【正文】 。2ms橫坐標(biāo)： ???????縱坐標(biāo)： ??????2 ?????????從 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖中可查得： Δ/30/PZam?填料塔壓降為： Ρ214P?其他塔內(nèi)件的壓力降很小可以忽略，所以填料層壓降為 3220 Pa。13Z查工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)得知，對(duì)階梯環(huán)填料塔，獨(dú)立填料段高度與塔徑之比 應(yīng)Dh控制在 8~15 之間且 。2s查得： 3/Cdyncm??液相質(zhì)量流速： 2 (.).94/()lGkgs?????代入數(shù)值得 ?故 ??氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： ??????????????其中：3 。 氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為+29=??混合氣體的平均密度為 ??混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查手冊(cè)得 20℃?????計(jì)算得 SO2 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 ??? 氣、液相平衡數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得，常壓下 20℃時(shí) SO2 在水中的亨利系數(shù) ?故相平衡常數(shù)為： .第 3 章 吸收塔工業(yè)條件的計(jì)算14 物料衡算 V 的確定125073()(10.)92./ kmolh????????進(jìn)塔氣相摩爾比為： ??出塔氣相摩爾比為： ?對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為 2X?由設(shè)計(jì)任務(wù)書知，該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，故最小液氣比可按下式計(jì)算，代入數(shù)值得： ()???取操作液氣比為最小液氣比的 倍，故 ，有min()1.()??得 L==塔底吸收液出塔濃度為 1212()90.(.).184726YXL??????? 填料塔的工藝尺寸計(jì)算 塔徑的計(jì)算采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速 [4]。缺點(diǎn)是便面潤(rùn)濕性能差，必要時(shí)可借助表面處理得以提高。對(duì)特種填料，為便于加工，應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以降低制造費(fèi)用。當(dāng)填料的尺寸增大到一定程度時(shí)，易引起偏流現(xiàn)象，嚴(yán)重降低分離效率。一般選擇原則如下。在縮頸段，氣速最高，湍動(dòng)劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場(chǎng)合。排列。(1)格柵填料 格柵填料是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結(jié)構(gòu)形式。(4) 矩鞍填料 如圖矩鞍填料所示，將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。(2) 鮑爾環(huán)填料 如圖片鮑耳環(huán)所示，鮑爾環(huán)是對(duì)拉西環(huán)的改進(jìn)，在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。在液體流率很低難以充分潤(rùn)濕填料，或塔徑過大，使用填料塔不很經(jīng)濟(jì)的情況下，以采用板式塔為宜。反之，對(duì)氣相流量很大而液相流量不大的場(chǎng)合可采用液相作串聯(lián)、氣相作并聯(lián)來提高生產(chǎn)能力。逆流操作時(shí)，下降至塔底的液體與入塔混合氣體接觸，有利于提高出塔液體的濃度，減少吸收劑的用量，有利于溶劑再生過程的進(jìn)行；上升至塔頂?shù)臍怏w與剛剛進(jìn)塔的新鮮吸收劑接觸，有利于降低出塔氣體的濃度，提高溶質(zhì)的吸收率。填料塔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力降小，可用各種材料的填料，特別是處理易產(chǎn)生泡沫的物料以及用于真空操作，具有獨(dú)特的優(yōu)越性。(5)耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。(1) 生產(chǎn)能力大。它可使氣液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。(2)原料氣的凈化。 課題來源塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。其目的在于將塔板的優(yōu)點(diǎn)和填料的優(yōu)勢(shì)加以互補(bǔ)。綜合考察各分離過程的優(yōu)缺點(diǎn)，從工藝流程角度，將高連續(xù)、低熱效的蒸餾與高選擇性、高熱效的吸附、膜分離等合為一體，建立復(fù)合分離技術(shù)是一項(xiàng)全新而有效的節(jié)能技術(shù)。在大直徑填料塔中通常采用的氣體分布裝置有:支承式氣體分布器、軸徑向氣體分布器。因此，塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)，特別是液體分布器和進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，成為開發(fā)大型填料塔的核心問題。規(guī)整填料不僅在一般情況下能夠提高填料塔的分離效率，節(jié)約能耗，且還能適宜于一些特殊情況的應(yīng)用，如難分離物系、熱敏物系以及對(duì)壓力降較為敏感的真空蒸餾等。即使在較大負(fù)荷下規(guī)整填料的壓降也是比較小的，這是其顯著特點(diǎn)。規(guī)整填料的特點(diǎn)為:分離效率高?