填料吸收塔课程设计省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

填料吸收塔课程设计填料吸收塔课程设计第一节第一节 概述概述第二节第二节 设计计算过程设计计算过程第三节第三节 注意事项注意事项第1页第一节第一节 概述概述n n填料吸收塔是化学工业中最惯用气液传质设备之一。它含有结填料吸收塔是化学工业中最惯用气液传质设备之一。它含有结填料吸收塔是化学工业中最惯用气液传质设备之一。它含有结填料吸收塔是化学工业中最惯用气液传质设备之一。它含有结构简单、便于用耐腐蚀材料制造以及压降小等优点，采取新型构简单、便于用耐腐蚀材料制造以及压降小等优点，采取新型构简单、便于用耐腐蚀材料制造以及压降小等优点，采取新型构简单、便于用耐腐蚀材料制造以及压降小等优点，采取新型高效填料能够取得很好经济效果，惯用于吸收、精馏等分离过高效填料能够取得很好经济效果，惯用于吸收、精馏等分离过高效填料能够取得很好经济效果，惯用于吸收、精馏等分离过高效填料能够取得很好经济效果，惯用于吸收、精馏等分离过程。本讲以填料吸收塔为例，介绍其设计方法。程。本讲以填料吸收塔为例，介绍其设计方法。程。本讲以填料吸收塔为例，介绍其设计方法。程。本讲以填料吸收塔为例，介绍其设计方法。n n在设计吸收装置时，必须事先要求或已知：在设计吸收装置时，必须事先要求或已知：在设计吸收装置时，必须事先要求或已知：在设计吸收装置时，必须事先要求或已知：n n 在单位时间所应处理气体总量；在单位时间所应处理气体总量；在单位时间所应处理气体总量；在单位时间所应处理气体总量；n n 气体组成；气体组成；气体组成；气体组成；n n 被吸收组分吸收率或排出气体浓度；被吸收组分吸收率或排出气体浓度；被吸收组分吸收率或排出气体浓度；被吸收组分吸收率或排出气体浓度；n n 所使用吸收液；所使用吸收液；所使用吸收液；所使用吸收液；n n 操作温度和压力。操作温度和压力。操作温度和压力。操作温度和压力。第2页吸收分类吸收分类吸收吸收溶质与溶剂是否发溶质与溶剂是否发生显著化学反应生显著化学反应化学吸收化学吸收物理吸收物理吸收混合气体进入液相混合气体进入液相组分组分单组分吸收单组分吸收多组分吸收多组分吸收过程进行中温度改过程进行中温度改变情况变情况等温吸收等温吸收非等温吸收非等温吸收我们设计任务均为单组分、等温物理吸收过程我们设计任务均为单组分、等温物理吸收过程第3页1010气体出口装置气体出口装置气体出口装置气体出口装置9 9液体进口装置液体进口装置液体进口装置液体进口装置8 8液体分布装置液体分布装置液体分布装置液体分布装置7 7填料压紧装置填料压紧装置填料压紧装置填料压紧装置6 6填料填料填料填料5 5塔体塔体塔体塔体4 4液体再分布器液体再分布器液体再分布器液体再分布器3 3填料支承板填料支承板填料支承板填料支承板2 2液体出口装置液体出口装置液体出口装置液体出口装置1 1气体进口气体进口气体进口气体进口编号编号编号编号名名名名 称称称称第4页普通设计过程和步骤普通设计过程和步骤n n 吸收剂选择吸收剂选择吸收剂选择吸收剂选择n n 决定操作温度和压力决定操作温度和压力决定操作温度和压力决定操作温度和压力n n 确定气液平衡关系；确定气液平衡关系；确定气液平衡关系；确定气液平衡关系；n n 选择液气比和确定流程；选择液气比和确定流程；选择液气比和确定流程；选择液气比和确定流程；n n 选择填料选择填料选择填料选择填料n n 计算塔径和填料层高度；计算塔径和填料层高度；计算塔径和填料层高度；计算塔径和填料层高度；n n 压力损失计算；压力损失计算；压力损失计算；压力损失计算；n n塔内辅助装置选择和计算；塔内辅助装置选择和计算；塔内辅助装置选择和计算；塔内辅助装置选择和计算；第5页第二节第二节 设计计算过程设计计算过程n n一、吸收流程确实定一、吸收流程确实定n n二、填料选择二、填料选择n n三、基础物性数据整理三、基础物性数据整理n n四、物料衡算四、物料衡算n n五、填料塔工艺尺寸计算五、填料塔工艺尺寸计算n n六、填料层压降计算六、填料层压降计算n n七、塔内辅助装置选择和计算七、塔内辅助装置选择和计算第6页参考资料参考资料n n贾绍义，柴诚敬主编.化工原理课程设计化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）（化工传递与单元操作课程设计）.天津：天津大学出版社，n n（向高年级同学借阅）n n匡国柱，史启才主编史启才主编.化工单元过程及设备化工单元过程及设备课程设计课程设计.北京：化学工业出版社，第7页n n1.1.填料支承结构设计填料支承结构设计填料支承结构设计填料支承结构设计n n涂伟平，陈佩珍，程达芬编涂伟平，陈佩珍，程达芬编.化工过程及设备设计化工过程及设备设计.