清水吸收-二氧化硫(化工原理课程设计).doc

重庆理工大学

化工原理课程设计
说明书

题目： 填料吸收矿石炉气中的SO2
学生班级： 111150104
学生姓名： 王世春
学生学号： 21
指导教师： 白薇扬

化学化工学院
2014 年 6 月 19 日
35

目 录
摘要 4
第一章 绪论 5
1.1吸收技术概况 5
1.2吸收设备的发展 5
1.3吸收在工业生产中的应用 8
第二章 设计方案 10
2.1吸收剂的选择 10
2.2 吸收流程的选择 11
2.2.1 气体吸收过程分类 11
2.2.2吸收装置的流程 11
2.3对填料的要求 13
2.4填料的种类和特性 13
2.5填料尺寸 13
2.6填料材质的选择 14
第三章 工艺计算 15
3.2吸收剂用量及操作线的确定 16
3.2.1吸收剂用量的确定 16
3.2.2操作线的确定 17
3.3塔径计算 18
3.3.1采用Eckert通用关联图法计算泛点速率： 18
3.3.2操作气速 19
3.3.3塔径计算 19
3.3.4喷淋密度U校核 19
3.3.5单位高度填料层压降的校核 20
3.4填料层高度计算 21
3.4.1传质系数的计算 21
3.4.2填料高度的计算 24
3.5填料塔附属高度计算 25
3.6塔内件计算与选择 26
3.6.1液体分布器选型 26
3.6.2布液孔数 26
3.6.3塔底液体保持管高度 26
3.6.4填料支撑板 26
3.6.5填料压板与床层限制板 27
3.6.6气体进出口装置与排液装置 27
3.6.7塔顶除雾器 28
3.8吸收塔的流体力学参数的计算 29
3.8.1吸收塔的压力降 29
3.8.2吸收塔的泛点率 29
3.8.3气体动能因子 29
第四章 辅助设备的选型 30
4.1管径的选择 30
4.2泵的选取： 31
4.3风机的选型： 31
第五章 关于填料塔设计的选材 31
第六章 讨论与总结 32
参考文献 33
附录 34