，F(xiàn)從填料塔的塔填料、塔內(nèi)件、工藝流程，特別是塔填料三方面來說明填料塔技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是用水吸收空氣中的二氧化硫， 。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書GRADUATE THESIS設(shè)計(jì)題目：2500M 3/h 二氧化硫填料吸收塔設(shè)計(jì)學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院2022 年 6 月 6 日摘要摘 要吸收是利用混合氣體中各組分在液體中的溶解度的差異來分離氣態(tài)均相混合物的一種單元操作。填料層的空隙率超過 90%，一般液泛點(diǎn)較高，單位塔截面積上填料塔的生產(chǎn)能力較高，研究表明，在壓力小于 時(shí)，填料塔的分離效率明顯優(yōu)于板式塔。近年來，人們對(duì)填料塔作了大量的實(shí)質(zhì)性研究，并取得了突破性進(jìn)展，主要表現(xiàn)在一些新型高效塔內(nèi)件和塔填料的問世，加上人們對(duì)傳質(zhì)過程的仿真模擬及放大效應(yīng)的解決，使填料塔在以前以板式塔應(yīng)用為主的場(chǎng)合，尤其是大型塔的應(yīng)用中得到了很好的應(yīng)用，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效果。規(guī)整填料的應(yīng)用已成為許多廠分離和凈化工序技術(shù)改造的熱點(diǎn)，成為各廠提高產(chǎn)量、改進(jìn)分離效果、減少能耗、安全生產(chǎn)和穩(wěn)定操作的重要技術(shù)措施。阻力壓降小。這些成司 1991 年引進(jìn)了蘇爾壽公司的 Melapak自動(dòng)生產(chǎn) 果都在工業(yè)生產(chǎn)中取得了成功的應(yīng)用。在新型填料塔技術(shù)中，液體分布十分重要，這是因?yàn)椋?1)不良液體初始分布會(huì)導(dǎo)致分離效率急劇下降，(2)不良的初始分布難以達(dá)到填料層的自然流分布，(3 )漸型高效填料一般具有較小的徑向分布系數(shù)。氣體分布不均會(huì)造成填料層內(nèi)氣液相分流，使塔的分離效率明顯下降。例如在 DMF 回收裝置的擴(kuò)產(chǎn)改造項(xiàng)目中，要求利用原常壓塔塔頂蒸汽，工藝上可以在常壓塔及新增減壓塔之間采用雙效蒸餾技術(shù)，達(dá)到降低能耗、提高產(chǎn)量的雙重效果；在硝基氯苯分離項(xiàng)目中；改原“多塔精餾、兩端結(jié)晶”工藝為“單塔精餾、一端結(jié)晶”流程，并對(duì)富間硝基氯苯母液進(jìn)行精餾分離，獲得 99%以上的間硝基氯苯，既提高產(chǎn)品質(zhì)量，又取得了降低能耗的技術(shù)效果。所謂復(fù)合塔(CompoundTray)是指人們將塔板與填料有機(jī)地結(jié)合起來而形成的一種新型塔板。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)獲得國(guó)家專利。例如用硫酸處理焦?fàn)t氣以回收其中的二氧化硫，用氣油處理焦?fàn)t氣以回收其中的芳烴，用液態(tài)烴處理裂解氣以回收其中的乙烯、丙烯等。 塔設(shè)備概述 塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用和地位塔設(shè)備是化工、石油化工廠和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)要求。(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量小、制造和安裝容易。綜合考慮以上情況及設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)選擇填料塔。(2)逆流流程氣相由塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入塔底排出，此即逆流操作。(5)平流流程當(dāng)吸收過程的溶劑用量較大時(shí)，若采用前述的流程容易發(fā)生液泛事故，為了防止液泛，操作氣速是必要很小，因此設(shè)備的生產(chǎn)能力很低，此時(shí)可采用多塔以氣相作串聯(lián)、液相做并聯(lián)。一般而言，吸收用塔設(shè)備與精餾過程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求，即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，易于制造、安裝、操作和維修等。由于流體不易進(jìn)入橫臥的圓環(huán)內(nèi)部空間，拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應(yīng)用。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。規(guī)整填料主要包括板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、格利希格柵、脈沖填料等，其中尤以板波紋填料和絲網(wǎng)波紋填料所用材料主要第 2 章 吸收塔的設(shè)計(jì)方案10有金屬絲網(wǎng)和塑料絲網(wǎng)。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤填料間交錯(cuò) 90176。波紋板片上軋成細(xì)小溝紋，可起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用。脈沖填料組裝后，會(huì)形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大，氣液兩相通過時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動(dòng)?？傮w上，選擇的填料既要滿足生產(chǎn)要求，又要盡可能使設(shè)備的投資和操作費(fèi)最低，需要結(jié)合具體的生產(chǎn)任務(wù)從填料的類型、材質(zhì)、規(guī)格、填裝方式四個(gè)方面綜合考慮。