填料塔设计与计算(正式版),环境工程原理设计

环境工程原理大作业

填料吸收塔课程设计

说明书

学院名称：环境科学与工程学院

专 业：环境工程

班 级：环工0801

姓 名：黄浩 段永鹏 魏梦 和祥 任稳刚 指导老师：华虹

2011.1.2

环境工程原理课程设计—填料吸收塔课程设计说明书

目 录

(一) 设计任务„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

(二) 设计简要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.1 填料塔设计的一般原则„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.2 设计题目„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.3 工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

(三) 设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

3.1 填料塔简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

3.2填料吸收塔的设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 . 设计方案的思考 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 . 设计方案的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 . 设计方案的特点 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 . 工艺流程 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

（四）填料的类型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

4.1概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

4.2填料的性能参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

4.3填料的使用范围„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

4.4填料的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

4.5填料的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

（五）填料吸收塔工艺尺寸的计算„„„„„„„„„„„„„„6

5.1液相物性数据„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

5.2气相物性数据„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

5.3气、液相平衡数据„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

5.4塔径计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

5.5填料层高度计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

（六）填料层压降的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

（七）填料吸收塔内件的类型与设计„„„„„„„„„„„„10

7.1 填料吸收塔内件的类型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

7.2 液体分布„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

（八）设计一览表„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

（九）对设计过程的评述„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

（十）主要符号说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 附录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24

（一）设计任务

设计一填料吸收塔，吸收矿石焙烧炉气中的SO 2。

（二）设计简要

（1）填料塔设计的一般原则

填料塔设计一般遵循以下原则:

② :塔径与填料直径之比一般应大于15：1，至少大于8：1；

②：填料层的分段高度为：金属:6.0-7.5m，塑料：3.0-4.5；

③：5-10倍塔径的填料高度需要设置液体在分布装置，但不能高于6m ； ④：填料塔操作气速在70%的液泛速度附近；

⑤：由于风载荷和设备基础的原因，填料塔的极限高度约为50米。

（2）设计题目

矿石焙烧炉送出的气体冷却到25℃后送入填料塔，用20℃清水洗涤除去其中的SO 2, 试设计一填料塔进行上述操作并画出设计方案工艺流程图。

设计要求：

设计方案确定（流体流向、塔高、塔径）；

填料选择；

流体基础物性的计算（液体物性、气体物性、气液平衡、物料衡算）； 填料塔的工艺尺寸计算。

基础数据：

入塔炉气流量：2400m 3 h ;

SO 2的摩尔分率：0.05；

SO 2的回收率：95%。

注意： ①低浓度气体的吸收溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据；

②气象为混合气体。

（3）工作原理

气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理性质和化学性质的差异而进行的。吸收作为其中一种，它根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的。在物理吸附中，溶质和溶剂的结合力较弱，解析比较方便。

填料塔是一种应用很广泛的气液传质设备，它具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，操作时液体与气体经过填料时被填料打散，增大气液接触面积，从而有利于气体与液体之间的传热与传质，使得吸收效率增加。

（三）设计方案

（1）填料塔简介

填料塔是提供气-液、液-液系统相接触的设备。填料塔外壳一般是圆筒形，也可采用方形。材质有木材、轻金属或强化塑料等。填料塔的基本组成单元有：

①：壳体（外壳可以是由金属（钢、合金或有色金属）、塑料、木材，或是以橡胶、塑料、砖为内层或衬里的复合材料制成。虽然通入内层的管口、支承和砖的机械安装尺寸并不是决定设备尺寸的主要因素，但仍需要足够重视; ）

②：填料（一节或多节，分布器和填料是填料塔性能的核心部分。为了正确选择合适的填料，要了解填料的操作性能，同时还要研究各种形式填料的形状差

异对操作性能的影响）；

③：填料支承（填料支承可以由留有一定空隙的栅条组成，其作用是防止填料坠落；也可以通过专门的改进设计来引导气体和液体的流动。塔的操作性能的好坏无疑会受填料支承的影响）;