摘要
在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触是发生传质，实现气液混合物的分离。在化学工业中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是：
① 回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；
② 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物，以免污染大气。根据不同性质上的差异，可以开发出不同的分离方法。吸收操作仅为其中之一，它利用混合物中各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。
一般说来，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为主要设备之一，越来越受到青睐。二氧化硫填料吸收塔，以水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。此外，由于水和二氧化硫反应生成硫酸，具有很大的利用。
本次化工原理课程设计，我设计的题目是：炉气处理量为2410 m3/h炉气吸过程填料吸收塔设计。本次任务为用清水吸收二氧化硫常压填料塔。具体设计任务如下：
1、炉气冷却到27℃，用18℃的清水吸收
2、炉气成分：空气和二氧化硫
3、二氧化硫的含量：0.04（摩尔分率）
4、操作条件：压力101.33 KPa；温度 18℃
5、进塔炉气流量： 2410 m3/h
6、吸收率：96%
7、操作时间：7200 h
8、厂址：重庆地区
第一章 绪论
1.1吸收技术概况
气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。
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，完成以下工作：
（1）根据给定的分离任务，确定吸收方案；
（2）根据流程进行过程的物料和热量衡算，确定工艺参数；
（3）依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计；
（4）绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图；
（5）编写工艺设计说明书。
1.2吸收设备的发展
在吸收过程中，质量交换是在两相接触面上进行的。因此，吸收设备应具有较大的气液接触面，按吸收表面的形成方式，吸收设备可分为下列几类：
（1）表面吸收器
吸收器中两相间的接触面是静止液面（表面吸收器本身的液面）或流动的液膜表面（膜式吸收器）。这类设备中的接触表面在相当大的程度上决定于吸收器构件的几何表面。
这类设备还可分为以下几种基本类型：
水平液面的表面吸收器：在这类吸收器中，气体在静止不动或缓慢流动的液面上通过，液面即为传质表面，由于传质表面不大，所以次种表面吸收器只适用于生产规模较小的场合。通常将若干个气液逆流运动的吸收器串联起来使用。为了能使液体自流，可将吸收器排列成阶梯式，即沿流体的流向，后一个吸收器低于前一个吸收器。
水平液面的表面吸收器的效率极低，现在应用已很有限。只有从体积量不大的气体中吸收易溶组分，并同时需要散除热量的情况下才采用它们。这类吸收器有时还用于吸收高浓度气体混合物中的某些组分。
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。
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。
填料吸收器的不足之处是难于除去吸收过程中的热量。通常使用外接冷却器的办法循环排走热量。通常使用外接冷却器的办法循环排走热量。曾有人提出在填料层中间安装冷却元件从内部除热的设想，但这种结构的吸收器没有得到推广。
机械液膜吸收器：机械液膜吸收器可分为两类。在第一类设备中，机械作用用来生成和保持液膜。属于这一类的有圆盘式液膜吸收器。当圆盘转到液面上方时，便被生成的液膜所覆盖，吸收过程就在这一层液膜表面上进行。圆盘的圆周速度为0.2～0.3米/秒。这种吸收器的传质系数与填料吸收器相近。
第一类设备没有什么明显的优点，并由于有转动部件的存在而使结构复杂化，同时还增加了能量消耗。因此这类设备没有得到推广。
第二类设备的实用意义较大。在这类设备中，转子的转动用来使两相混合，促使传质过程得到强化。这种设备称之为“转子液膜塔”，常用于热稳定性较差物质的精馏。显然，这种设备也可用于吸收操作。
（2）鼓泡吸收器
在这种吸收器中，接触表面是随气流而扩展。在液体中呈小气泡和喷射状态分布。这样的气体运动（鼓泡）是以其通过充满液体的设备（连续的鼓泡）或通过具有不同形式塔板的塔来实现。在充填填料的吸收器中，也可看到气体和液体相互作用的特征。这一类吸收器也包括以机械搅拌混合液体的鼓泡吸收器。鼓泡吸收器中，接触表面是由流体动力状态（气体和液体的流量）所决定的。
（3）喷洒吸收器
喷洒吸收器中的接触表面是在气相介质中喷洒细小液滴的方法而形成的。接触表面取决于流体动力学状态（液体流量）。这一类的吸收器有：吸收器中液体的喷洒是用喷雾器（喷洒或空心的吸收器）；用高速气体运动流的高速并流喷洒吸收器；或用旋转机械装置的机械喷洒吸收器。
在这些不同形式的设备中，现在最通用的是填料及鼓泡塔板吸收器。
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。
在吸收过程中，传质是在两相接触表面上进行的。吸收设备应具有较大的气液接触表面，按吸收表面的形成方式，吸收设备有表面吸收器（如填料吸收塔）、鼓泡吸收器（如不同形式的板式塔）、以及喷洒吸收器（如喷洒或空心吸收器）等三类。
本设计中采用填料吸收塔。
第二章 设计方案
2.1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：
(1) 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 所选用的吸收剂应尽可能无毒性、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。
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，采用清水为吸收剂。
2.2 吸收流程的选择
2.2.1 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]。
2.2.2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]
2.3对填料的要求
填料塔对填料的要求具体表现在以下几个方面：
(1)比表面积a要大，比表面积a是指单位堆积体积填料所具有的表面积；
(2)能提供大的流体流量，即所选用的结构填料要敞开，使于死角区域的空间小，有效空隙率大；
(3)液体的再分布性能要好；
(4)填料要有足够的机械强度，尤其是非金属填料；
(5)价格低廉；
2.4填料的种类和特性
工业填料按形状和结构分为颗粒填料和规整填料：
(一)颗粒填料一般为湿法乱堆或干法乱的散装填料。主要有以下类型：拉西环填料，鲍尔环填料，阶梯环填料等环形填料；弧鞍形填料，环矩鞍填料等鞍形填料等。
(二)规整填料以一定的几何形状，整齐堆砌，工业用多为波纹填料，其优点是结构紧凑、传质效率高、处理量大，但不易处理粘度大或有悬浮物的物料，且造价高。
综合考虑上述因素，此次设计过程我选择阶梯环填料。
2.5填料尺寸
填料尺寸直接影响塔底操作和设备投资。实践证明，塔径（D）与填料外径（d）之比值有一个下限值，若径比低于此下限值时，塔壁附近的填料空隙率大而不均匀，气流易短路及液体壁流等现象剧增。
各种填料的径比的下限：
拉西环 20—30 （最小不低于8—10）
鲍尔环 10—15 （最小不低于8）
阶梯环 15 （最小不低于8）
对一定塔径，满足径比下限的填料可能有几种尺寸，应综合考虑填料性能及经济因素选定。
一般推荐:D≤300时，选25的填料；
时，选25—38的填料。
时，选用的填料。
但一般大塔中常用的填料，但通量的提高不能补偿成本的降低。
2.6填料材质的选择
填料材质根据物系的腐蚀性，操作温度，材质的耐腐蚀性并综合考虑填料性能及经济因素来选择。
(1)陶瓷 具有耐腐性及耐热性，但质脆、易碎，价格便宜。
(2)金属 金属材质主要有碳钢，不锈钢，铝和铝合金等。
(3)塑料 主要包括聚丙烯、聚乙烯、 聚氯乙烯等，塑料耐腐蚀性、耐低热性好，但具有冷脆性，表面润湿性较差。
一般讲，操作温度较高但无显著腐蚀性时，选用金属填料；温度较低选用塑料填料；物系具有腐蚀性、操作温度高，宜采用陶瓷填料。考虑到本设计是利用清水吸收SO吸收液显弱酸性，有一定的腐蚀性，同时考虑到经济的合理性及吸收的效率，故选用聚乙烯阶梯环。
第三章 工艺计算
已知数据整理记录：