反之，填料的尺寸越大，則比表面積越小而空隙率越大。為便于更換，應(yīng)選市面上常見的。耐溫性能良好，可長(zhǎng)期在 100℃一下使用。計(jì)算得 SO2 在水中的擴(kuò)散系數(shù)：Dl=109m2/s。 ???????? ?????????????????????? tLLttLLCtw aUgaaUa式中： —單位體積填料層的潤(rùn)濕面積， ；3/m—填料的總比表面積， ；t 23/—液體表面張力， ；LσN —填料上液體鋪展開的最大表面張力， ； /N —液體通過空塔截面的質(zhì)量流速， ； ， LU2()Kgms? —液體的粘度， ； sPa?—液體的密度， ；Lρ3/Kgm g—重力加速度， 。.??設(shè)計(jì)取填料層高度為： 39。式中： —空塔氣速，即按空塔截面積計(jì)算的混合氣體線速度， ；/ms， —?dú)庖合噘|(zhì)量流量， ；vωL /kgh—液體密度， ；?3/km—?dú)怏w密度， ；Vg—液體黏度， ；Lμps?—填料因子， ；φ1/g—重力加速度， 。液體分布器的安裝一般高于填料層表面 1 按 Eckert 建議值 mm (取決于操作彈性)，槽式分布器主槽分槽高度均取 210mm，主槽寬度為塔徑的 ~，這里取塔徑的 ，分槽寬度由液體量及停留時(shí)間確定，最低液位為 50mm 為宜，最高液位由操作彈性塔內(nèi)允許高度及造價(jià)確定，一般為河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院23200 mm 左右。盤板厚度 S，碳鋼 S=4mm；不銹鋼；S=3mm。篩孔直徑 d1。表 43 支撐板波紋尺寸 (mm)塔徑DN波形 波形尺寸bh?t900~4000 30300表 44 支撐板結(jié)構(gòu)尺寸(mm)塔徑（DN）支撐板外徑支撐板分塊數(shù)支撐圈寬度支撐圈厚度連接卡子代號(hào)1200 1160 4 50 10 JB111981卡子 K14B第 4 章 塔內(nèi)件的選型26圖 卡子結(jié)構(gòu)圖表 45 卡子標(biāo)記、材質(zhì)、相配零件結(jié)構(gòu)及尺寸（HG/T ）河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院27 填料壓緊裝置 圖 網(wǎng)紋孔板限制器（分塊式）為保持操作中填料床層為一高度恒定的固定床，從而保持均勻一致的空隙結(jié)構(gòu)。由于塔徑為1200mm800mm，選用分塊式網(wǎng)紋孔板限制器。墊片選非金屬軟墊片，材料為石棉橡膠板。根據(jù)相關(guān)資料。整體尺寸裙座高 1080mm，厚度為 8mm。排氣孔不設(shè)保溫層，所以設(shè)置排氣孔。主要材料為 0Cr18Ni10Ti 其相關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)尺寸見表 410。河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院29表 46 進(jìn)料管參數(shù)名稱 接管公稱直徑 接管 外徑 厚度 接管伸出長(zhǎng)度規(guī)格 70mm 764mm 120mm 液體出口管計(jì)算 ????自然流動(dòng)，取 =???圓整后取公稱直徑為 200mm。填料床層壓板適用于所有材質(zhì)的填料。河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院25 填料支承裝置 圖 駝峰支撐 填料支承結(jié)構(gòu)用于支承塔內(nèi)填料及其所持有的氣體和液體的重量之裝置。根據(jù)氣體流量和允許的孔內(nèi)氣體流速計(jì)算確定。 取 =， =160mm，?? ??????????????設(shè)計(jì)取 016d?表 41 槽式液體分布器的設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)噴淋槽 分配槽液體負(fù)荷范圍 （m179。圖 除沫器 操作氣速的計(jì)算操作氣速按下式計(jì)算 ()LGfuK???式中 —液泛氣速， m/s；fu ， —液滴和進(jìn)塔氣體的密度，kg/m3；L?G K—?dú)庖哼^濾網(wǎng)常數(shù)；選用 SP 型過濾網(wǎng)，則 K＝， ????操作氣速 ，取：??.5~8gf0..第 4 章 塔內(nèi)件的選型22 直徑 DN 的計(jì)算處理氣體所需的流通直徑 D1 按下式計(jì)算 () 4gQu??式中 D1—處理氣體所需的流通直徑，m； Q—?dú)怏w處理量，m 3/s； —操作氣速，m/s。 填料層壓降計(jì)算在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動(dòng)，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。t GTkRkPmKolkamPas? ???????cμ第 3 章 吸收塔工業(yè)條件的計(jì)算18 231./。對(duì)水溶液，=。在所了散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用DN38 聚丙稀階梯環(huán)填料。缺點(diǎn)是質(zhì)脆、易碎，不宜在高沖擊強(qiáng)度下使用。脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。其分離能力類似于網(wǎng)波紋填料，但抗堵能力比網(wǎng)波紋填料強(qiáng)，并且價(jià)格便宜，應(yīng)用較為廣泛。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負(fù)荷大及防堵等場(chǎng)合。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場(chǎng)合，均已被瓷矩鞍填料所取代。鮑爾環(huán)是一種應(yīng)用較廣的填料。河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院9本次吸收塔設(shè)計(jì)選擇填料吸收塔。因二氧化硫不需回收，故采用清水作吸收劑。(3)完成液部分再循環(huán)流程在逆流操作系統(tǒng)中