北京：化学工业北京：化学工业出版社，：出版社，：103-106.103-106.n n2.2.填料塔从属设备设计填料塔从属设备设计填料塔从属设备设计填料塔从属设备设计n nE.E.E.E.路德维希编路德维希编.化工装置实用工艺设计（第化工装置实用工艺设计（第2 2卷）卷）.北京：化学工业北京：化学工业出版社，：出版社，：321-329.321-329.n n3.3.制图标准制图标准制图标准制图标准n n魏崇光，郑晓梅主编魏崇光，郑晓梅主编.化工工程制图（化工制图）化工工程制图（化工制图）.北京：化学工业北京：化学工业出版社，出版社，19941994：10-1410-14，66-71.66-71.n n刘雪暖，汤景凝主编刘雪暖，汤景凝主编.化工原理课程设计化工原理课程设计.山东：石油大学出版社，：山东：石油大学出版社，：112-121.112-121.n n4.4.丙酮丙酮丙酮丙酮-水相平衡常数水相平衡常数水相平衡常数水相平衡常数n n汤金石主编汤金石主编.化工原理课程设计化工原理课程设计.北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，19901990：210.210.n n5.5.容器法兰选择容器法兰选择容器法兰选择容器法兰选择n n董达勤主编董达勤主编.化工设备机械基础（二版）化工设备机械基础（二版）.北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，19941994：324-325324-325第8页n n6.6.填料塔从属设备设计填料塔从属设备设计填料塔从属设备设计填料塔从属设备设计n n汤金石主编汤金石主编.化工原理课程设计化工原理课程设计.北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，19901990：225-225-233.233.n n7.7.扩散系数计算扩散系数计算扩散系数计算扩散系数计算n n刘光启，马连湘，邢志有主编刘光启，马连湘，邢志有主编.化工物性算图手册化工物性算图手册.北京：化学工业北京：化学工业出版社，：出版社，：694-695694-695，712712n n8.8.吸收塔设计吸收塔设计吸收塔设计吸收塔设计n n匡国柱，史启才主编匡国柱，史启才主编.化工单元过程及设备过程设计化工单元过程及设备过程设计.北京：化学工北京：化学工业出版社：业出版社：249-299.249-299.n n9.9.填料塔内件计算填料塔内件计算填料塔内件计算填料塔内件计算n n王树楹主编王树楹主编.当代填料塔技术指南当代填料塔技术指南.北京：中国石化出版社，北京：中国石化出版社，19981998：163-201.163-201.n n10.10.填料塔结构设计填料塔结构设计填料塔结构设计填料塔结构设计n n刘雪暖，汤景凝主编刘雪暖，汤景凝主编.化工原理课程设计化工原理课程设计.山东：石油大学出版社，：山东：石油大学出版社，：92-106.92-106.n n11.11.筒体和封头设计筒体和封头设计筒体和封头设计筒体和封头设计n n魏崇光，郑晓梅主编魏崇光，郑晓梅主编.化工工程制图（化工制图）化工工程制图（化工制图）.北京：化学工业北京：化学工业出版社，出版社，19941994：183-196.183-196.第9页用例题说明计算过程用例题说明计算过程n n例：例：矿石焙烧炉送出气体冷却到矿石焙烧炉送出气体冷却到25后送入填后送入填料塔中，用料塔中，用20清水洗涤以除去其中清水洗涤以除去其中SO2。入塔。入塔炉气流量为炉气流量为2400m3/h，其中，其中SO2摩尔分率为摩尔分率为0.05，要求，要求SO2吸收率为吸收率为95%。吸收塔常压操作，因。吸收塔常压操作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变，可近该过程液气比很大，吸收温度基本不变，可近似取为清水温度。似取为清水温度。第10页一、设计流程确定一、设计流程确定n n依据气、液两相流动方向不一样，分为依据气、液两相流动方向不一样，分为逆流操逆流操作作和和并流操作并流操作两类，工业上常采取两类，工业上常采取逆流操作逆流操作。n n除了少数情况只需单独进行吸收外，普通需对除了少数情况只需单独进行吸收外，普通需对吸收后溶液继以脱吸，使溶剂再生，循环使用。吸收后溶液继以脱吸，使溶剂再生，循环使用。所以，除了吸收塔以外，还需与其它设备一道所以，除了吸收塔以外，还需与其它设备一道组成一个完整吸收组成一个完整吸收-脱吸流程。脱吸流程。