3.1 基础物性计算
3.1.1 液相物性计算
对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可以近似的取纯水的物性数据。查手册得，18℃时水的有关物性数据如下：
密度：
粘度：
表面张力：
3.1.2 气相物性计算
混合气体的平均摩尔质量为：

混合气体的平均密度：

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得27℃空气的粘度：

查手册得SO2在空气中的扩散系数为：

3.1.3 气液平衡的关系
由若干气体水溶液的亨利系数表查得18℃查得SO2在水中的亨利系数E=3.55×103 KPa
相平衡常数
溶解度系数为 H =
3.2吸收剂用量及操作线的确定
3.2.1吸收剂用量的确定
（1）最小吸收剂用量
最小液气比：

进塔惰性气体流量为V：

对于纯溶剂吸收，进塔液相组成为

（2）吸收剂用量：

3.2.2操作线的确定
对逆流操作吸收塔在任一截面m-n与塔顶间列物料衡算：

既：

3.3塔径计算
3.3.1采用Eckert通用关联图法计算泛点速率：
气相质量流量为：
液相质量流量可近似按纯水的流量计算
即
由贝恩——霍根关联式

查表5-10 可知： A=0.204 K=1.75
在此设计中我选择的是d=50mm的塑料阶梯环，查《化工原理》课程设计说明指导书表3.1 阶梯环特性：

表3.1 阶梯环特性（乱堆）
材材质
外径
高*厚
比表面积
空隙率
个数
堆积密度
干填料因子
填料因子
塑塑料
25
17.5x1.4
228
0.9
81500
97.8
313
240
38
19x1.0
132.5
0.91
27200
57.5
175.6
130
50
30x1.5
121.8
0.915
9980
76.8
159
80
金金属
38
19x0.8
140
0.958
28900
159
159
161
50
25x1.0
114
0.949
12500
377
133
137
可知：

