【正文】 必須易得，貨源充足，價(jià)格適中，質(zhì)量穩(wěn)定。 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 14 （ 1） 散裝填料規(guī)格的選擇 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 DN1 DN2DN3 DN50、 DN76 等幾種規(guī)格。而大尺寸的填料應(yīng)用于小 直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。 （ 2） 規(guī)整填料規(guī)格的選擇 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有 12 150、 250、 350、 500、700 等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。 應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 15 第四章 吸收塔的工藝計(jì)算 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 液相物性數(shù)據(jù) 對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。 s=(m s=(m常壓下 25oC時(shí)， SO2在水中的亨利系數(shù)為： E= 103kpa 相平衡常數(shù)為 : m=E/P=( 103)/≈ 溶解度系數(shù)為： H=ρ L/EMS=( 103 )≈ (kpa L－純吸收劑的流量； kmol/h。 注意：本課程設(shè)計(jì)中塔底截面一律以下標(biāo) “ l”表示，塔頂截面一律以下標(biāo)“ 2”表示。泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速的上限，填料塔的操作氣速必須小于泛點(diǎn)氣速，操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之比稱為泛點(diǎn)率。 通用 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖 如下 ： 圖一 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖 （ 引自《化工原理》） 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 18 圖中 u0——空塔氣速， m/s； φ——濕填料因子，簡(jiǎn)稱填料因子， 1/m； ψ ——水的密度和液體的密度之比； g——重力加速度 ， m/s2 ρ G、ρ L——分別為氣體和液體的密度 ， kg/m3。 此圖適用于 散裝 填料，如拉西環(huán)、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鮑爾環(huán)等，其上還繪制了整砌拉西環(huán)和弦柵填料兩種規(guī)整填料的泛點(diǎn)曲線。 使用該圖時(shí)首先根據(jù)塔的氣液相負(fù)荷和氣液密度計(jì)算橫坐標(biāo)參數(shù) X，然后在圖中散堆填料泛點(diǎn)線 上確定與其對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)參數(shù) Y。 s； uF— 泛點(diǎn)氣速， m/s； ψ — 水密度與液體之比。 h)； 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 20 Lh— 液體噴淋量， m3/h； D— 填料塔直徑， m。 對(duì)于散裝填料，其最小噴淋密度通常采用下式計(jì)算： Umin=(Lw)min? t 式中： Umin— 最小噴淋密度 ,m3/(m2 h)； ? t— 填料的總比表面積 ,m2/m3。對(duì)于直徑不超過(guò) 75mm 的散裝填料，可取最小潤(rùn)濕速率 :［ 14］ (Lw)min=(m h) 最小噴淋密度的校核： 求得液體噴淋密度為： U= = =〉 Umin 所 以液體噴淋密度符合要求，即填料塔直徑 D=1400mm 合理。下面介紹計(jì)算的恩田（ ONDA） 公式，該公式為 ： ? w ? t =1exp{（? C? L）( UL? tμ L )(UL2?tρ L2g )（ UL2ρ L? L? t ）} 式中：? w— 單位體積填料層的潤(rùn)濕面積， m2/m3； ? t— 填料的總比表面積， m2/m3； ? L— 液體表面張力， N/m； ? C— 填料上液體鋪展開(kāi)的最大表面張力， N/m； UL— 液體通過(guò)空塔截面的質(zhì)量流速， kg/(m2 s； ρ L— 液體的密度 ,kg/m3； 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 21 g— 重力加速度 ,。 h)］ 代入數(shù)值 ,得： ? w ?t ≈ 氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： KG=( UV?tμ V )( μ VρVDV )1/3（ ? tDVRT ） 式中：? t— 填料的總比表面積 ,m2/m3； UV— 氣體通過(guò)空塔截面的質(zhì)量流速 ,kg/(m2 s； ρ V— 氣體的密度 ,kg/m3； g— 重力加速度 ,。 