水吸收二氧化硫填料塔教学提纲.doc

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化工原理课程设计

设计名称 水吸收SO2-空气混合气填料塔的设计
学 院 能源与环境学院
班 级 环境131
学 号 201301144120
姓 名 高鹏垒
指导教师 石凤娟

2016年1月 22 日

只供学习与交流
化工原理课程设计任务书
一、设计题目
水吸收SO2-空气混合气填料塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用20℃的清水吸收SO2-空气混合气中的 SO2。已知入口空气中含SO2的摩尔分率为0.05，操作压力为101.3KPa,相对湿度为70%。要求SO2的回收率为96%。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。
二、设计操作条件
（1）入塔炉气流量：1200（1800）+n*10=1400
（说明: n为学号尾数后两位）
（2）常压101.3KPa。
（3）操作温度20℃。
三、填料类型
选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。
四、工作日
每年300天，每天24h连续运行。
五、厂址
河南省周口市。
六、设计内容
（1）填料塔的物料衡算；
（2）填料塔的工艺尺寸计算；
（3）填料层压降的计算；
（4）液体分布器简要设计；
（5）填料塔接管尺寸计算；
（6）绘制生产工艺流程图（A2号图纸）
（7）绘制填料塔装配图（A1号图纸）
（8）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

摘要：
介绍了吸收技术的基本知识；叙述了水吸收SO2的设计方案和流程；根据操作条件设计出符合要求的填料塔，包括塔设备的工艺尺寸计算、填料选择及辅助设备的选型和计算。
关键字：课程设计 SO2吸收 填料塔

目录
一、前言 1
1、吸收技术概况 1
2、吸收在工业生产中的应用 2
3、吸收设备 2
二、设计方案 3
1、吸收剂的选择 3
2、吸收流程的选择 4
2.1 气体吸收过程分类 4
2.2吸收装置的流程 5
3、吸收塔设备及填料的选择 6
3.1 吸收塔设备 6
3.2 填料的选择 6
4、吸收剂再生方法的选择 7
5、操作参数的选择 8
5.1操作温度的确定 8
5.2操作压力的确定 8
三、吸收塔工艺条件的计算 9
1、基础物性数据 9
1.1液相物性数据 9
1.2气相物性数据 9
1.3气液两相平衡时的数据 9
2、物料衡算 10
3、填料塔的工艺尺寸计算 11
3.1塔径的计算 11
3.2泛点率校核和填料规格 12
3.3液体喷淋密度校核 12
4、填料层高度计算 13
4.1传质单元数的计算 13
4.2传质单元高度的计算 13
4.3填料层高度的计算 15
5、填料塔附属高度的计算 15
6、液体分布器的简要设计 16
6.1液体分布器的选型 16
6.2分布点密度及布液孔数的计算 17
6.3塔底液体保持管高度的计算 18
7、其它附属塔内件的选择 18
7.1 填料支撑板 18
7.2 填料压紧装置与床层限制板 18
7.3气体进出口装置与排液装置 19
8、流体力学参数计算 20
8.1填料层压力降的计算 20
9、吸收塔主要接管的尺寸计算 21
9.1液体进料接管 21
9.2气体进料接管 21
9.3吸收剂输送管路直径及流速计算 22
四、工艺设计计算结果汇总与主要符号说明 23
1、填料塔工艺尺寸计算结果表： 23
2、流体力学参数计算结果汇总： 24
3、附属设备计算结果汇总： 25
4、所用聚丙烯塑料阶梯环填料主要性能参数汇总： 25
5、主要符号说明： 26
五、课程设计总结 29
附录 30
附录（一） 水的物性数据表 30
附录（二） 塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值 30
附录（三）贝恩（Bain）--霍根（Hougen）关联式中的A、K值 31
参考文献 32