第11页洗油脱除煤气中粗苯流程简图洗油脱除煤气中粗苯流程简图第12页吸收塔过程标准流程吸收塔过程标准流程1-吸收塔；吸收塔；2-富液泵；富液泵；3-贫液泵；贫液泵；4-解吸塔解吸塔第13页小结小结n n 依据题目条件，采取清水做吸收剂依据题目条件，采取清水做吸收剂n n 为提升传质效率，选取逆流吸收为提升传质效率，选取逆流吸收n n 采取单塔吸收、部分溶剂循环吸收流程采取单塔吸收、部分溶剂循环吸收流程第14页二、填料选择二、填料选择n长久研究，开发出许多性能优良填料，如图是几个填料形状。长久研究，开发出许多性能优良填料，如图是几个填料形状。拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环弧鞍形填料弧鞍形填料矩鞍形填料矩鞍形填料网网环环波纹填料结构波纹填料结构阶梯环阶梯环金属鞍环金属鞍环第15页拉西环拉西环拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环鲍尔环鲍尔环阶梯环阶梯环阶梯环阶梯环 环环环环第16页n按填料结构及其使用方式能够分为按填料结构及其使用方式能够分为散堆填料散堆填料和和规整填料规整填料。规规整整填填料料格栅填料格栅填料格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等栅填料等 波纹填料波纹填料金属丝网波纹填料、金属孔板波纹填料、金属丝网波纹填料、金属孔板波纹填料、金属压延孔板波纹填料金属压延孔板波纹填料脉冲填料脉冲填料脉冲填料脉冲填料散散堆堆填填料料拉西环拉西环拉西环拉西环填料填料鲍尔环鲍尔环金属鲍尔环填料、塑料鲍尔环填料、改型金属鲍尔环填料、塑料鲍尔环填料、改型鲍尔环填料鲍尔环填料 阶梯环阶梯环金属填料、塑料阶梯环金属填料、塑料阶梯环弧鞍填料弧鞍填料弧鞍填料弧鞍填料 矩鞍填料矩鞍填料瓷质、聚丙烯矩鞍填料瓷质、聚丙烯矩鞍填料环矩鞍填料环矩鞍填料金属环矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料球形填料聚丙烯浮球填料、多面空心填料聚丙烯浮球填料、多面空心填料第17页1.填料几何特征填料几何特征 n n 比表面积比表面积比表面积比表面积n n单位体积填料填料表面积称为比表面积，以单位体积填料填料表面积称为比表面积，以单位体积填料填料表面积称为比表面积，以单位体积填料填料表面积称为比表面积，以 a a 表示，其单位表示，其单位表示，其单位表示，其单位为为为为mm2 2/m/m3 3。填料比表面积愈大，所提供气液传质面积愈大。填料比表面积愈大，所提供气液传质面积愈大。填料比表面积愈大，所提供气液传质面积愈大。填料比表面积愈大，所提供气液传质面积愈大。所以，比表面积是评价填料性能优劣一个主要指标。所以，比表面积是评价填料性能优劣一个主要指标。所以，比表面积是评价填料性能优劣一个主要指标。所以，比表面积是评价填料性能优劣一个主要指标。n n 空隙率空隙率空隙率空隙率n n单位体积填料中空隙体积称为空隙率，以单位体积填料中空隙体积称为空隙率，以单位体积填料中空隙体积称为空隙率，以单位体积填料中空隙体积称为空隙率，以 表示，其单位表示，其单位表示，其单位表示，其单位为为为为mm3 3/m/m3 3，或以，或以，或以，或以%表示。填料空隙率越大，气体经过能力越大表示。填料空隙率越大，气体经过能力越大表示。填料空隙率越大，气体经过能力越大表示。填料空隙率越大，气体经过能力越大且压降低。所以，空隙率是评价填料性能优劣又一主要指标。且压降低。所以，空隙率是评价填料性能优劣又一主要指标。且压降低。所以，空隙率是评价填料性能优劣又一主要指标。且压降低。所以，空隙率是评价填料性能优劣又一主要指标。第18页1.填料几何特征填料几何特征n n 填料因子填料因子填料因子填料因子n n填料比表面积与空隙率三次方比值，即填料比表面积与空隙率三次方比值，即填料比表面积与空隙率三次方比值，即填料比表面积与空隙率三次方比值，即a a/3 3，称为填料，称为填料，称为填料，称为填料因子，以因子，以因子，以因子，以 表示，其单位为表示，其单位为表示，其单位为表示，其单位为1/m1/m。填料因子分为干填料。填料因子分为干填料。填料因子分为干填料。填料因子分为干填料因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时 a a/3 3 称为干称为干称为干称为干填料因子，它反应填料几何特征；填料被液体润湿后，填料因子，它反应填料几何特征；填料被液体润湿后，填料因子，它反应填料几何特征；填料被液体润湿后，填料因子，它反应填料几何特征；填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，填料表面覆盖了一层液膜，填料表面覆盖了一层液膜，填料表面覆盖了一层液膜，a a和和和和 均发生对应改变，此时均发生对应改变，此时均发生对应改变，此时均发生对应改变，此时a a/3 3 称为湿填料因子，它表示填料流体力学性能，称为湿填料因子，它表示填料流体力学性能，称为湿填料因子，它表示填料流体力学性能，称为湿填料因子，它表示填料流体力学性能，值越小，表明流动阻力越小。