3.3.2操作气速
填料塔塔径的大小是根据生产能力与空塔气速来计算。空塔气速有下面经验公式：
取

3.3.3塔径计算
由公式：

3.3.4喷淋密度U校核
单位时间内每立方米塔截面上的吸收剂用量：

最小喷淋密度：
由于

3.3.5单位高度填料层压降的校核

查表3—9压降填料因子查的

图1. 埃克特通用关联图

3.4填料层高度计算
3.4.1传质系数的计算
（1）有效面积（润湿面积）
①查《化工原理》课程设计指导书表3.2填料材质的临界表面张力聚乙烯=33dyn/cm;

表3.2 填料材质的临界表面张力值
材质
钢
陶瓷
聚乙烯
聚丙烯
聚氯乙烯
玻璃
涂石蜡的表面
dyn/cm
75
61
33
33
40
73
20
②查《化工原理》上册（夏清 陈常贵）(天津大学出版社) 附录（331页）中水的物理性质中水的表面张力=73.05mN/m （《化工原理》附录1单位换算因子中知：，所以，所以）
③查《化工原理》课程设计说明指导书表3-3 阶梯环特性，可知：,水的粘度：
④查《化工原理》下册（夏清 陈常贵）（95页）表2-4一些元素的原子体积与简单气体的分子体积中查=44.8cm/mol, =29.9cm/mol, =8cm/mol；
已知：.

=
=

（2）液相传质系数k
18℃下SO在水中的扩散系数

由=0.0095得：
（3）气相传质系数

由于空气中SO含量很低，所以气体粘度近似为空气粘度，查《化工原理》上册（夏清 陈常贵）(天津大学出版社) 附录6（330页）中:
下空气的粘度为

由 查表3.3常见填料的形状系数得
表3.3 常见填料的形状系数
填料类型
球形
棒形
拉西环
弧鞍
开孔环
ψ值
0.72
0.75
1
1.19
1.45

则

由于所以需要校正。

则
3.4.2填料高度的计算
塔高：
传质单元高度：

传质单元数:

所以：
根据设计经验，填料层的设计高度一般为
对于阶梯环填料，建议分段高度得条件为
取，则
计算得填料高度为7000mm，故在本设计中不需要分层。
3.5填料塔附属高度计算
塔上部空间高度可取1.2m,塔底液相停留时间按1min考虑,则塔釜所占空间高度为

塔底储存液体的高度取1.2m，气体分配器至塔底液面高度取1m。所以总附属高度为3.4m。
所以塔高为
3.6塔内件计算与选择
3.6.1液体分布器选型
该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较小，故选用槽式液体分布器。
3.6.2布液孔数
按Eckert建议值，时，喷淋点密度为42点，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为120点布液点数为点按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。
设计结果为：二级槽共八道，在槽侧面开孔，槽宽度为75，槽高度为210，两槽中心距为150。分布点采用三角形排列，实际设计布点数点。
3.6.3塔底液体保持管高度
液体保持管高度:取布液孔直径为10mm,则液体保持管高度可由式

