【正文】 s) ； m—— 相平衡常數(shù)，無因次； n—— 篩孔數(shù)目； NOG—— 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)； P—— 操作壓力， Pa； △ P—— 壓力降， Pa； u—— 空塔氣速， m/s； uF—— 泛點氣速， m/s 工單元過程課程設計 填料吸收塔工藝設計 。ss h) SO2在水中的擴散系數(shù) 10 6 m2/h SO2在空氣中的擴散系數(shù) m2/h 重力加速度 m/s2 氣相平衡數(shù)據(jù) SO2在水中的亨利系數(shù) E 相平衡常數(shù) m 溶解度系數(shù) H 10 3 kpa 常壓塔氣體進出口管氣速可取 10～ 20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口氣速可取 ～ （必要時可加大些）管徑依氣速決定后，應按標準管規(guī)定進行圓 整。最簡單的裝工單元過程課程設計 填料吸收塔工藝設計 30 置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。對 以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴大器，或采用其它均布氣流的裝置。對500mm 直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成 45176。一般要求壓板或限制板自由截面分率大于 70％。 當塔內(nèi)氣液負荷較大或負荷波動較大時，塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動或相互撞擊，破壞塔的正常操作甚至損壞填料，為此，一般在填料層頂部設壓板或床層限制板。氣體噴射性支撐板氣液分道，即有利于氣體的均勻分配，又避免了液體在板上聚集。 支撐板大體分為兩類，一類為氣液逆流通過的平板支撐板，板上有篩孔或為柵板式；另一類斯氣體噴射型，可分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支撐板和梁式氣體噴射型支撐板。 ［ 16］ 填料支撐板 填料支撐板用于支撐塔填料及其 所特有的氣體、液體的質(zhì)量，同時起著氣液流道及其體均布作用。等，取決于液流達到填料表面時的均布狀況。、 30176。一般每根支管上可開 1～ 3 排小孔，孔中心線與垂直線的夾角可取 15176。 排管式多孔分布器 支管上孔徑一般為 3～ 5 ㎜，孔數(shù)依噴淋點要求決定。 此形分布器用于塔徑 600～ 800 ㎜，對液體的均布要求不高的場合?；?45176。 其他附屬塔內(nèi)件的選擇 本裝置的直徑較小可采用簡單的進氣分布裝置 ,同時排放的凈化氣體中的液相夾帶 要求嚴格 ,應設除液沫裝置 ,為防止填料由于氣流過大而是翻 ,應在填料上放置一個篩網(wǎng)裝置 ,防止填料上浮 . 多孔型液體分布器 多孔型液體分布器系借助孔口以上的液層靜壓或泵送壓力使液體通過小孔注入塔內(nèi)。最高液位的范圍通常在 200～ 500mm，而布液孔的直徑宜在 3mm 以上。取布液孔直徑為 5mm，則液位保持管中的液位高度可由式得出 :h=( 4Vs π d2nk )2/2g=〔4 3600 ( 154 )〕 2/（ 2 ） = 式中： Vs— 液體流量， m3/s； d— 布液孔直徑， m； n— 開孔數(shù)目： k— 孔流系數(shù)，通常取 ～ 065； h— 液體高度， m； g— 重力加速度， m/s。 ［ 13］ 分布點密度計算 按 Eckert 建議值， D≥1200 時，噴淋點密度為 42 點 /m2，因該塔液相負荷較大，設計取噴淋點密度為 100 點 /m2。其靠重力分布液體，因而屬重力型液體分布器。 Eckert 的散裝填料塔分布點密度推薦值 ： 塔徑 /mm 分布點密度 /點 為使液體分布器具有較好的分布性能，必須合理確定布液孔數(shù)，布液孔數(shù)應依所用填料所需的質(zhì)量要求決定。 填料塔壓降為：△ P=147 3=441Pa 其他塔內(nèi)件的壓力降很小可以忽略，所以填料層壓降為 441Pa。 ψ — 水密度與液體之比。 