值越小，表明流动阻力越小。值越小，表明流动阻力越小。值越小，表明流动阻力越小。第19页2.填料性能评价填料性能评价填料性能优劣通常依据效填料性能优劣通常依据效率、通量及压降三要素衡率、通量及压降三要素衡量。在相同操作条件下，量。在相同操作条件下，填料比表面积越大，气液填料比表面积越大，气液分布越均匀，表面润湿性分布越均匀，表面润湿性能越好，则传质效率越高；能越好，则传质效率越高；填料空隙率越大，结构越填料空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降开敞，则通量越大，压降亦越低。采取含糊数学方亦越低。采取含糊数学方法对九种惯用填料性能进法对九种惯用填料性能进行了评价，得出以下表所行了评价，得出以下表所表示结论。表示结论。填料名称填料名称评定值语言值语言值排序排序丝网波纹填料丝网波纹填料0.86很好很好1孔板波纹填料孔板波纹填料0.61相当好相当好2金属金属Intalox0.59相当好相当好3金属鞍形环金属鞍形环0.57相当好相当好4金属阶梯环金属阶梯环0.53普通好5金属鲍尔环金属鲍尔环0.51 普通好6瓷瓷Intalox0.41 很好 7瓷鞍形环瓷鞍形环0.38略好略好8瓷拉西环瓷拉西环0.36略好略好9第20页3.填料种类选择填料种类选择n n填料种类选择要考虑分离工艺要求，通常考虑以下几填料种类选择要考虑分离工艺要求，通常考虑以下几填料种类选择要考虑分离工艺要求，通常考虑以下几填料种类选择要考虑分离工艺要求，通常考虑以下几个方面：个方面：个方面：个方面：n n(1)(1)传质效率要高传质效率要高传质效率要高传质效率要高 n n普通而言，规整填料传质效率高于散装填料普通而言，规整填料传质效率高于散装填料普通而言，规整填料传质效率高于散装填料普通而言，规整填料传质效率高于散装填料n n(2)(2)通量要大通量要大通量要大通量要大n n在确保含有较高传质效率前提下，应选择含有较高泛点气速在确保含有较高传质效率前提下，应选择含有较高泛点气速在确保含有较高传质效率前提下，应选择含有较高泛点气速在确保含有较高传质效率前提下，应选择含有较高泛点气速或气相动能因子填料或气相动能因子填料或气相动能因子填料或气相动能因子填料n n(3)(3)填料层压降要低填料层压降要低填料层压降要低填料层压降要低n n(4)(4)填料抗污堵性能强，拆装、检修方便填料抗污堵性能强，拆装、检修方便填料抗污堵性能强，拆装、检修方便填料抗污堵性能强，拆装、检修方便第21页4.填料填料规格选择规格选择n n填料规格是指填料公称尺寸或比表面积填料规格是指填料公称尺寸或比表面积填料规格是指填料公称尺寸或比表面积填料规格是指填料公称尺寸或比表面积。n n 散装填料规格选择散装填料规格选择散装填料规格选择散装填料规格选择 n n工业塔惯用散装填料主要有工业塔惯用散装填料主要有工业塔惯用散装填料主要有工业塔惯用散装填料主要有DN16DN16、DN25DN25、DN38DN38、DN50DN50、DN76DN76等几个规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但等几个规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但等几个规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但等几个规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量降低，填料费用也增加很多。而大尺寸填料阻力增加，通量降低，填料费用也增加很多。而大尺寸填料阻力增加，通量降低，填料费用也增加很多。而大尺寸填料阻力增加，通量降低，填料费用也增加很多。而大尺寸填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重壁流，使应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重壁流，使应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重壁流，使应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重壁流，使塔分离效率降低。所以，对塔径与填料尺寸比值要有一要求，塔分离效率降低。所以，对塔径与填料尺寸比值要有一要求，塔分离效率降低。所以，对塔径与填料尺寸比值要有一要求，塔分离效率降低。