一、前言
1、吸收技术概况
化学工业中的废气二氧化硫主要来自化石燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸、磷肥等生产的工业废气。二氧化硫是化工生产中极为重要的生产原料，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，必须进行净化回收，具经济价值的规模应充分回收利用，避免硫资源浪费和造成大气污染，危害人类生存发展。
吸收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的单元操作。
工业吸收操作是在吸收塔内进行的。在吸收操作中，通常将混合气体中能够溶解于溶剂中的组分称为溶质或吸收质，以A表示;而不溶或微溶的组分称为载体或惰性气体，以B表示；吸收所用的溶剂称为吸收剂，以S表示；经吸收后得到的溶液称为吸收液;被吸收后排出吸收塔的气体称为吸收尾气。吸收就是吸收质从气相转入液相的过程[1]。
吸收过程通常在吸收塔中进行。根据气、液两相的流动方向，分为逆流操作和并流操作两类，工业生产中以逆流操作为主，吸收剂以塔顶加入自上向下流动，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。其操作示意图如下图所示：混合气体（A＋B）
吸
收
剂
S
吸收尾气（B＋微量的A）
吸
收
塔
吸收液（A＋S）

2、吸收在工业生产中的应用
１） 、有用组分的回收：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） 原料气的净化。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） 某些产品的制取。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） 废气的治理。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。
3、吸收设备
吸收操作主要在填料塔和板式塔中进行，几种常用的吸收塔有填料塔、湍球塔、板式塔等。由于填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性，故填料塔的应用较为广泛。
填料塔由外壳、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。

二、填料塔设计
1、吸收剂的选择
吸收操作的好坏在很大程度上取决于吸收剂的性质。选择吸收剂时在，主要考虑以下几点：
溶解度大 吸收剂对溶质组分的溶解度越大，则传质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少，操作费用较低。
②选择性好 吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。
③挥发性好 在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和。故在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收剂的损失量。
④粘度低 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高。
⑤易再生 当富液不作为产品时，吸收剂要易再生，以降低操作费用。要求溶解度对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小；而且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升，则被吸收的气体解吸，吸收剂再生方便。
⑥其它：无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定、经济安全[1]。
在实际生产中满足所有要求的吸收剂是不存在的。应从满足工艺要求出发，对可供选择的吸收剂做全面的评价，作出科学、经济、合理的选择。
表2-1 物理吸收剂和化学吸收剂的选择
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）吸收热效应显着
（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
综上所述，考虑吸收剂的选用标准，在二氧化硫的吸收过程中，采用水为吸收剂。

