汽加热。
（三）气提再生
气提再生是在再生塔的底部通入惰性气体，使吸收剂表面溶质的分压降低，使吸收剂得以再生。常用气提气体是空气和水蒸气。
2.5操作参数的选择
2.5.1操作温度的选择
对于物理吸收而言,降低操作温度,对吸收有利.但低于环境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的,所以一般情况下,取常温吸收较为有利.对于特殊条件的吸收操作必须采用低于环境的温度操作.
对于化学吸收,操作温度应根据化学反应的性质而定,既要考虑温度对化学反应速度常数的影响,也要考虑对化学平衡的影响,使吸收反应具有适宜的反应速度.
对于再生操作,较高的操作温度可以降低溶质的溶解度,因而有利于吸收剂的再生.
2.5.2操作压力的选择
对于物理吸收,加压操作一方面有利于提高吸收过程的传质推动力而提高过程的传质速率,另一方面,也可以减小气体的体积流率,减小吸收塔径.所以操作十分有利.但工程上,专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下,一般是以前道工序的压力作为吸收单元的操作压力.
对于化学吸收,若过程由质量传递过程控制,则提高操作压力有利,若为化学反应过程控制,则操作压力对过程的影响不大,可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压力,但加大吸收压力依然可以减小气相的体积流率,对减小塔径仍然是有利的.
对于减压再生(闪蒸)操作,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定,逐次或一次从吸收压力减至再生操作压力,逐次闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果.
2.5.3液气比的选择
在吸收塔内吸收剂的用量L（）和被处理气体的流量G（）的比值称为液气比.吸收剂的用量或液气比的确定是吸收装置设计计算中的重要内容，它的大小影响到吸收操作的推动力、塔径、填料层高度和吸收剂的再生费用。
在设计时必须是操作液气比大于最小液气比。它的大小与相平衡关系、吸收剂入塔浓度、溶质吸收率等因素有关。
实际所采用的液气比常为最小液气比的1.2—2.0倍，其最佳值应有经济核算决定。若液气比取较小值，则所排出的液体浓度就较高，溶质回收的操作费用较便宜，但吸收塔变高，因此设备成本费提高。相反液气比去较大值，则吸收塔高度变低，但塔径变大，且解析费用会提高。在确定吸收剂用量时还必须考虑填料表面充分润湿，一般要求在单位塔截面上液体的喷淋量即喷淋密度不小于5--12。如果液体吸收剂的用量不可能增加很多，则可采用使排除液的一部分在循环的吸收操作流程。

第3章 吸收塔的工艺计算
3.1基础物性数据
3.1.1液相物性数据
对于低浓度的吸收过程，溶液的物性数据可以近似取纯水的物性数据
由手册查得20 C°时水的有关物性数据如下：
密度
粘度 =
表面张力 =
在水中的扩散系数 =
3.1.2气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为
=
混合气体的平均密度为

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的25 C°空气的粘度为

查手册在空气中的扩散系数为

3.1.3气液平衡数据
由手册查得常压下20 C°在水中的亨利系数为

相平衡常数为

溶解度系数为

3.2物料衡算
进塔气相摩尔比为

出塔气相摩尔比比为

出塔惰性气相流量为

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

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为

由

3.3填料塔的工艺尺寸的计算
3.3.1塔径的计算
采用EcKert通过关联图计算泛点气速
气相质量流量为

液相质量流量可以近似按纯水的流量计算，即

EcKert通用关系图的横坐标为

查图5-19得：
查 得

取

圆整塔经，取D=2.0m
3.3.2泛点率校核

3.3.3填料规格校核:
有即符合要求.
3.3.4液体喷淋密度校核
对于的散装填料，取最小润湿率为

查得

故满足最小喷淋密度的要求.
经以上校核可知，填料塔直径选用D=2000mm合理。
3.4填料塔填料高度计算
3.4.1传质单元数的计算

解吸因数

3.4.1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：

查 得

液体质量通量为

气膜吸收系数有下式计算：

液膜吸收系数由下式计算：

由
查得

则

=
=4.253

=
=97.76

由
3.4.3填料层高度计算
得

设计填料层高度为
查 对于阶梯环填料，

取，

计算得填料层高度为5200mm，故不需分段 。
3.5填料塔附属高度计算
塔的顶部空间高度
为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，塔上部空间高度可取1200mm-1500mm,此处取1.2m。塔底液相停留时间以1min 考虑，则塔釜所占空间高度为
考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取1.8m，所以塔的附属高度可以取3.0m,取液体分布器高度为1.0m。
所以塔高
3.6液体分布器计算
3.6.1液体分布器
液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点的布液布液均匀性，各布液点上的液相组成的均匀性决定设计液体分布器主要是确定决定这些参数的结构尺寸。
液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料达到预期分离效果的保证。为此，分布器设计中应注意以下几点：
（1）、为保证液体在塔截面上均布，颗粒型（散装）填料的喷淋点数为40——80个/m2（环形填料自分布性能差应取高值），此外，为减少壁流效应，喷淋孔的分布应使近塔壁5——20﹪区域内的液体流量不超过总液量的10﹪。
（2）、喷淋孔径不宜小于2㎜，以免引起堵塞，孔径也不宜过大，否则液位高度难维持稳定。
液体分布器有以下几种形式:
1. 多孔型液体分布器
多孔型液体分布器系借助孔口以上的液层静压或泵送压力使液体通过小孔注入塔内。
2. 直管式多孔分布器
根据直管液量的大小，在直管下方开2～4排对称小孔，孔径与孔数依液体的流量范围确定，通常取孔径2～6㎜，孔的总面积与及进液管截面积大致相等，喷雾角根据塔径采用30°或45°，直管安装在填料层顶部以上约300㎜。其突出的特点就是结构简单，供气体流动的自由截面大，阻力小，但小孔易堵塞，操作弹性一般较小。
此形分布器对液体的均布要求不高的场合。根据要求，也可以采用环形管式多孔分布器。
3. 排管式多孔分布器
支管上孔径一般为3～5㎜，孔数依喷淋点要求决定。支管排数、管心距及孔心距依塔径和液体负荷调整。一般每根支管上可开1～3排小孔，孔中心线与垂直线的夹角可取15°、22.5°、30°或45°等，取决于液流达到填料表面时的均布状况。主管与支管直径由送液推动力决定，如用液柱静压送液，中间垂直管和水平主管内的流速为0