所以，对塔径与填料尺寸比值要有一要求，普通塔径与填料公称直径比值普通塔径与填料公称直径比值普通塔径与填料公称直径比值普通塔径与填料公称直径比值D D/d d应大于应大于应大于应大于8 8。第22页4.填料规格选择填料规格选择n（2）规整填料规格选择）规整填料规格选择n工业上惯用规整填料型号和规格表示方法很多，国内习惯用工业上惯用规整填料型号和规格表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几等几个规格，同种类型规整填料，其比表面积越大，传质效率越个规格，同种类型规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量降低，填料费用也显著增加。选取时高，但阻力增加，通量降低，填料费用也显著增加。选取时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、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技术要求，操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又含有经济合理性。应予指出，一座填料塔能够选取同种类又含有经济合理性。应予指出，一座填料塔能够选取同种类型，同一规格填料，也可选取同种类型不一样规格填料；能型，同一规格填料，也可选取同种类型不一样规格填料；能够选取同种类型填料，也能够选取不一样类型填料；有塔段够选取同种类型填料，也能够选取不一样类型填料；有塔段可选取规整填料，而有塔段可选取散装填料。设计时应灵活可选取规整填料，而有塔段可选取散装填料。设计时应灵活掌握，依据技术经济统一标准来选择填料规格。掌握，依据技术经济统一标准来选择填料规格。第23页5.填料材质选择填料材质选择n填料材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。填料材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。n(1)陶瓷填料陶瓷填料n陶瓷填料含有很好耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格廉价，陶瓷填料含有很好耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格廉价，含有很好表面润湿性能，质脆、易碎是其含有很好表面润湿性能，质脆、易碎是其 最大缺点。在气体最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。n(2)塑料填料塑料填料n塑料填料材质主要包含聚丙烯（塑料填料材质主要包含聚丙烯（PP）、聚乙烯（）、聚乙烯（PE）及聚氯）及聚氯乙烯（乙烯（PVC）等，国内普通多采取聚丙烯材质。塑料填料耐）等，国内普通多采取聚丙烯材质。塑料填料耐腐蚀性能很好，可耐普通无机酸、碱和有机溶剂腐蚀。其耐腐蚀性能很好，可耐普通无机酸、碱和有机溶剂腐蚀。其耐温性良好，可长久在温性良好，可长久在100 C以下使用。塑料填料质轻、价廉，以下使用。塑料填料质轻、价廉，含有良好韧性，耐冲击、不易碎，能够制成薄壁结构。它通含有良好韧性，耐冲击、不易碎，能够制成薄壁结构。它通量大、压降低，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。量大、压降低，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料缺点是表面润湿性能差，但可经过适当表面处理来塑料填料缺点是表面润湿性能差，但可经过适当表面处理来改进其表面润湿性能。改进其表面润湿性能。第24页5.填料材质选择填料材质选择n n(3)(3)金属填料金属填料金属填料金属填料n n金属填料可用各种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳金属填料可用各种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳金属填料可用各种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳金属填料可用各种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低，且含有良好表面润湿性能，对于无腐蚀或低钢填料造价低，且含有良好表面润湿性能，对于无腐蚀或低钢填料造价低，且含有良好表面润湿性能，对于无腐蚀或低钢填料造价低，且含有良好表面润湿性能，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，普通腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，普通腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，普通腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，普通能耐除能耐除能耐除能耐除Cl