摘
化工生产中气体吸收程利气体混合物中组分液体中溶解度化学反应活性差异气液两相接触发生传质实现气液混合物分离化学工业中常需气体混合物中组分加分离目：
① 回收捕获气体混合物中物质制取产品
② 工艺气体中害成分气体净化便进步加工处理工业放空尾气中害物免污染气
实际程时兼净化回收双重目
吸收利混合气体中组分液体中溶解度差异分离气态均相混合物种单元操作化工生产中原料气净化组分回收等
气液两相分离通密切接触进行正常操作气相连续相液相分散相气相组成呈连续变化气相中成分逐渐分离出填料塔气液呈连续性接触气液传质设备属微分接触逆流操作程塔底部支撑板支撑填料允许气液通支撑板填料整砌乱堆两种方式填料层方液体分布装置液体均匀喷洒填料层填料层空隙率超90般液泛点较高单位塔截面积填料塔生产力较高研究表明压力03MPa时填料塔分离效率明显优板式塔
次课程设计务水吸收空气中二氧化硫然进行解吸处理二氧化硫求设计包括塔径填料塔高度塔尺寸等需通物料衡算需基础数然进行需尺寸计算种设计参数图绘制基础提供数参考
目录
摘 I
目录 II
第章 设计方案容 1
11流程方案 1
12设备方案 1
第二章 设计方案确定 2
21吸收流程选择 2
211吸收工艺流程确定 2
212流程装置确定 3
22吸收剂选择 3
23吸收剂生方法选择 4
24操作温度压力确定 4
241操作温度确定 4
242操作压力确定 5
第三章 吸收塔设备填料类型选择 6
31吸收塔设备选择 6
32填料类型选择 6
33填料规格选择 7
34填料材质选择 7
第四章 吸收塔工艺条件计算 8
41基础物性数 8
411液相物性数 8
412气相物性数 8
42确定气液衡关系 9
43吸收剂操作线确定 9
431吸收剂量确定 9
432操作线方程确定 10
44塔径计算 11
441采Eckert通关联图法计算泛点速率 11
442操作气速： 13
443塔径计算： 13
444单位高度填料层压降校核 14
45填料层高度计算 14
451传质系数计算 14
452 填料层高度 17
46填料塔附属高度计算 18
第五章 填料吸收塔附属装置选型 19
51液体分布器简设计 19
511液体分布器选型 19
512分布点密度布液孔数计算 20
52塔底液体保持高度计算 21
53附属塔件选择 22
531 填料支撑板 22
532 填料压紧装置床层限制板 22
第六章 辅助设备选型 23
61径选择 23
611进液径 23
612出液径 23
613进气径 24
614出气径 24
62泵选取： 24
63风机选型： 26
第七章 关填料塔设计选材 27
参考文献 28
附录 29
致谢 34
填料塔化工原理课程设计
第章 设计方案容
11流程方案
指完成设计务书达务采样工艺路线包括需装置设备物料设备间走方需观测仪表调节装置取样点否需备设备等述容绘制流程图
12设备方案
根设备求确定选什形式设备吸收塔选板式塔填料塔什选填料塔选填料塔塔填料形式尺寸材质选定方案确定需加证技术行基础考虑济性
第二章 设计方案确定
21吸收流程选择
211吸收工艺流程确定
工业吸收流程种样角度进行分类吸收剂种类仅种吸收剂步吸收流程两种吸收剂两部吸收流程塔设备数量分单塔吸收流程塔吸收流程塔气液两相流分逆流吸收流程流吸收流程等基流程外特定条件部分溶剂循环流程
（）步吸收流程两部吸收流程
步流程般混合气体溶质浓度较低时程分离求高选种吸收剂完成务情况混合气体中溶质浓度较高吸收求高难步吸收达规定吸收求 程操作费较高济性角度分析够适宜时考虑采两步吸收流程
（二）单塔吸收流程塔吸收流程
单塔吸收流程吸收程中常流程程特需般采单塔吸收流程程分离求较高单塔操作时需塔体高采两步吸收流程时需采塔流程（通常双塔吸收流程）
（三）逆流吸收流吸收
吸收塔生塔气液相逆流操作流操作逆流操作具传质推动力分离效率高（具理级分离力）显着优点 广泛应工程特需般均采逆流吸收流程
（四）部分溶剂循环吸收流程
填料塔分离效率受填料层液体喷淋量影响较液相喷淋量时降低填料塔分离效率塔液相负荷难充分润湿填料表面时采部分溶剂循环吸收流程提高液相喷淋量改善塔操作条件
设计采单塔逆流操作
212流程装置确定