2、吸收流程的选择
2.1 气体吸收过程分类
气体吸收过程通常按以下方法分类。
①单组分吸收与多组分吸收:　吸收过程按被吸收组分数目的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收。若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶（或微溶）于吸收剂，这种吸收过程称为单组分吸收。反之，若在吸收过程中，混合气中进入液相的气体溶质不止一个，这样的吸收称为多组分吸收。
②物理吸收与化学吸收: 在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，可以把吸收过程看成是气体溶质单纯地溶解于液相溶剂的物理过程，则称为物理吸收。相反，如果在吸收过程中气体溶质与溶剂(或其中的活泼组分)发生显著的化学反应，则称为化学吸收。
③低浓度吸收与高浓度吸收: 在吸收过程中，若溶质在气液两相中的摩尔分率均较低（通常不超过0.1），这种吸收称为低浓度吸收；反之，则称为高浓度吸收。对于低浓度吸收过程，由于气相中溶质浓度较低，传递到液相中的溶质量相对于气、液相流率也较小，因此流经吸收塔的气、液相流率均可视为常数。
④等温吸收与非等温吸收: 气体溶质溶解于液体时，常由于溶解热或化学反应热，而产生热效应，热效应使液相的温度逐渐升高，这种吸收称为非等温吸收。若吸收过程的热效应很小，或虽然热效应较大，但吸收设备的散热效果很好，能及时移出吸收过程所产生的热量，此时液相的温度变化并不显著，这种吸收称为等温吸收[6]。
2.2吸收装置的流程
吸收装置的流程主要有以下几种。
①逆流操作 气相自塔底进入塔顶排出，液相自塔顶进入塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。
②并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需要吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。
③吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平蘅常数m植很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应予指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需要设置循环泵，操作费用增加。
④多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需要经常清理调料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需要留较大空间，输液、喷淋、支承板等辅助装置增加，使设备投资加大。
⑤串联—并联混合操作 若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小（否则易引起塔的液泛），塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程。
用水吸收二氧化硫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。因用水作为吸收剂，且二氧化硫不作为产品，故采用纯溶剂[7]
3、吸收塔设备及填料的选择
3.1 吸收塔设备
对于吸收过程，塔设备有多种，如何选择合适的类型是进行工业设计的首要工作。而进行这一项工作则主要对吸收过程进行充分的研究后，并经过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，一般具有操作液气比大的特点，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，使用填料不很经济的情况下，以采用板式塔为宜。
本设计过程采用填料塔作为吸收设备。
3.2 填料的选择
塔填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。
在选择塔填料时应考虑如下几个问题：
①比表面积要大 比表面积a是指单位体积的填料层所具有的表面积，大的比表面积和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。
②空隙率大 空隙率ε是指单位体积的填料所具有的空隙体积，填料的空隙率大，气液通过的能力大，气体流动的阻力小，填料的空隙率一般在0.45-0.95范围。
③堆积密度小 堆积密度ρ是指单位体积填料的质量，在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量减薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。
④填料的几何形状 填料的几何形状对填料的流体力学和传质性能有着重要的影响。
⑤填料的材质 工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类，不同的材质适应于不同的操作条件。
该流程的操作压力及温度较低，工业上通常选用塑料散装填料，在塑料散装填料中，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。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料表面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。其主要性能参数为：
比表面积=250m 形状修正系数 =1.45 填料因子 =173m
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案，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。
A. 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，使得融入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，那么解吸操作需要在真空条件下进行，则过程可能不够经济
B. 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吸收温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于常温的吸收操作，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。一般采用水蒸气作为加热介质，加热方法可依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热。
5、操作参数的选择
5.1操作温度的确定
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方可采用低于或高于环境的温度操作.
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.
而对本设计而言，由吸收过程的气液关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度，即低温有利于吸收，但操作温度的低限应有吸收系统的具体情况决定。依据本次设计要求，操作温度定为20℃。
5.2操作压力的确定
操作压力的选择根据具体情况的不同分为三种：
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.
本设计中由吸收过程的气液平衡可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加，综合考虑，采用常压101.3KPa。

三、填料塔工艺设计计算
1、基础物性数据
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
查得20℃时水的有关物性数据如下：
密度ρL=998.2(kg/m3)
粘度μL=0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)
表面张力δL=72.69(dyn/cm)=942062.4(kg/h2)
SO2在水中的扩散系数=1.47×10-5(m2/s)=5.29×10-6(m2/h)
1.2气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为
Mm =0.05×64.06+0.95×29=30.75g/mol
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20 C°空气的粘度为
(m·h)
20℃时SO2在空气中的扩散系数=0.108×10-4(m2/s)=0.039(m2/h)
1.3气液两相平衡时的数据
常压下20℃在水中的亨利系数为

相平衡常数为

溶解度系数为

2、物料衡算
因为公式G（Y1-Y2）=L(X1-X2)无论是低浓度吸收还是高浓度吸收均适用，故物料衡算利用此式。
进塔气相摩尔比为

出塔气相摩尔比为

进塔惰性气相流量为

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,

取操作液气比
46
L=50.46×55.32=2791.31(Kmol/h)

+ X2=55.32(0.0526-0.002104)/2791.31 +0=0.001
3、填料塔的工艺尺寸计算
3.1塔径的计算
考虑到填料塔内部的压力降，塔的操作压力为101.3KPa
混合气体的密度
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即
=L×M=2791.31×18.02=50959.84kg/h
气相质量流量为
=1400×1.257=1759.8kg/h
Eckert通用关联图的横坐标为：
用图横坐标的1.014与乱堆填料的泛点线，查的纵坐标：
对于DN38塑料阶梯环的填料因子：，又因为液相为清水，故液体密度校正系数，水的黏度为0.001004(Pa.S)，故泛点气速为：

本次设计选用塑料阶梯环类型填料。对于散装填料，泛点率的经验值为，泛点率的选择，对于加压操作，选择较高的泛点率，减压操作选择较低的泛点率，此处取

圆整后取D=0.7(m)=700(mm)