Cl 以外常见物系腐蚀，但其造价较高，且表面润湿以外常见物系腐蚀，但其造价较高，且表面润湿以外常见物系腐蚀，但其造价较高，且表面润湿以外常见物系腐蚀，但其造价较高，且表面润湿性能较差，在一些特殊场所（如极低喷淋密度下减压精馏过性能较差，在一些特殊场所（如极低喷淋密度下减压精馏过性能较差，在一些特殊场所（如极低喷淋密度下减压精馏过性能较差，在一些特殊场所（如极低喷淋密度下减压精馏过程），需对其表面进行处理，才能取得良好使用效果；钛材、程），需对其表面进行处理，才能取得良好使用效果；钛材、程），需对其表面进行处理，才能取得良好使用效果；钛材、程），需对其表面进行处理，才能取得良好使用效果；钛材、特种合金钢等材质制成填料造价很高，普通只在一些腐蚀性特种合金钢等材质制成填料造价很高，普通只在一些腐蚀性特种合金钢等材质制成填料造价很高，普通只在一些腐蚀性特种合金钢等材质制成填料造价很高，普通只在一些腐蚀性极强物系下使用。普通来说，金属填料可制成薄壁结构，它极强物系下使用。普通来说，金属填料可制成薄壁结构，它极强物系下使用。普通来说，金属填料可制成薄壁结构，它极强物系下使用。普通来说，金属填料可制成薄壁结构，它通量大、气体阻力小，且含有很高抗冲击性能，能在高温、通量大、气体阻力小，且含有很高抗冲击性能，能在高温、通量大、气体阻力小，且含有很高抗冲击性能，能在高温、通量大、气体阻力小，且含有很高抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。第25页小结小结n n对于水吸收对于水吸收SO2过程，操作温度及操作压力较低，过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选取塑料散装填料。在塑料散装填工业上通常选取塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料综合性能很好，故此选料中，塑料阶梯环填料综合性能很好，故此选取取DN38聚丙烯阶梯环填料聚丙烯阶梯环填料第26页三、基础物性数据整理三、基础物性数据整理n n1.液相物性数据液相物性数据n n2.气相物性数据气相物性数据n n3.气液相平衡数据气液相平衡数据第27页1.液相物性数据液相物性数据n n对于低浓度吸收过程，溶液物性数据可近似取纯水对于低浓度吸收过程，溶液物性数据可近似取纯水对于低浓度吸收过程，溶液物性数据可近似取纯水对于低浓度吸收过程，溶液物性数据可近似取纯水物性数据。由手册查得，物性数据。由手册查得，物性数据。由手册查得，物性数据。由手册查得，2020时水相关物性数据以时水相关物性数据以时水相关物性数据以时水相关物性数据以下：下：下：下：n n 密度：密度：密度：密度：n n 粘度：粘度：粘度：粘度：n n 表面张力：表面张力：表面张力：表面张力：n n SOSO2 2在水中扩散系数：在水中扩散系数：在水中扩散系数：在水中扩散系数：第28页2.气相物性数据气相物性数据n n 混合气体平均摩尔质量：混合气体平均摩尔质量：混合气体平均摩尔质量：混合气体平均摩尔质量：n n 混合气体平均密度：混合气体平均密度：混合气体平均密度：混合气体平均密度：n n 混合气体粘度可近似取空气粘度，查手册得混合气体粘度可近似取空气粘度，查手册得混合气体粘度可近似取空气粘度，查手册得混合气体粘度可近似取空气粘度，查手册得2020空气粘度空气粘度空气粘度空气粘度为：为：为：为：n n 查手册得查手册得查手册得查手册得SO2SO2在空气中扩散系数为：在空气中扩散系数为：在空气中扩散系数为：在空气中扩散系数为：第29页3.气液相平衡数据气液相平衡数据n n 由手册查得：常压下由手册查得：常压下由手册查得：常压下由手册查得：常压下2020时时时时SOSO2 2在水中亨利系数：在水中亨利系数：在水中亨利系数：在水中亨利系数：n n 相平衡常数为：相平衡常数为：相平衡常数为：相平衡常数为：n n 溶解度系数为：溶解度系数为：溶解度系数为：溶解度系数为：第30页四、物料衡算（求最小液气比）四、物料衡算（求最小液气比）n n1.物料衡算与吸收操作线方程物料衡算与吸收操作线方程n n2.吸收剂用量对操作线影响吸收剂用量对操作线影响n n3.最小液气比最小液气比第31页1.物料衡算与吸收操作线方程物料衡算与吸收操作线方程 或操作线方程：操作线方程：第32页2.吸收剂用量对操作线影响吸收剂用量对操作线影响第33页3.