散裝填料壓降填料因子平均值 填料類型 填料因子 , 1/m DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 金屬鮑爾環(huán) 306 114 98 金屬環(huán)矩鞍 138 71 36 金屬階梯環(huán) 118 82 塑料鮑爾環(huán) 343 232 114 125 62 塑料階梯環(huán) 176 116 89 工單元過程課程設計 填料吸收塔工藝設計 25 瓷矩鞍環(huán) 700 215 140 160 瓷拉西環(huán) 1050 576 450 288 經(jīng)上表查得， φ =140 1/m 橫坐標： WLWG (ρ GρL )1/2= ( )1/2= 縱坐 標： uF2φ ψg （ρ Gρ L )μ L=2 140 （ ） = 式中： WL— 液體的質(zhì)量流速， kg/h； WG— 氣體的質(zhì)量流速， kg/h； ρ G— 氣體密度， kg/m3； ρ L— 液體密度， kg/m3； φ — 實驗填料因子， m1； μ — 液體的黏度， mPa 式中： u— 空塔氣速，即按空塔截面積計算的混合氣體線速度， m/s； WV， WL— 氣液相質(zhì)量流量， kg/h； ρ L— 液體密度， kg/m3； ρ v— 氣體密度， kg/m3； μ L— 液體黏度， mp ［ 15］ 散裝填料的壓降可采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計算。 填料層壓降的計算 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，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。 設計取填料層高度為 : 因為： Z,=(～ )Z 所以： Z,= = 圓整后，取 Z,=6m。 kPa）； P— 所選用的壓強， kPa； Ω — 塔截面積， m。 kpa）］ kL,? =［ 1+ ()］ =(L/h) 因為 1 kG? = 1k1G? + 1Hk1L? 所以 kG? = 因為： HoG= VkY? Ω = VkG? PΩ 式中： HOG— 氣相傳質(zhì)單元高度， m； 工單元過程課程設計 填料吸收塔工藝設計 23 kG— 氣膜傳質(zhì)系數(shù)， kmol/（ m2 代入數(shù)值得： KL= （ 138 ） 2/3 ( 106 )1/2 ( 108 )1/3=(m/s) 由 kG? =kG? wψ 常見填料塔的形狀系數(shù) 填料類型 球形 棒形 拉西環(huán) 弧鞍 開孔環(huán) Ψ 值 1 本設計填料類型為開孔環(huán) 所以 ψ =； 得 kG? =kG? wψ = 138 =［ kmol/(m3 s； 工單元過程課程設計 填料吸收塔工藝設計 22 g— 重力加速度， ； UL— 液體通過空塔截面的質(zhì)量流速， kg/(m2 氣體質(zhì)量通量為： UV=2604 =［ kg/（ m2 s)； μ V— 氣體的粘度 ,Pa 不同填料材質(zhì)的臨界表面張力? C 材質(zhì) ? C/(dyn/cm) 材質(zhì) ? C/(dyn/cm) 材質(zhì) ? C/(dyn/cm) 表面涂石蠟 20 石墨 56 鋼 75 聚四氟乙烯 陶瓷 61 聚乙烯 75 聚苯乙烯 31 玻璃 73 聚丙烯 54 （《化工單元過程及設備課程設計》表 611） 得? C=61dyn/cm=790560kg/h2 UL= =［ kg/(m2 s)； ， μ L— 液體的粘度， Pa 傳質(zhì)單元高度計算 干填料比表面積為? t，實際操作中潤濕的填料比表面積為? w，由于只有在潤濕的填料表面才可能發(fā)生氣、液傳質(zhì)，故? w 具有實際意義。 h) 本次設計選用 38ND 瓷矩鞍填料，其 ? t=138m2/m3，代入數(shù)值，得最小噴淋密度為： Umin=(Lw)min? t= 138=(m2 最小潤濕速 率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。 h)； （ Lw） min— 最小潤濕速率 ,m3/(m 為使填料能獲得良好的潤濕，塔內(nèi)液體噴淋量應不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以 Umin表示。 