3.2泛点率校核和填料规格
泛点率校核

在（50%-----80%）之间，所以符合要求.
气体动能因子
塔的截面积 D²=×0.7²=0.3847m²
填料规格校核
阶梯环的径比要求：>8
有即符合要求，
3.3液体喷淋密度校核
取最小润湿速率为：

查《化工原理（表3.6常用散装填料的特性参数）》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=700mm合理

4、填料层高度计算
4.1传质单元数的计算

解吸因数为

气相总传质单元数为

4.2传质单元高度的计算
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算

查表(常见材质的临界表面张力值) ，
液体质量通量为
aw=at×0.4295=132.5×0.4295=56.91(m ²/m ³)
气体质量通量为
气膜吸收系数由下式计算

液膜吸收系数由下式计算

由，查附得，
则

因为，故需要校正。
由，，得

则有

由
4.3填料层高度的计算

根据设计经验，填料层设计高度一般为 ~
因此取,通过圆整的8.5m.
由于>m
故填料层分为两段，一段高度为4m，一段高度为4.5m。
5、填料塔附属高度的计算
塔上部空间高度，通过相关资料可知，可取为1.2m，塔底液相停留时间按1.0min考虑，则塔釜液所占空间高度为：

考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取3.0m；法兰、填料压紧装置、液体分布器及在分布气高度取0.8m；所以塔的附属空间高度可以取为1.2+3+0.8=5米。
因此塔的实际高度取H=8.5+5=13.5(m)

6、液体分布器的简要设计
6.1液体分布器的选型
液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。
性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：
A液体分布均匀 评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。
①分布点密度。液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差较大。
大致规律是：塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。表3-1列出了散装填料塔的分布点密度推荐值
表3-1 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值
塔径，mm
分布点密度，塔截面
D=400
330
D=750
170
D≥1200
42

②分布点的几何均匀性。分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题。设计中，一般需通过反复计算和绘图排列，进行比较，选择较佳方案。分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。
③降夜点间流量的均匀性。为保证各分布点的流量均匀，需要分布器总体的合理设计、精细的制作和正确的安装。高性能的液体分布器，要求个分布点与平均流量的偏差小于6%。
B操作弹性大 液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为2～4，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊设计。
C自由截面积大 液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35%以上。
D其它 液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便
由于该吸收塔的液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。
当填料层高度与塔径之比超过某一数值时，填料层需分段。在各段填料层之间安设液体再分布器，以收集自上一填料层来的液体，为下一填料层提供均匀的液体分布。
由3.4.3节中知，本次设计的填料层不需要分段,故不需要安装液体再分布器。
6.2分布点密度及布液孔数的计算
按照Eckert建议值，D=700mm 时，喷淋点密度为195点/m2；因此布液点数为：
n=×0.7²×195=0.785×0.49×195=75.007≈75点
取圆盘直径为塔径的0.65-0.8倍，分布盘厚度5mm.布液计算如下：
由
L: 液体流量 m3/s
n: 开孔数目
: 孔流系数，取0.55～0.60
d0: 孔径，m
: 开孔上方的液位高度，m
取，
do=
设计取 do=15mm
设计结果为： 二级槽共设五道，在槽侧面开孔，槽宽度为72mm, 槽高度为200mm, 两槽的中心距为144mm,分布点采用三角形排列，实际设计分布点数为n=75点。