最小液气比n n由图解得由图解得 n n若若 n n则则 n n或或 n n所以所以 操作液气比操作液气比 第34页n n 进塔气相摩尔比：进塔气相摩尔比：进塔气相摩尔比：进塔气相摩尔比：n n 出塔气相摩尔比：出塔气相摩尔比：出塔气相摩尔比：出塔气相摩尔比：n n 进塔惰性气相流量：进塔惰性气相流量：进塔惰性气相流量：进塔惰性气相流量：n n 该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：式计算，即：式计算，即：式计算，即：n n 对于纯吸收过程，进塔液相组成为对于纯吸收过程，进塔液相组成为对于纯吸收过程，进塔液相组成为对于纯吸收过程，进塔液相组成为:第35页n n 取操作液气比为：取操作液气比为：取操作液气比为：取操作液气比为：第36页五、填料塔工艺尺寸计算五、填料塔工艺尺寸计算n n1.填料塔塔径计算填料塔塔径计算n n1.1 1.1 泛点气速计算泛点气速计算泛点气速计算泛点气速计算n n1.2 1.2 塔径计算及校核塔径计算及校核塔径计算及校核塔径计算及校核n n2.填料层高度计算填料层高度计算n n2.12.1气相总传质单元高度计算气相总传质单元高度计算气相总传质单元高度计算气相总传质单元高度计算n n2.22.2气相总传质单元数计算气相总传质单元数计算气相总传质单元数计算气相总传质单元数计算第37页1.填料塔塔径计算填料塔塔径计算n n填料塔直径填料塔直径填料塔直径填料塔直径D D与操作空塔气速与操作空塔气速与操作空塔气速与操作空塔气速u u及气体体积流量及气体体积流量及气体体积流量及气体体积流量VsVs之之之之间存在以下关系：间存在以下关系：间存在以下关系：间存在以下关系：n n式中：式中：式中：式中：D D 塔径，塔径，塔径，塔径，m;m;n n Vs Vs气体体积流量，气体体积流量，气体体积流量，气体体积流量，mm3 3/s;/s;n n u u 操作空塔气速，操作空塔气速，操作空塔气速，操作空塔气速，m/sm/s第38页1.1 泛点气速计算泛点气速计算n n液泛气速为操作气速最大极限速度，所以操作气速必须小于液液泛气速为操作气速最大极限速度，所以操作气速必须小于液液泛气速为操作气速最大极限速度，所以操作气速必须小于液液泛气速为操作气速最大极限速度，所以操作气速必须小于液泛气速，普通取操作气速为液泛气速泛气速，普通取操作气速为液泛气速泛气速，普通取操作气速为液泛气速泛气速，普通取操作气速为液泛气速50%80%50%80%，即泛点率（操，即泛点率（操，即泛点率（操，即泛点率（操作气速与液泛气速比值）约为作气速与液泛气速比值）约为作气速与液泛气速比值）约为作气速与液泛气速比值）约为0.50.80.50.8。n n若泛点率小，操作气速小，压力降小，能耗低，操作弹性大；若泛点率小，操作气速小，压力降小，能耗低，操作弹性大；若泛点率小，操作气速小，压力降小，能耗低，操作弹性大；若泛点率小，操作气速小，压力降小，能耗低，操作弹性大；但塔径增大，设备投资高，生产能力低，同时不利于气、液充但塔径增大，设备投资高，生产能力低，同时不利于气、液充但塔径增大，设备投资高，生产能力低，同时不利于气、液充但塔径增大，设备投资高，生产能力低，同时不利于气、液充分接触，致使分离效率低分接触，致使分离效率低分接触，致使分离效率低分接触，致使分离效率低n n若泛点率取值过大，压力降大，能耗多，且操作不平稳，难以若泛点率取值过大，压力降大，能耗多，且操作不平稳，难以若泛点率取值过大，压力降大，能耗多，且操作不平稳，难以若泛点率取值过大，压力降大，能耗多，且操作不平稳，难以控制，分离效果更差。控制，分离效果更差。控制，分离效果更差。控制，分离效果更差。n n所以，泛点率应依据详细情况而定。大多数情况下，泛点率应所以，泛点率应依据详细情况而定。大多数情况下，泛点率应所以，泛点率应依据详细情况而定。大多数情况下，泛点率应所以，泛点率应依据详细情况而定。大多数情况下，泛点率应选在选在选在选在0.60.80.60.8之间。之间。之间。之间。第39页（1）散堆填料泛点气速计算）散堆填料泛点气速计算n n惯用埃克特（惯用埃克特（惯用埃克特（惯用埃克特（EckertEckert）泛点气速关联图进行计算，该关联图）泛点气速关联图进行计算，该关联图）泛点气速关联图进行计算，该关联图）泛点气速关联图进行计算，该关联图是以是以是以是以X X为横坐标，以为横坐标，以为横坐标，以为横坐标，以Y Y为纵坐标进行关联。其中：为纵坐标进行关联。其中：为纵坐标进行关联。其中：为纵坐标进行关联。其中：式式中：中：提醒：试验填料因子选取见提醒：试验填料因子选取见设计教材设计教材p140141第40页Ecket泛点关联图泛点关联图第41页（2）规整填料泛点气速计算）规整填料泛点气速计算n n参考文件：n n匡国柱，史启才主编匡国柱，史启才主编匡国柱，史启才主编匡国柱，史启才主编.