④：液体分布器（液体分布的好坏是影响填料塔操作效率的重要因素。液体分布不良会降低填料的有效湿润面积，并促使液体形成沟流）；

⑤：中间支承和再分布器（液体通过填料或沿塔壁流下一定的高度需要重新进行分布）；

⑥：气液进出口。

塔的结构和装配的各种机械形式会影响到它的设计并反映到塔的操作性能上，应该力求在最低压降的条件下，采用各种办法提高流体之间的接触效率，并设法减少雾沫夹带或壁效应带来的效率损失。与此同时，塔的设计必须符合由生产过程和塔的结构形式所决定的经济性原则。

（2）填料吸收塔的设计方案

（3）设计方案的思考

用水吸收炉气中的SO 2是属于低浓度吸收。因为SO 2在水中的溶解度为1∶40(V/V)，并且用水吸收SO 2属于物理吸收过程，所以在常温常压下操作即可达到较满意的效果。为了确保SO 2的回收率。宜采用气-液逆流的吸收过程，使水和混合气充分接触，以达到回收的要求。

（4）设计方案的确定

装置流程的确定：吸收装置的流程的有多种多样，如逆流操作、并流操作、吸收剂部分再循环操作、多塔串联操作、串联-并联混合操作等。流向对吸收的推动力有一定的影响；整个操作过程为等温等压过程，依据题意可知吸收剂的用量比较大。结合以上分析及各种流程的优缺点，本设计选择逆流操作。

操作方式：气相由塔底进入从塔顶排出，液相由塔顶进入从塔底排出。

（5）设计方案的特点

传质平均推动力大，质速率快，分离效率好，吸收剂利用率高。

（6）工艺流程

混合气在常温常压下进入吸收塔底后，进过气体分布装置，与塔顶下来的由泵提升的吸收剂逆流接触，将SO 2吸收。

工艺流程图

（四）填料类型的选择

4.1概述：填料是填料塔内气-液两相接触的核心元件。填料类型和填料层的高度直接影响传质效果，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。

填料的种类很多，根据填装方式的不同，可分为散装填料盒规整填料两大类。规整填料是将金属丝网或多孔板压制成波纹状并叠成圆筒形整块放入塔内。这种填料不但空隙率大，压降低，而且液体按预分布器设定的途径流下，只要液体的初始分布均匀，全塔填料层内的液体分布良好，克服大塔的放大效应，传质性能高。但其造价较高，易被杂物堵塞并且清洗困难。

散装填料常见的有：拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍形填料、矩鞍形填料、环矩鞍填料等等。

各 种 填 料 示 意 图

4.2填料的性能参数

①：比表面积a 单位m 2 m 3 填料应具有尽可能多的表面积以提高液体铺张，形成较多的气液接触界面。对同种填料，小尺寸填料具有较大的比表面积，但填料过小不但造价高而且气体流动的阻力大。

②：孔隙率ε 流体通过颗粒层的阻力与孔隙率ε密切相关。为了减少气体的流动阻力，提高填料塔的允许气速（处理能力），填料层应有尽可能大的孔隙率ε。

③：填料因子∅F 其单位1/m 填料因子是比表面积与空隙率三次方之比。它表示填料的流体力学性能，∅F 值越小，表明流动阻力越小。填料性能通常根据效率、通量及压三要素衡量。

4.3填料的材质 一般的使用范围

上釉或不上釉的瓷质或耐酸陶质 除氢氟酸以外的中性、酸性介质和溶剂，不宜超过21.1℃ 除要求低吸附表面的特殊情况外，一般用不上上釉的。强碱性介质时使用特种陶瓷。瓷质环比陶质环强度大，同时叫耐酸。