6.3塔底液体保持管高度的计算
取布液孔的直径为15mm，则液位保持管中的液位高度可由公式：
得，即：：
式中：：布液孔直径，m
L：液体流率，m3/s
：布液孔数
：孔流系数（ 值由小孔液体流动雷诺数决定，可取， 取）
：液体高度，m
：重力加速度，m/s2
根据经验 ，则液位保持管高度为：
7、其它附属塔内件的选择
7.1 填料支撑板
填料支撑板的作用是支撑塔内的填料。常用的填料支撑装置由栅板型，孔管型，驼峰型等。对于散装填料，通常选用孔管型，驼峰型支撑装置；设计中，为防止在填料支撑装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支撑装置的自由截面积应大于75% 。
本次设计选用驼峰型支撑装置。
7.2 填料压紧装置与床层限制板
对于散装填料，可以选用压紧栅板，也可以选用压紧网板，在其下方根据填料的规格铺设一层金属网，并将其与压紧栅板固定。设计中，为防止在填料压紧装置处压降过高甚至发生液泛，要求压板或限制板自由截面分率大于70％。
本次设计选用压紧网板。
7.3气体进出口装置与排液装置
A、气体进出口装置
填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500mm直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其它均布气流的装置。
气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。最简单的装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采用旋流板除雾器。
本设计中选用折板除雾器。折板除雾器的结构简单有效，除雾板由的角钢组成，板间横向距离为25mm，垂直流过的气速可按下式计算：
式中 ——气速，m； ——液相及气相密度，；
——系数，0.085-0.10；
本设计中取k=0.09，则流过的气速
所需除雾板组的横断面为 m²
由上式确定的气速范围，除雾板的阻力为49-98pa，此时能除去的最小雾滴直径约为0.05mm，即50.
B、排液装置
液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。
常压塔气体进出口管气速可取10～20m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取0.8～1.5m/s（必要时可加大些）管径依气速决定后，应按标准管规定进行圆整.在以后的各节中会有计算。
8、流体力学参数计算
8.1填料层压力降的计算
A、气体进出口压力降
由后面主要接管尺寸计算可知，气体的进出口接管内径为。
则气体的进出口流速为:

则进口（突然扩大 =1）
出口(突然缩小 =0.5）
B、填料层压力降
气体通过填料层的压力降采用Eckert关联图计算，有前面计算可知
其中横坐标为

查《散装填料压降填料因子平均值》得
m-1
纵坐标为
=0.0758
查Eckert关联图得

所以填料层压力降
其它塔内间的压力降较小,因此可忽略
于是得到吸收塔的总压力降为

9、吸收塔主要接管的尺寸计算
本设计中填料塔有多处接管，但主要的是气体和液体的进料口和出料口接管。在此分别以液体进料管和气体进料管的管径计算为例进行说明。气体和液体在管道中流速的选择原则为：常压塔气体进出口管气速可取10～20m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取0.8～3.0m/s（必要时可加大些）
9.1液体进料接管
进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下
1
查《流体输送用不锈钢无缝钢管规格：GB/T 14976-94》可知，可选用热轧无缝钢管管径为。则实际管内径为109mm.实际通过液体接管的液速为：
。
9.2气体进料接管
采用直管进料。取气速

所以查《流体输送用不锈钢无缝钢管规格：GB/T 14976-94》可知取管径为实际管内径为。
则实际通过气体接管的气速为：

9.3吸收剂输送管路直径及流速计算
根据管材规范，选择型的热轧无缝管道，其内径为145mm，其实际流速为：。
四、填料塔设计计算结果汇总与主要符号说明
1、填料塔工艺尺寸计算结果表：

表-1
项目
符号
数值与计量单位
气相质量流量

1759.8kg/h
液相质量流量

50959.84kg/h
塔径

700mm
空塔气速

1.011
泛点率

50.9%
喷淋密度
U
132.72 m3/(m2.h)
解吸因数
S
0.6854
气相总传质单元数

6.821
液体质量通量
UL
132483.7
气体质量通量
UG
4575.07
气膜吸收系数

0.0446kmol/(m².h.kpa)
液膜吸收系数

2.097 (m/h)
气相总吸收系数(校正后)

3.87kmol/(m3.h.kpa)
液相总吸收系数（校正后）

138.47(l/h)
气相总传质系数

1.386 kmol/(m3.h.kpa)
气相传质单元高度

1.0243
填料层高度
Z′
8.37，圆整后8.5m
填料塔上部空间高度

1.2
填料塔下部空间高度

3.0
塔附属高度

4.2
塔高

12.7
布液孔数

75点
孔径
d0
0.015m
开孔上方高度
h
0.162m
液位保持管高度
h′
0.186m

2、流体力学参数计算结果汇总：

表-2
项目
符号
数值与计量单位
气体进口压力降
△P1
321.492 Pa;
气体出口压力降
△P2
160.746 Pa;
填料层压力降
△P3
10271.070 Pa;
吸收塔总压力降
△P
10753.308 Pa;
泛点率