常吸收装置流程逆流操作流操作吸收部分循环操作塔串联操作串联—联操作根设计务工艺特点结合种流程优缺点采常规逆流操作流程传质均推动力传质速率快分离效率高吸收利率高流程图：
图21工艺流程图
22吸收剂选择
吸收剂选择应考虑方面：
(1)溶解度 吸收剂溶质溶解度提高吸收速率减少吸收剂量
(2)选择性 吸收剂溶质组分良溶解力组分吸收甚微
(3)挥发度：操作温度吸收剂蒸汽压低减少吸收生程挥损失
(4)粘度 吸收剂操作温度粘度低流动性提高传质传热速率
(5)： 选吸收剂量毒性腐蚀性易爆易燃发泡点低廉价易化学性质稳定
般说种吸收剂难满足求选针具体情况素考虑工艺求兼顾济合理性
设计采水作吸收剂二氧化硫作溶质
23吸收剂生方法选择
吸收剂采生方案工业常吸收剂生方法减压生加热生气提生等
A 减压生（闪蒸）
吸收剂减压生简单吸收剂生方法吸收塔吸收量溶质吸收剂进入生塔减压融入吸收剂中溶质生该方法适加压吸收吸收续工艺处常压较低压力条件吸收操作处常压条件进行采减压生解吸操作需真空条件进行程够济
B 加热生
加热生吸收剂生常方法吸收量溶质吸收剂进入生塔加热升温溶入吸收剂中溶质解吸生温度必须高吸收温度该方法适常温吸收接常温吸收操作否吸收温度较高生温度必然更高需消耗更高品位量般采水蒸气作加热介质加热方法具体情况采直接蒸汽加热采间接蒸汽加热
24操作温度压力确定
241操作温度确定
物理吸收言降低操作温度吸收利低环境温度操作温度消耗量制冷动力般取般情况取常温吸收较利特殊条件吸收操作方采低高环境温度操作
化学吸收操作温度应根化学反应性质定考虑温度化学反应速度常数影响考虑化学衡影响吸收反应具适宜反应速度
生操作较高操作温度降低溶质溶解度利吸收剂生
设计言吸收程气液关系知温度降低增加溶质组分溶解度低温利吸收操作温度低限应吸收系统具体情况决定次设计求操作温度定20
242操作压力确定
操作压力选择根具体情况分三种：
物理吸收加压操作方面利提高吸收程传质推动力提高程传质速率方面减气体体积流率减吸收塔径操作十分利工程专门吸收操作气体加压程济性角度合理前道工序压力参数进行吸收操作情况般前道工序压力作吸收单元操作压力
化学吸收程质量传递程控制提高操作压力利化学反应程控制操作压力程影响完全根前工序压力参数确定吸收操作压力加吸收压力然减气相体积流率减塔径然利
减压生(闪蒸)操作操作压力应吸收剂生求定逐次次吸收压力减生操作压力逐次闪蒸生效果般优次闪蒸效果
设计中吸收程气液衡知压力升高增加溶质组分溶解度加压利吸收着操作压力升高设备加工制造求提高耗增加综合考虑采常压101325kPa
第三章 吸收塔设备填料类型选择
31吸收塔设备选择
吸收程够完成分离务塔设备种众塔设备中选择合适类型进行工艺设计首工作进行项工作需吸收程进行充分研究方案方较满意结果般言吸收塔设备精馏程需塔设备具相原求较直径塔设备完成规定处理量塔板填料层阻力具良传质性具合适操作弹性结构简单造价低易制造安装操作维修等
液体流率低难充分润湿填料塔径填料塔济情况采板式塔宜作吸收程般具操作液气特点更适填料塔外填料塔阻力效率高利程节吸收程说采填料塔居
次吸收塔设计选择填料吸收塔
32填料类型选择
工业填料形状结构分散装填料规整填料两类（6567页）：
(1) 散装填料 机方式堆积塔种典型散装填料：
拉西环填料 早工业填料性较差目前工业已少
鲍尔环填料 拉西环基础改进利率提高
阶梯环填料 鲍尔环改进目前环形填料优良种
弧鞍 填料 般采瓷质材料易碎工业中常
环矩鞍填料 集环型鞍型优点工业应广种金属散装填料
(2) 规整填料 定形状整齐堆砌工业波纹填料优点结构紧凑传质效率高处理量易处理粘度悬浮物物料造价高
根分离工艺求考虑素：
(1)传质效率 满足工艺条件前提选传质效率高HETP(HTU)低填料
(2)通量 保证较高传质效率前提选较高泛点气相动子填料
(3)填料层压降 压降越动力耗费越少操作费越
(4)操作性 填料具较操作弹性具定抗污堵抗热敏力等
33填料规格选择
(1)散装填料 常1625385076等种规格
般推荐： 300时选25填料时选25—38填料 时选填料般塔中常填料
(2)规整填料 分离求通量求场条件物料性质设备投资操作费等方面综合考虑考虑工艺求兼顾济合理性（6768页）
34填料材质选择
(1)陶瓷 具耐腐性耐热性质脆易碎宜高击强度