碳 质 热强碱，除硝酸外所有的酸类，不适用于氧化介质 可承受温度的波动，质量轻。

塑 料 由树脂的性质决定，用于碱、盐、水溶液和各种酸类 质量较轻。 钢或其他小标号金属 钢可用于热强碱，其他用途需根据金属性质而定 可能比陶瓷重，价格也较贵。

4.4填 料 应 用 特 性

拉西环填料 填料中最普通的类型，通常比较便宜，但有时效率较低。可用各种材料制造以适应使用要求，常用湿法乱堆或干法乱堆方式装入塔内。较大的填料有时用手工整砌。壁厚和某些尺寸在制造厂之间有所不同；

有效面积随壁厚而

改变，对塔壁形成很大的侧压力。常有较多的内部沟流并导致较多的液体流向塔壁。

弧鞍形填料 在大部分应用中比拉西环效率要高，但价格较贵。填料可叠在一起，在床层中造成“紧密”点，促进了沟流的形成，但不如拉西环那样多，产生的侧压力比拉西环的低，由较低的传质单元高度和单元压力降，液泛点比拉西环高。在填料床中比拉西环易破碎。

鲍尔环填料 压力降比拉西环低一半还多，传质单元高度也较低（在某些物系中比弧鞍填料还要低），而液泛点较高。液体分布情况好，容量大。对塔壁有相当大的侧压力。可用金属、陶瓷或塑料制造。

矩鞍形填料 效率最高的填料之一，但价格较贵。叠在一起阻塞床层截面的可能性非常小床层较均匀。液泛点比拉西环或弧鞍形填料得高，而压力降则较低；对于大多数常见的物系来说，有较低的传质单元高度值。在填料床中比拉西环易破碎。

Teller花环填料 可用塑料制造，与拉西环和弧鞍形填料相比有较低的压降和传质单元高度，液泛点较高。单位质量较小，侧压力也不大。

Flexipac 填料 高效，通常压降低，适用于清洁操作的蒸馏系统，塔板高度较低等。

Lessing填料 没有很多的操作数据可供参考，但一般来说比拉西环要好些，压降稍高些。侧压力也较高。

4.5填料的选择

填料规格：是指填料的公称尺寸或比表面积。

工艺塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同种填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。而尺寸大的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。

结合填料塔设计的一般要求，综合分析各种填料的规格、材质以及本次设计的具体情况，本设计选用DN38聚丙烯阶梯环填料。

附录七 塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值

填料种类 D/d的推荐值 填料种类 D/d的推荐值：

拉 西 环 ≥20-30 阶 梯 环 ＞8

鞍 形 环 ≥15 环 矩 鞍 ＞8

鲍 尔 环 ≥10-15

结合后面塔径的计算，本设计选DN38聚丙烯阶梯环填料

（五）填料吸收塔工艺尺寸的计算

（1）液相物性数据

对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。查附录二（水的重要物理性质）得，20℃时水的有关物性数据如下：

密度为ρL =998. 2kg /m

黏度为μL =0. 001Pa ⋅s =3. 6kg /(m ⋅h )

表面张力为σL =72. 6dyn /cm =940896kg /h

查 得

S 02在水中的扩散系数为D L =1. 47⨯10-5cm 2/s =5. 29⨯10-6m 2/h 23

（2）气相物性数据。

混合气体的平均摩尔质量

M Vm =

混合气体的平均密度

∑y i M i =0. 05⨯64. 06+0. 95⨯29=30. 75 PM vm

RT 101. 3⨯30. 758. 314⨯2983ρvm ===1. 257(kg /m )