50.9%
气体动能因子
F

3、附属设备计算结果汇总：
表-3
项目
选型
数值与计量单位
液体进出口接管
热轧无缝钢管
液体实际流速
气体进出口接管
热轧无缝钢管
气体实际流速
吸收剂输送管路
热轧无缝钢管
吸收剂实际流速

4、所用聚丙烯塑料阶梯环填料主要性能参数汇总：
表-4
项目
符号
数值与计量单位
公称直径

38mm
塔径与填料公称直径比值
D/d
>8
填料因子平均值

173
临界表面张力值

33
形状修正系数

1.45
填料分段高度推荐值
h/D=8～15
m

压降填料因子平均值

116m-1

5、主要符号说明：
5.1英文字母
表-5
——填料层的润滑比表面积m²/m³；
S——脱吸因数;无因次;
——填料层的有效传质比表面积（m²/m³）
——扩散系数，m²/s; 塔径,m;
——液体质量通量
——气体质量通量
——亨利系数，KPa;
——重力加速度，kg/(m².h);
——溶解度系数，kmol /(m³.KPa);
——气相传质单元高度 ，m;
——液相传质单元高度，m;
——气相总传质单元高度，m;
——液相总传质单元高度，m;
——液体喷淋密度;
——相平衡常数，无因次;
——气相传质单元数，无因次;
——液相传质单元数，无因次;
——气相总传质系数，无因次
—— 液相总传质系数，无因次;
——总压，KPa ;
——温度，0C;
——气体通用常数，kJ/(kmol.K)

——填料直径，mm；
——空塔速度，m/s ;
——液泛速度，m/s ;
——惰性气体流量，kmol/h ;
——混合气体体积流量，m3/h;
—液膜吸收系数 m/h;
——气膜吸收系数，kmol/(m².h.kpa);
—气相总吸收系数kmol/(m3.h.kpa);
—液相总吸收系数，l/h;
—气相总传质系数 kmol/(m3.h.kpa);
—液相总传质系数l/h;
——吸收剂用量kmol/h; kmol/s;
——是吸收液量 kmol/h
——吸收剂质量流量kg/h；
——气体质量流量，kg/h；
——密度kg/ m³
——填料因子， m-1 ; 修正系数，无因次

5.2希腊字母
表-6
——粘度Pa.s
——密度kg/m3
——表面张力 kg/h2
——平均的，对数平均的
——最小的
——最大的
五、课程设计总结
历时两周的课程设计结束了，这次的课设对我的触发很大，使我对化学工程的过程设计及设备的选择的有了一个更深层次的理解。
在设计过程中遇到的问题主要有：
（1） 未知条件的选取；
（2） 文献检索的能力；
（3） 对吸收过程的理解和计算理论的运用；
（4） 对实际操作过程中设备的选择和条件的最优化；
（5） 对工艺流程图的理解以及绘制简单的流程图和设备结构；
（6） 一些专用软件的使用，比如本文编辑数学公式所用的MathType软件还有制图所用的CAD软件 ；
（7） 还有一些其他的问题，例如计算的准确度等等。
当然，在本次设计中也为自己再次重新的复习化工这门学科提供了一个动力，对化工设计过程中所遇到的问题也有了一个更深的理解。同时利用网络查找了很多资料，尤其是中国知网，在上面认真学习了20多篇论文。理论和实际的结合也是本次设计的重点，为日后从事相关工作打下了一定的基础。 
最后，感谢石老师对我们的指导，通过这次课设我深感要完成一个设计是相当艰巨的一个任务，如何细节的出错都会造成后续工作的错误，都有可能造成实际操作中的经济损失甚至生命安全。

六、参考文献
夏清，陈常贵.《化工原理》上册修订版.天津大学出版社.
夏清，陈常贵.《化工原理》下册第三版.天津工业出版社,
贾绍义，柴诚敬主编