化工单元过程及设备课程设计化工单元过程及设备课程设计化工单元过程及设备课程设计化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出版社北京：化学工业出版社北京：化学工业出版社北京：化学工业出版社.1:263265.1:263265n n图书馆有图书馆有图书馆有图书馆有第42页本例中：本例中：n n气相质量流量为：气相质量流量为：气相质量流量为：气相质量流量为：n n液相质量流量可近似按纯水流量计算，即液相质量流量可近似按纯水流量计算，即液相质量流量可近似按纯水流量计算，即液相质量流量可近似按纯水流量计算，即n nEckertEckert通用关联图横坐标为：通用关联图横坐标为：通用关联图横坐标为：通用关联图横坐标为：n n查图查图查图查图5-215-21得：得：得：得：n n查表查表查表查表5-115-11得：得：得：得：n n取取取取第43页1.2 塔径计算及校核塔径计算及校核塔径计算：塔径计算：塔径圆整：塔径圆整：塔径（塔径（塔径（塔径（D D）圆整间隔圆整间隔圆整间隔圆整间隔举例举例举例举例7007005050或或或或100100如：如：如：如：600600、650650、700700700D1000700D1000100100如：如：如：如：700700、800800、900900D1000D1000200200如：如：如：如：10001000、12001200、14001400单位：单位：mm圆整后圆整后D=1200mm第44页（1）泛点率校核）泛点率校核第45页（2）填料规格校核）填料规格校核填料种类填料种类填料种类填料种类D/d推荐值拉西环拉西环拉西环拉西环20302030鞍环鞍环鞍环鞍环1515鲍尔环鲍尔环鲍尔环鲍尔环10151015阶梯环阶梯环阶梯环阶梯环8 8环矩鞍环矩鞍环矩鞍环矩鞍8 8第46页（3）液体喷淋密度校核）液体喷淋密度校核n n填料塔液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体喷淋填料塔液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体喷淋填料塔液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体喷淋填料塔液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体喷淋量，其计算式为：量，其计算式为：量，其计算式为：量，其计算式为：式中：式中：U液体喷淋密度，液体喷淋密度，m3/(m2h);Lh液体喷淋量，液体喷淋量，m3/h;D填料塔直径，填料塔直径，m为使填料能取得良好润湿，塔内液体喷淋量应不低于某为使填料能取得良好润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以Umin表示表示式中：式中：Umin最小喷淋密度，最小喷淋密度，m3/(m2h);(LW)min最小润湿密度，最小润湿密度，m3/h;at填料总比面积，填料总比面积，m2/m3散装填料最小喷淋密度计算公式散装填料最小喷淋密度计算公式第47页n n最小润湿速率是指在塔截面上，单位长度填料周围最小润湿速率是指在塔截面上，单位长度填料周围最小润湿速率是指在塔截面上，单位长度填料周围最小润湿速率是指在塔截面上，单位长度填料周围最小液体体积流量。其值可由经验公式计算，也可最小液体体积流量。其值可由经验公式计算，也可最小液体体积流量。其值可由经验公式计算，也可最小液体体积流量。其值可由经验公式计算，也可采取一些经验值。对于直径不超出采取一些经验值。对于直径不超出采取一些经验值。对于直径不超出采取一些经验值。对于直径不超出75mm75mm散装填料，散装填料，散装填料，散装填料，可取最小润湿速率可取最小润湿速率可取最小润湿速率可取最小润湿速率(L(LWW)minmin为为为为0.08m0.08m3 3/(mh);/(mh);对于直对于直对于直对于直径大于径大于径大于径大于75mm75mm散装填料，可取散装填料，可取散装填料，可取散装填料，可取(L(LWW)minmin为为为为0.12m0.12m3 3/(mh)/(mh)。n n对于规整填料，其最小喷淋密度可从相关填料手册对于规整填料，其最小喷淋密度可从相关填料手册对于规整填料，其最小喷淋密度可从相关填料手册对于规整填料，其最小喷淋密度可从相关填料手册中查得，设计中，通常取中查得，设计中，通常取中查得，设计中，通常取中查得，设计中，通常取U Uminmin=0.2=0.2第48页2.填料层高度计算填料层高度计算n n采取传质单元数法计算，其基本公式为：采取传质单元数法计算，其基本公式为：