混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查附录一（空气的重要物理性质）得20℃空气的黏度：

μv =1. 81⨯10

2-5Pa ⋅s =0. 065kg /(m ⋅h ) 22查 得S 0在空气中的扩散系数D L =0. 108cm /s =0. 039m /h

（3）气、液相平衡数据

查附录八（若干气体水溶液的亨利系数）得常压下20℃时 在水中的亨利系数为

E =3. 55⨯103k P a

相平衡常数

m =

溶解系数

H =E P =3. 55⨯10101. 33=35. 04 ρL

EM s =998. 23. 55⨯10⨯18. 023=0. 0156[kmol /(kPa ⋅m )] 3

物料衡算

进塔气相摩尔比为：

Y 1=y 1

1-y 1=0. 051-0. 05=0. 0526

出塔气相摩尔比为：

Y 2=Y 1(1-φA )=0. 0526⨯(1-0. 95)=0. 00263(φA 为吸收率) 进塔惰性气体流量为：

q nG =

q v 22. 4⨯273273+t o ⨯(1-y 1)=240022. 4⨯273273+25⨯(1-0. 05) =93. 25k m o l /h

上式中q v 为入塔炉气流量；t o 为25℃；y 1为S 0的摩尔分率0.05。 2

吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：

⎛q nL ⎝q nG ⎫Y 1-Y 2 ⎪⎪m i n =Y 1/m -X 2⎭

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：

X 2=0;

⎛q nL ⎝q nG

q nL

q nG

q nL

q nG ⎫0. 0562-0. 00263=33. 29 ⎪⎪m in =0. 0526/35. 04-0⎭⎛q nL =1. 4 ⎝q nG ⎫⎪⎪m i n ⎭取安全系数1.4。 =1. 4⨯33. 29=46. 61

q nL =46. 61⨯93. 25=4346. 38k m o l /h

q nG (Y 1-Y 2)=q nL (X 1-X

X 1=

2) 4346. 38=0. 0011 q nG (Y 1-Y 2)q nL =93. 25⨯(0. 0526-0. 0026)3

操作线、平衡线和气液比关系曲线：

（4）塔径计算

采用Eckert 通用关联图（附录十）计算泛点气速

气相质量流量为：ωV =q v ρvm =2400⨯1. 257=3016. 8kg /h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算：

ωL =q nL ⨯M S =78321. 77kg /h Eckert 通用关联图的横坐标为：

ωL ⎛ρvm ⎫ ⎪ωV ⎝ρL ⎭

2

0. 5

⎛1. 257⎫

=⨯ ⎪3016. 8⎝998. 2⎭

μL

0. 2

78321. 77

0. 5

=0. 921

查Eckert 压降关联图

U F φF ψρvm

g

ρL

=0. 023

查附录六（散装填料泛点填料因子平均值）

∅F =170m −1

0.023g ρL 0.023×9.81×998.2

u F = =1.027(m s ) =F Vm L 取u=0.7u F =0.7×1.027=0.719m s

由 D= πu =

4V

4×2400 36003.14×0.719q 3600

×D4

=1.087 m =0.59(m s )

圆整塔径取D=1.2m 泛点率校核 u=

u u F

0.59

=1.027×100%=57.45%(在允许范围内)