k为孔流系数,其值由小孔液体流动雷诺数决定;在雷诺数大于1000的情况下,可取0.60---0.62,液位高度的确定应和布液孔径协调设计,使各项参数均在一定范围内.
在200mm----500mm之间,符合要求
3.6.4填料支撑板
填料支撑板用于支撑塔填料及其所特有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及其体均布作用。故要求支撑板上气液流动阻力太大，将影响塔的稳定操作甚至引起塔的液泛。
支撑板大体分为两类，一类为气液逆流通过的平板支撑板，板上有筛孔或为栅板式；另一类斯气体喷射型，可分为圆柱升气管式的气体喷射型支撑板和梁式气体喷射型支撑板。
平板型支撑板结构简单，但自由截面分率小，且因气液流同时通过板上筛孔或栅缝，故板上存在液位头。气体喷射性支撑板气液分道，即有利于气体的均匀分配，又避免了液体在板上聚集。梁式结构强度好，装卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允许气液负荷较大，其应用日益受到重视。
当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时，塔内填料将发生浮动或相互撞击，破坏塔的正常操作甚至损坏填料，为此，一般在填料层顶部设压板或床层限制板。
3.6.5填料压板与床层限制板
填料压板系藉自身质量压住填料但不致压坏填料；限制板的质量轻，需固定于塔壁上。一般要求压板或限制板自由截面分率大于70％。
3.6.6气体进出口装置与排液装置
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。
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）；液体进出口气速可取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.
3.6.7塔顶除雾器
由于气体在塔顶离开填料塔时，带有大量的液沫和雾滴，为回收这部分液相，经常需要在顶设置除沫器。常用的除沫器有以下几种：折流板式除沫器，它是一种利用惯性使液滴得以分离的装置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器，由几块固定的旋流板片组成，气体通过时，产生旋转运动，造成一个离心力场，液滴在离心力作用下，向塔壁运动实现了气液分离。适用于大塔径净化要求高的场合。丝网除沫器，它由金属丝卷成高度为100-150的盘状使用。安装方式多种多样，气体通过除雾沫器的压强降约为120-250Kp，丝网除沫器的直径由气体通过丝网的最大气速决定[14]。
根据本吸收特点及要求，本吸收操作选用金属丝网除沫器。
丝网除雾器的设计计算如下:

3.8吸收塔的流体力学参数的计算
3.8.1吸收塔的压力降
（1）填料压力降
气体通过填料层的压力降采用Eckert关联图计算
其中横坐标为

查表3—9压降填料因子查的

填料层压力降
3.8.2吸收塔的泛点率
吸收塔操作气速为0.7751m/s ，泛点气速为1.2918m/s 所以泛点率为

该塔的泛点率合适
3.8.3气体动能因子
吸收塔内气体动能因子为

气体动能因子在常用的范围内。
第四章 辅助设备的选型
4.1管径的选择
气相体积流量；
液相体积流量；
1、进液管管径：
由于清水无腐蚀性故可选择无缝钢管（GB8163-87）,取，
核算u：，满足条件。
2、出液口管径：
由于本吸收操作中SO在空气中含量极低故吸收液吸收前后密度变化不大，故出液口管径仍取
3、进气口管径：
由于SO遇水呈弱酸性故对管道有腐蚀所以选取无缝不锈钢管（GB/T14976-94）
进气管进气为常压进气， 采用直管进料，取气速

4、出气管管径
由于本吸收操作中SO在空气中含量极低故吸收前后气体体积变换不大，故管径仍取
4.2泵的选取：
由于输送清水，故泵可选清水泵。由《化工原理（上）》知可选取IS-125-100-200型泵。
泵特性参数：
;
核算轴功率：；故泵的选取符合要求；
4.3风机的选型：
输送气体SO可选离心通风机；
由伯努利方程可得：
，
故可选用4-72-118C型离心通风机，其特性参数为：
。
第五章 关于填料塔设计的选材
本设计填料塔的设计温度为18℃，设计压力位101.33kPa；由于塔设备常年暴露在室外，要求有足够的强度和塑度，所以筒体，封头和塔裙选用合金钢，其它部件选用的钢材制成。
塔设备的筒体不包括腐蚀度的最小厚度要求内径不小于4mm；