h）］ 得： kG= ( )（ ） 1/3（ 138 298） = 液膜傳質(zhì)系數(shù)由下式計(jì)算： kL=( UL?Wμ L )2/3( μ LρLDL )（ μ LgρL ） 1/3 式中： ρL— 液體的密度， kg/m3； UL— 液體的質(zhì)量流速 kg/ms μ L— 液相的黏度， Pa s)； ? w— 單位體積填料層的潤(rùn)濕面積， m2/m3； DL— 溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)， m2/s 。 hkpa)］ 由 KL? =kL? wψ 得 kL? = 138 =uuF = 100％ =52％〉 50％ 因?yàn)椋?kG,? =［ 1+(uuF )］ kG? kL,? =［ 1+（ uuF ） ］ kL? 所以： kG,? =［ 1+()］ =［ kmol/（ m3h s 所以： HOG= = 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 因?yàn)椋?Y*=mX 所以： Y1*=mX1= = Y2*=mX2= 0=0 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： NOG= Y1Y2△ Ym △ Ym=(Y1Y1*)(Y2Y2*)ln Y1Y1* Y2Y2* 式中： Y1， Y2— 進(jìn)出吸收塔氣體的摩爾比； 其中 Y1= Y2= Y1*= Y2*=0 則： NOG= 填料層高度 Z=HOG NOG= = 式中： Z— 填料層高度， m； HOG— 氣相傳質(zhì)單元高度， m； NOG— 氣相傳質(zhì)單元數(shù)。 散裝填料分段高度推薦值 填料類型 h/D Hmax/m 拉西環(huán) ～ 3 ≤ 4 矩鞍 5～ 8 ≤ 6 鮑爾環(huán) 5～ 10 ≤ 6 階梯環(huán) 8～ 15 ≤ 6 環(huán)矩鞍 5～ 15 ≤ 6 （《化工原理及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》表 317） 查上述表得散裝填料分段高度推薦值 ［ 13］ 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 24 h/D=5～ 8, hmax≤ 6 取 h/D=8 則 h=8 1400=11200mm 計(jì)算填料層高度為 6000mm,小于 11200mm,故不需分段。填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)，在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。計(jì)算時(shí)，先根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標(biāo) ω LωV (ρ VρL )1/2值，再根據(jù)操作空塔系數(shù) u 及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo) uF2φ ψg （ρ Vρ L )μ L，通過(guò)作圖得出交點(diǎn)，讀出過(guò)焦點(diǎn)的等壓線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值。 s； φ — 填料因子， 1/m ； g— 重力加速度， 。 s； u— 泛點(diǎn)氣速， m/s。 查 化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè) 得 從 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖中可查得 :△ P/Z=15 =147Pa/m 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 26 式中：△ P— 分布器壓力降， Pa； Z— 填料層高度， m。 液體分布器計(jì)算 液體分布器 液體分布器的性能主要由分布器的布液點(diǎn)密度（即單位面積上的布液點(diǎn)數(shù)），各布液點(diǎn)的布液布液均勻性，各布液點(diǎn)上的液相組成的均勻性決定設(shè)計(jì)液體分布器主要是確定決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺 寸。在通常情況下，滿足各種填料質(zhì)量分布要求的適宜噴淋點(diǎn)見(jiàn)下表，在選擇填料的噴淋點(diǎn)密度時(shí)應(yīng)該遵循填料的效率越高，所需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律，依所選用的填料，確定單位面積的噴淋點(diǎn)后，在根據(jù)塔的截面積即可求得分布器的布液孔數(shù)。 m2塔截面 D=400 330 D=750 170 D≥1200 42 （《化工原理及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》表 320） 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì) 液體分布器的選型 該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式 孔流型 液體分布器。