D

120038

填料规格校核：d =

>8（附录七）

液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为：

(Lw ) min =0.08m 3 m ∙h

查 附录三(国内阶梯环数据) 得：

a t =132.5m 2 m 3

u min =(Lw ) min a t =0.08×132.5=106m 3 m 2h

u==

4

W ρ78321.77 998.20.785×1.2=61.42>u min

经以上校核可知，填料塔直径选用D=1200mm合理 （5）填料层高度计算

Y1∗=mX 1=35.040.0011=0.0385

Y2∗=mX2=0

脱吸因数为S =

mV L

=

mq nG q nL

=

35.04×93.254346.38

=0.752

气相总传质单元数

N oG

∗

1Y 1−Y 2==ln 1−S +S 1−S Y 2−Y 2

1

0.0526−00.00263

=1−0.752ln 1−0.752

=7.026

气相总传质单元高度采用修正的思田关联设计算：

a w

0.1

ςC 0.75(a t μu 2a t −0.05u 2L L 0.22=1-exp −1.45((() a t ςL ρL g ρL ςL a t

u L

+0.752

查表填料泛点和压降的通用关联图

ςC =33dyn/cm=427680(kg/h 2) 液体质量通量为

2

u L =×D=0.785×1.2m ∙h ) 4

w 7832.77

a w 4276800.75

=t −exp −1.45() t 69286.770.169286.772

−0.05 ×((

132.5×3.6998.2×948096×132.5

=0.592

气膜吸收系数

0.7

K G =0.237(a μ(ρ

t v

U

μvm D v

) 1/3(

a D RT

)

气体质量通量为

U v =

q ×ρa t μv

=

2400×1.2570.785×1.20.7

=2668.79kg/(m2∙h)

0.065

1

3

K G =0.237 132.5×0.0652668.79

1.257×0.039 8.314×293=0.0336[Kmol/(m2∙h ∙KPa) ]

132.5×0.039

液膜吸收系数由下式计算

U L 2/3μL −1/3μL g 1/3

K L =0.0095(() ()

w L L L L

2/3

K L =0.0095 132.5×0.592×3.6

69286.77

998.2×5.29×10

3.6

−1/2

3.6×1.27×108

998.2

1/3

=1.099m/h

由K G a =K G a w ψ1.1查附录四（常见填料形状系数）

=1.45

则K G a =K G a w ψ1.1

=0.0336

0.592

132.5×1.451.1

=3.966[Kmol/(m2∙h ∙KPa) ] K L a =K G a w ψ0.4=1.099

=100.2[L/]

μμF

0.592

132.5×1.450.4

在此处键入公式。

由

，K G a

= 1+9.5 u − K G a

F

u

1.4

，K L a ，

= 1+2.6

u u F

−0.5

2.2

K L a 得

K G a = 1+9.5× 0.5745−0.5 1.4 ×3.966 =4.959kmol (m3h ∙kPa) K L a = 1+2.6× 0.5745−0.5 2.2 ×100.02=100.88(L h ) 则K G a =由H OG =

1

，，K G a H K L a

，

+

1

4.9590.0156×100.88

=1.195kmol m 3h ∙kPa

q K Y a ΩK G ap Ω

q =

93.25

1.195×101.3×0.785×1.2=0.681(m)

由Z=H OG N OG =0.681×7.062=4.785m 得

Z ，=1.25×4.785=5.981(m)

设计取填料层高低

Z ，=6m

查附录五HETP 关联式中的常数值，对阶梯环填料：

h

=8~15,h max ≤6mm 取 D =8, 则

h=8×1200=9600mm

计算得填料层高度为6000mm ，故不需分段

h

六 填料层压降计算

采用Eckert 通用压降关联图计算填料层压降 横坐标为

ωωV

=(

ρ0.5

=0.921 ρL

查附录九（散装填料压降填料因子平均值）可得∅p =116m −1 纵坐标为

u 2∅p Ψρg ρL

μ0.2L

=

0.592×116×1

9.81

×998.2×10.2=0.0052

1.257

查附录十填料塔泛点和压降的通用关联图

∆p Z

∆p =107.91×6=647.46Pa

填料层压降

七 填料吸收塔内件的类型与设计

（1） 塔内件的类型

塔内件是填料塔的组成部分，它与填料及塔体共同构成一个完整的填料塔。所有塔内件的作用都是为了使气液在塔内更好地接触，以便发挥填料塔的最大效率和最大生产能力，所以塔内件设计的好坏直接影响到填料性能的发挥和整个填料塔的操作运行。另外，填料塔的“放大效应”除了填料本身固有因素外，塔内件对它的影响也很大。

塔内件主要包括以下几个部分：填料支承装置，填料压紧装置，液体分布装置，液体收集再分布装置等。 合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。 ①料支承装置