综上所述，筒管厚度为10mm，根据《化工设备机械基础》查D=1200mm、，可知椭圆形封头的厚度为12mm。
第六章 讨论与总结
对吸收单元的操作型设计与计算，在工业生产中起着非常重要的作用，要求也很严格，设计必须遵守合理性、先进性、可靠性。
为使化工生产更加便捷，操作费用低廉，对吸收剂的合理选择以及有些工艺材质需要加以改进，如塔填料。同时也要注意相关附属设备的选择，如选泵，要从多方面考虑，管道的直径、管中流速、流量等。
（1）对吸收剂的讨论：吸收酸性气体SO2还可用稀碱液如氢氧化钠、氨水等，稀碱液可用于生产副产品等场合，但在苯设计中无需生产相关的副产品；稀碱液相对于清水的价格较高并且对设备有一定的腐蚀作用，并且在吸收过程中易发泡，影响操作；而清水做吸收剂不易挥发、粘度小，不易发泡，具有良好的流动性能和分布性能；具有良好的化学稳定性和热稳定性，无毒、无易燃易爆性，对设备几乎无腐蚀性并且廉价易得。故综合考虑后，选择清水做吸收剂最为合适。
（2）对填料的讨论：工业上应用较多的是鲍尔环和阶梯环，其中各有金属、陶瓷和塑料3种，但对于同种材料不同填料之间在操作性能上具有显著差异，阶梯环对对气体通过的阻力更小，填料力学强度更强，空隙更大，总的来说较于鲍尔环，阶梯环具有气体通量大、流动阻力小、传质效率高等优点。而同种填料不同材料之间的差异主要取决于价格以及适用范围，在此次设计中吸收的是酸性SO2气体，对金属有一定的腐蚀作用，所以本设计中不能选择金属填料；而对于陶瓷和塑料材料来说都可适用于本设计中， 陶瓷与塑料的操作性能差不多，但由于陶瓷的密度比塑料大以及空隙率较小，可操作性不如塑料，并且价格比塑料贵。所以，综上选择塑料阶梯环填料。
（3）对于其它设备的讨论在以上设计内容中已说明，就不在此赘述。
通过本设计，确定了填料塔的主要尺寸塔径1200mm，填料塔的填料段高度为7000mm，总体塔高为10400mm，同时完成了设计任务，达到了设计要求。
参考文献
【1】：《化工原理》下册（夏清 陈常贵）(天津大学出版社)（80页）表2-1：某些气体水溶液的亨利系数得。
【2】《化工原理》上册（夏清 陈常贵）(天津大学出版社)附录（332页）中水的物理性质中水的密度=998.2kg/mol，水的粘度：
【3】《化工原理》课程设计指导书（内蒙古科技大学）表3-3（66页） 阶梯环特性：
【4】 《化工原理》下册（夏清 陈常贵）(天津大学出版社)（95页）表2-4一些元素的原子体积与简单气体的分子体积中查=44.8cm/mol, =29.9cm/mol, =8cm/mol
【5】王立业，刁玉伟等，化工设备机械基础，大连理工大学出版社，2006
【6】路秀林，王者相等，塔设备，化学工业出版社，2004
【7】潘永亮，化工设备机械基础，科学出版社，2007
【8】贾绍义，柴诚敬主编，化工原理课程设计，2006

附录
1. 基础物性表
课程设计名称
水吸收SO2填料吸收塔的设计
操作条件
操作温度 18℃
操作压力：101.3KPa
物性数据
液相
气相
液体密度
998.62

混合气体平均摩尔质量
30.4024

液相传质系数
1.24

液体粘度
1.0559

混合气体的平均密度
1.2351

液体表面张力

混合气体的粘度
0.0666

SO2在水中的扩散系数
5.114×10-6

SO2在空气中的扩散系数
0.0393

气相平衡数据
SO2在水中的亨利系数E
相平衡常数m
溶解度系数H
3.55×103 kpa
35.03

2. 塔设备计算总表
气相传质
单元高度

0.6288
填料层高度
Z′
7
填料塔上部空间高度

1.2
填料塔下部空间高度

1.2
塔附属高度

1
塔高

10.4
布液孔数

132点
孔径
d0
0.01m
气相总传质
单元数

8.89
空塔气速

1.2918m/s

3. 吸收塔的吸收剂用量计算总表
意义及符号
结果
混合气体处理量V
气液相平衡常数m
二氧化硫进塔摩尔比Y1
二氧化硫出塔摩尔比Y2
进塔液相摩尔分率X2
出塔液相摩尔分率X1
最小液气比
吸收剂用量L

35.03
0.04167
0.001667
0
0.00092