常用散裝填料的泛點填料因子 填料尺寸 /mm 填料名稱 DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 瓷拉西環(huán) 1300 832 600 410 瓷 矩 鞍 1100 550 200 226 塑料鮑爾環(huán) 550 280 184 140 92 金屬鮑爾環(huán) 410 117 160 塑料階梯環(huán) 260 170 127 金屬階梯環(huán) 260 160 140 金屬環(huán)矩鞍 170 150 135 120 工單元過程課程設計 填料吸收塔工藝設計 19 （《化工單元過程及設備課程設計》表 68） 查表地 φF=200m1 uF= Ygρ L φFψρ Vμ L = 1 =取 u=uF = =因為 D= 4Vsπ u 所以 D= 4 26043600 ≈ 圓整塔徑 ,取 D= 泛點率校核：由于泛點附近流體力學性能的不穩(wěn)定性，一般較難穩(wěn)定操作，故一般要求泛點率在 50%85%之間，而對于易起泡的物系可低于 40%； ［ 13］u= 26043600 = = uuF = 100％ =52％ (在允許 范圍 50%85%內(nèi) ) 填料規(guī)格校核 Dd =140038 =8(在允許范圍內(nèi) ) 以上式中： uF— 泛點氣速， m/s； u空塔氣速 ,m/s； ρ L— 液體密度， kg/m3； ρ G— 氣體密度， kg/m3； WG， WL— 氣液相質(zhì)量流量， kg/h； g— 重力加速度， ； μ L— 液體黏度， mp/s； φ 填料因子， 1/ m； 液體噴淋密度的求法 ： 填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量，其 計算式為： U= 式中： U— 液體噴淋密度， m3/(m ［ 12］ Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標為： X=WLWG (ρ GρL )= ( )= 查 圖 得 縱坐標值為 Y=uFφFψg ρ GρL μ = 式中： WL— 液體的質(zhì)量流速， kg/h； WG— 氣體的質(zhì)量流速， kg/h； ρ G— 氣體密度， kg/m3； ρ L— 液體密度， kg/m3； φ — 實驗填料因子， m1； μ — 液體的黏度， mPa對于其他填料，尚無可靠的填料因子數(shù)據(jù)。 WG、 WL——分別為氣體和液體的質(zhì)量流量 ， kg/s。 ［ 12］ 填料的泛點氣速可由 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖查得， 氣相質(zhì)量流量為： WG=qvρ vm=2604 =液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即： WL= =采用 Ecekert 通用關(guān)聯(lián)圖法計算泛點氣速 UF。 進塔氣體摩爾比： Y1= y11y1 = = 出塔氣體摩爾比： Y2=Y1(1Φ A)= ()= 進塔惰性氣體的流量： V= 273273+25 ()=由設計任務知該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算，即 : (LV )min= Y1Y2 Y1/mX2 對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為： X2=0 代入數(shù)值，得： (LV )min= = 取實際液氣比為最小液氣比的 倍，即 LV =(LV )min 所以 LV = = 又因為 V=所以 L= =由 V(Y1Y2)=L(X1X2)， 求得吸收液出塔濃度為： X1= () = V , Y 2 L , X 2 V , Y 1 L , X 1 圖 2 1 2 物料衡算示意圖 工單元過程課程設計 填料吸收塔工藝設計 17 操作線方程 依操作線方程 Y=LV X+(Y2 LV X2) 因為 LV = Y2= X2=0 所以： Y=+ 填料塔的工藝尺寸的計算 空塔氣速的確定 通常由泛點氣速來確定空塔操作氣速。 Y1,Y2－進出吸收塔氣體的摩爾比； X1,X2－出塔及進塔液體中溶質(zhì)物質(zhì)量的比。 m3) 工單元過程課程設計 填料吸收塔工藝設計 16 物料衡算 全塔物料衡算圖 2－ 12 所示是一個定態(tài)操作逆流接觸的吸收塔，圖中各符號的意義如下 : V－惰性氣體的流量， kmol/h。 h) 查手冊得 SO2在空氣中的擴散系數(shù)為 : Dv= 105m2/s=(依 D=D0(P0/P)(T/T0)，其中 273k 時， 105Pa 時 SO2在空氣中的擴散系數(shù)為 105m2/s,查《化學工程基礎》 氣液相平衡數(shù)據(jù) 由手冊查得。 h) 表面張力為