填料支承装置的作用是支承塔内的填料，常用的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等。支承装置的选择，主要的依据是塔径、填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流率等。 ②填料压紧装置

填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类，每类又有不同的型式。填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重量将填料压紧。它适用于陶瓷、石墨等制成的易发生破碎的散装填料。床层限制板用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的散装填料及所有规整填料。床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布器的安装和使用，不能采用连续的塔圈固定，对于小塔可用螺钉固定于塔壁，而大塔则用支耳固定。 ③ 体分布装置

液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。液体由半球形喷头的小孔喷出，小孔直径为3～10mm ，作同心圈排列，喷洒角 ≤80°，直径为(1/3~1/5)D。这种分布器结构简单，只适用于直径小于600mm 的塔中。因小孔容易堵塞，一般应用较少。

盘式分布器有盘式筛孔型分布器、盘式溢流管式分布器等形式。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流管流下。分布盘直径为塔径的0.6～0.8倍，此种分布器用于D

管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其突出的特点是结构简单，供气体流过的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，弹性一般较小。管式液体分布器使用十分广泛，多用于中等以下液体负荷的填料塔中。在减压精馏及丝网波纹填料塔中，由于液体负荷较小故常用之。管式分布器有排管式、环管式等不同形状。根据液体负荷情况，可做成单排或双排。

槽式液体分布器通常是由分流槽（又称主槽或一级槽）、分布槽（又称副槽或二级槽）构成的。一级槽通过槽底开孔将液体初分成若干流股，分别加入其下方的液体分布槽。分布槽的槽底（或槽壁）上设有孔道（或导管），将液体均匀分布于填料层上。

槽式液体分布器具有较大的操作弹性和极好的抗污堵性，特别适合于大气液负荷及含有固体悬浮物、粘度大的液体的分离场合。由于槽式分布器具有优良的分布性能和抗污堵性能，应用范围非常广泛。

槽盘式分布器是近年来开发的新型液体分布器，它将槽式及盘式分布器的优

点有机地结合一体，兼有集液、分液及分气三种作用，结构紧凑，操作弹性高达10:1。气液分布均匀，阻力较小，特别适用于易发生夹带、易堵塞的场合。 ④ 体收集及再分布装置

液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，这种现象称为壁流。壁流将导致填料层内气液分布不均，使传质效率下降。为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置液体再分布装置。

最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器。截锥式再分布器结构简单，安装方便，但它只起到将壁流向中心汇集的作用，无液体再分布的功能，一般用于直径小于0.6m 的塔中。

在通常情况下，一般将液体收集器及液体分布器同时使用，构成液体收集及再分布装置。液体收集器的作用是将上层填料流下的液体收集，然后送至液体分布器进行液体再分布。常用的液体收集器为斜板式液体收集器。

前已述及，槽盘式液体分布器兼有集液和分液的功能，故槽盘式液体分布器是优良的液体收集及再分布装置。 (2)液体分布

液体分布均匀，评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。分布点密度。液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差很大。大致规律是：塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小；对于规整填料，比表面积越大，分布点密度越大。

八 设计一览表

物料 气相 液相

操作温度 25℃ 20℃

操作压力 101.325kPa 101.325kPa 填料塔径 1200mm 填料高度 6m

填料塔的附属高度 1.21m 填料层的总压降 647.46Pa 吸收塔高度 7.21m

由计算结果可得，泵的选型可以选用：50-32-125型的泵

九 对设计过程的评述

环境工程原理是环工类各有关专业的一门重要技术基础课，环境工程原理课程设计是继这一门课程结束之后的一个总结性教学环节。这一环节是环工类人才培养中进行的第一次实践，它犹如毕业设计那样的一次“预演习”，无疑对我们毕业前进行毕业设计将有很大的帮助。