(2)金属 碳钢低腐蚀腐蚀物系优先考虑锈钢耐外物系腐蚀特种合金钢价格高特殊条件
(3)塑料 包括PP(聚丙烯)PE(聚乙烯) PVC(聚氯乙烯)等般采PP(聚丙烯)材质塑料耐腐蚀性耐低热性具冷脆性表面润湿性较差
般讲操作温度较高显著腐蚀性时选金属填料温度较低选塑料填料物系具腐蚀性操作温度高宜采陶瓷填料
综述考虑设计利清水吸收SO吸收液显弱酸性定腐蚀性时考虑济合理性吸收效率先选聚乙烯阶梯环否合理面计算中进行核算校验（68页）
第四章 吸收塔工艺条件计算
41基础物性数
411液相物性数
低浓度吸收程溶液物性数似取纯水物性数
20℃时水关物性数（册附录332页）：
密度
粘度
表面张力
SO2水中扩散系数
412气相物性数
混合气体均摩尔质量
混合气体均密度
混合气体粘度似取空气粘度查手册（册附录330页）20空气粘度
空气中扩散系数
42确定气液衡关系
表41干气体水溶液亨利系数查20℃SO亨利系数（册80页表21）：
表41气体水溶液亨利系数
气体 10℃ 20℃ 30℃
0245 0355 0485
设计常压：
相衡常数：
查化工原理（）附录（附录332页）20℃时水关物理数：
密度：
摩尔质量：
溶解度系数：
该系统相衡关系表示y*＝mX3504X
43吸收剂操作线确定
431吸收剂量确定
进塔气相摩尔：
出塔气相摩尔：
进塔惰性气体流量：
该吸收程属低浓度吸收衡关系直线液气计算
纯溶剂吸收程进塔液相组成：
般情况取吸收剂量量（1120）倍时较适宜
取操作液气：
15
吸收剂量：
432操作线方程确定
图31 逆流操作吸收塔截面mn塔底间列物料衡算：
吸收塔操作线方程式：
44塔径计算
441采Eckert通关联图法计算泛点速率
图41填料塔泛点压降通关联图
（查：化工原理课程设计（化工传递单元操作课程设计））
水吸收二氧化硫程操作温度压力较低工业塑料散装填料中阶梯环填料综合性较选聚乙烯阶梯环填料
相关数：化工原理（）附录查20水关数（册附录332页）：
黏度
密度
塔底混合气体均摩尔质量 ：
塔气体均密度：
气相质量流量：
液相质量流量似纯水流量计算
Eckert通关联图横坐标：
查图41填料塔泛点压降通关联图坐标
式中：：泛点气速 ms
g：重力加速度 981ms2
：气相液相密度 kgm3
：液体粘度 mPa·s
（处1）
根选择知选取 塑料阶梯环
查 化工原理（）表36 知
442操作气速：
填料塔塔径根生产力空塔气速计算空塔气速面验公式确定散装填料泛点率验值
取
443塔径计算：
圆整 取：
泛点率校核：
填料规格校核：
（合适）
液体喷淋密度U校核：
取喷淋密度：
查 化工原理（）（181页）表36 知
单位时间立方米塔截面吸收剂量：
校核知填料塔直径选1000mm合理
444单位高度填料层压降（）校核
关联图计算填料层压强降
横坐标表 32查
45填料层高度计算
451传质系数计算
（1）效面积（润湿面积）
气相总传质单元高度采修正恩田关联式计算：
表42知聚乙烯
表42填料材质界表面张力值
材料
钢
陶瓷
聚乙烯
聚氯乙烯
碳
玻璃
涂石蜡表面
dyncm
75
61
33
40
56
73
20
查化工原理（）附录（331页）20时水表面张力：
液体质量通量：
（2）液相吸收系数k式计算：
20℃SO水中扩散系数D147
（3）气膜吸收系数
表43知0℃时SO空气中扩散系数：
表43物质空气中扩散系数（0℃1013kPa）
扩散物质
扩散系数
扩散物质
扩散系数
H2
N2
O2
CO2
HCl
SO2
SO3
NH3
0611
0132
0178
0138
0130
0103
0095
0170
H2O
C6H6
C7H8
CH3OH
C2H5OH
CS2
C2H5OC2H5
0220
0077
0076
0132
0102
0089
0078
根公式：
表44常见填料形状系数
填料类型
球形
棒形
拉西环
弧鞍
开孔环
ψ值
072
075
1
119
145
查表44
气相传质单元高度
传质单元数Z
脱吸数：
气相总传质单元数：
452 填料层高度
根设计验填料层设计高度般取
查附阶梯环填料m
取计算填料层高度5200mm需分段
46填料塔附属高度计算