其中，二級(jí)槽式分布器具有良好的布液性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣相阻力小，應(yīng)用較為廣泛，而單級(jí)槽式液體分布器空工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 27 間占位低，常在塔內(nèi)空間高度受到阻制時(shí)使用。 布液點(diǎn)數(shù)為 n=100= 點(diǎn) ≈154 點(diǎn) 液體保持管高度。 液體高度的確定應(yīng)和布液孔的直徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，使各項(xiàng)參數(shù)均在適宜的范圍內(nèi)。 ［ 13］ 則液位保持管高度為： h,= 1020=1173mm 布液計(jì)算 由 Ls=π 4 d20nφ 2g△ H 取 取 φ =， △ H=160mm 則： d0=( 4Ls π nφ 2g△ H )1/2=( 4 154 2 )1/2 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 28 = = 液體分布器的安裝一般高于填料層表面 150~300 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 200 mm 左右 。 直管式多孔分布器 根據(jù)直管液量的大小，在直管下方開(kāi) 2～ 4 排對(duì)稱小孔，孔徑與孔數(shù)依液體的流量范圍確定，通常取孔徑 2～ 6㎜，孔的總面積與及進(jìn)液管截面積大致相等，噴霧角根據(jù)塔徑采用 30176。直管安裝在填料層頂部以上約 300 ㎜。根據(jù)要求，也可以采用環(huán)形管式多孔分布器。支管排數(shù)、管心距及孔心距依塔徑和液體負(fù)荷調(diào)整。、 176?；?45176。主管與支管直徑由送液推動(dòng)力決定，如用液柱靜壓送液，中間垂直工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 29 管和水平主管內(nèi)的流速為 ～ ，支管流速取為 ～ ；采用泵送液則流速可提高。故要求支撐板上氣液流動(dòng)阻力太大，將影響塔的穩(wěn)定操作甚至引起塔的液泛。 平板型支撐板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但自由截面分率小，且因氣液流同時(shí)通過(guò)板上篩孔或柵縫，故板上存在液位頭。梁式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，裝卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允許氣 液負(fù)荷較大，其應(yīng)用日益受到重視。 填料壓板與床層限制板 填料壓板系藉自身質(zhì)量壓住填料但不致壓壞填料；限制板的質(zhì)量輕，需固定于塔壁上。 氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置 填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。向下斜口或切成向下切 口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。 氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。 液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 31 五、 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 課程設(shè)計(jì)名稱 清 水吸收 SO2填料吸收塔的設(shè)計(jì) 操作條件 操作溫度 25 攝氏度 操作壓力： 物性數(shù)據(jù) 液相 氣相 液體密度 kg/m3 混合氣體平均摩爾質(zhì)量 kg/kmol 液體粘度 kg/(m h) 混合氣體的平均密度 kg/m3 液體表面張力 931824 混合氣體的粘度 kg/(m m3 物料 衡 算數(shù)據(jù) Y1 Y2 X1 X2 氣相流量G 液相流量L 最小液氣比 操作液氣比 0 kmol/ h kmol/ h 工藝數(shù)據(jù) 氣相質(zhì)量流量 液相質(zhì)量流量 塔徑 NOG HOG Z, 填料層壓降 m 3m 441pa 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 32 六、主要符號(hào)說(shuō)明 ? t—— 填料的總比表面積， m2/m3 ? W—— 填料的潤(rùn)濕比表面積， m2/m3 d—— 填料直徑， m； D—— 塔徑， m； DL—— 液體擴(kuò)散系數(shù)， m2/s； Dv—— 氣體擴(kuò)散系數(shù)， m2/s ； ev—— 液沫夾帶量 ,kg(液 )/kg(氣 )； g—— 重力加速度， m/s2 ； h—— 填料層分段高度， m； HETP 關(guān)聯(lián)式常數(shù)； hmax—— 允許的最大填料層高度， m； HB— — 塔底空間高度， m； HD—— 塔頂空間高度， m； HOG—— 氣相總傳質(zhì)單元高度， m； kG—— 氣膜吸收系數(shù)， kmol/(m2kPa) ； kL—— 液膜吸收系數(shù)， m/s； KG—— 氣相總吸收系數(shù)， kmol/(m2kPa) ； Lb—— 液體體積流量， m3/h； LS—— 液體體積流量， m3/s； LW—— 潤(rùn)濕速率， m3/(m18