环境工程原理课程设计的主要内容是进行有关工艺计算与设备的结构设计，还要求画出工艺流程图和设备主要构型图，它与一般的习题、大作业有着明显的不同，因为它涉及的知识范围更广，要求更高。从资料、数据的收集，流程方案的确定，操作参数的选择，工艺和设备的计算等，单凭所学教科书是难以解决的，要求每个学生均要去查阅一定的资料、文献，开动脑筋，结合在环境工程原理课程中所学习过的理论知识及先修课程(如化学，物理化学，工程力学和工程制图

等) 的基础知识作综合运用。

这次我的课程设计题目是水吸收SO 2过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。

本设计中，采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。在填料的选择中，几乎是用排除法来选择的，就是一种一种规格的算，后来认为DN38计算得的结果比比较好。虽然在同类填料中，尺寸越小的，分离效率越高，但它的阻力将增加，通量减小，填料费用也增加很多。用DN38计算所得的D/d值也符合阶梯环的推荐值。。

（五）主要符号说明

3

ρL ———液相的密度，kg /m

D ————塔径，m

D L ———溶质在液体中的扩散系数，m /h

D v ————溶质在气体中的扩散系数，m /h σL ———液体的表面张力，kg /h 2

22

σC ———填料材质的临界表面张力，kg /h

M Vm ———混合气体的平均摩尔质量，

2

ρvm ————混合气体的平均密度，kg /m 3

μv ————气体的黏度，kg /(m ⋅h )

μL ————液体的黏度，kg /(m ⋅h )

m ————相平衡常数，无因次 n ————筛孔数目

H ————溶解度系数，kmol /(kPa ⋅m )

3

x ————液相摩尔分数

X ————液相摩尔比 y ————气相摩尔比 Y ————气相摩尔比

q nG ————进塔惰性气体流量，kmol /h

q v ————入塔炉气流量，m /h q nL ————吸收剂摩尔流量，kmol /h ωV ————气相质量流量，kg /h

3

ωL ————液相质量流量，kg /h

u ————空塔气速，m /s

u F ————泛点气速，m /s φF ————泛点填料因子

ψ————填料形状系数

U L ————液体质量通量，kg /(m ⋅h )

2

U V ————气体质量通量，kg /(m ⋅h )

2

Z ————填料层高度，m

k G ————气体吸收系数，kmol /(m ⋅h ⋅kPa )

2

k L ————液膜吸收系数，m /h S ————吸收因数

a ————填料的有效比面积，m /m a t ————填料的总比表面积，m /m a w ————填料的湿润比表面积，m /m ⋅h Umin ——最小液体喷淋密度，m /m ⋅h

3

23

2

2

3

2

3

(L )

W

min

————最小润湿速率，m /(m ⋅h )

3

3

2

U ——液体喷淋密度，m /m ⋅h

N OG ————气相总传质单元数

P ————操作压力，Pa

∆P ————填料层压降，Pa

R ——通用气体常数，8.314（m3kPa ）/（kmol •K ） t 0——温度，℃

Ω————塔的横截面积，m g ————重力加速度，9. 81m /s

2

2

参考文献：

[1]胡洪营，张旭，黄霞，王伟．环境工程原理，高等教育出版社，2005 [2]冯霄，何潮洪．化工原理，科学出版社，2007

[3]马江权，冷一欣．化工原理课程设计，中国石化出版社，2009 [4]林大钧，于传浩，杨静．化工制图，高等教育出版社，2007

[5]方立国．计算机辅助化工制图与设计，化学工业出版社， 2010 [6]王晓琴，庞行志．画法几何与土木工程制图，华中科技大学出版社，2006

附录

附录三 国内阶梯环特性数据

附录十

填料塔泛点和压降的通用关联图

u 0-空塔气速，m s ; ∅−湿填料因子，简称填料因子，1 m ; ψ−水的密度和液体的密度之比；g −重力加速度，m s 2;

ρV 、ρL -气体和液体的密度，kg m 3; w V 、w L -气体和液体的质量流量，kg s

填料吸收塔装配图