塔部空间高度通相关资料知取13m塔底液相停留时间15min考虑塔釜液占空间高度：
考虑气相接占空间高度底部空间高度取25m塔附属空间高度取
塔实际高度取
第五章 填料吸收塔附属装置选型
51液体分布器简设计
511液体分布器选型
液体分布装置种类样喷头式盘式式槽式槽盘式等工业应式槽式槽盘式（8182页）
性优良液体分布器设计时必须满足点：
⑴液体分布均匀 评价液体分布均匀标准：足够分布点密度分布点均匀性降液点间流量均匀性
①分布点密度液体分布器分布点密度选取填料类型规格塔径操作条件等密切相关种文献推荐值相差较
致规律：塔径越分布点密度越液体喷淋密度越分布点密度越散装填料填料尺寸越分布点密度越表51列出散装填料塔分布点密度推荐值
表51 Eckert散装填料塔分布点密度推荐值
塔径mm
分布点密度塔截面
D400
330
D750
170
D≥1200
42
②分布点均匀性分布点塔截面均匀分布较分布点密度更重问题设计中般需通反复计算绘图排列进行较选择较佳方案分布点排列采正方形正三角形等方式
③降夜点间流量均匀性保证分布点流量均匀需分布器总体合理设计精细制作正确安装高性液体分布器求分布点均流量偏差6
⑵操作弹性 液体分布器操作弹性指液体负荷负荷设计中般求液体分布器操作弹性2～4液体负荷变化工艺程时求操作弹性达10时分布器必须特殊设计
⑶截面积 液体分布器截面积指气体通道占塔截面积应35
⑷ 液体分布器应结构紧凑占空间制造容易调整维修方便
该吸收塔液相负荷较气相负荷相较低选槽式液体分布器
填料层高度塔径超某数值时填料层需分段段填料层间安设液体分布器收集填料层液体填料层提供均匀液体分布
452节中知次设计填料层需分段需安装液体分布器
512分布点密度布液孔数计算
Eckert建议值D750mm1200mm 时喷淋点密度170点m2该塔液相负荷较设计取喷淋点密度170点 m2 布液点数
点
分布点均匀流量均匀原进行布点设计设计结果：二级槽设七道槽侧面开孔槽宽度80mm槽高度210mm两槽中心矩160mm分布点采三角形排列实际设计布点数n132点(见示意图)
布液计算：
L 液体流量 m3s
n 开孔数目
孔流系数取055～060
d0 孔径m
开孔方液位高度m
取
图51 槽式液体分布器二级槽布液点示意图
设计取
52塔底液体保持高度计算
取布液孔直径14mm液位保持中液位高度公式：
：：
式中：：布液孔直径m
L：液体流率m3s
：布液孔数
：孔流系数
：液体高度m
：重力加速度ms2
值孔液体流动雷诺数决定
取
取
根验 液位保持高度：
53附属塔件选择
531 填料支撑板
填料支撑板作支撑塔填料常填料支撑装置栅板型孔型驼峰型等散装填料通常选孔型驼峰型支撑装置设计中防止填料支撑装置处压降甚发生液泛求填料支撑装置截面积应75
次设计选梁式气喷式支撑板（8384页）
532 填料压紧装置床层限制板
散装填料选压紧栅板选压紧网板方根填料规格铺设层金属网压紧栅板固定设计中防止填料压紧装置处压降高甚发生液泛求压板限制板截面分率70％
次设计选压紧网板（84页）
第六章 辅助设备选型
61径选择
设计中填料塔处接气体液体进料口出料口接（册附录357页）分液体进料气体进料径计算例进行说明气体液体道中流速选择原：常压塔气体进出口气速取10～20ms（高压塔气速低值）液体进出口流速取08～20ms（必时加）
气相体积流量
液相体积流量
611进液径
清水腐蚀性选择热缝钢（GB816387）
取
查化工原理（）附录子规格知
圆整取规格
核算u： 满足条件
612出液径
吸收操作中SO空气中含量极低吸收液吸收前密度变化出液口径取
613进气径
SO遇水呈弱酸性道腐蚀选取热缝锈钢（GBT1497694）
进气进气常压进气取
圆整规格
实际通气体接气速：
614出气径
吸收操作中SO空气中含量极低吸收前气体体积变换径取
62泵选取：
离心泵选取（册附录362页）：
输送清水泵选清水泵
a) 流量
b) 流量需扬程
式中 —两截面处位头差
—两截面处静压头差
—两截面处动压头差
—直阻力
—件阀门局部阻力
根前面设计资料述公式项进行估算：
路总阻力需压头计算根路立面布置计算雷诺数： （湍流）
利柏拉修斯关系式：
根填料塔高泵体位置路长ｌ取13米
选三90弯头三截止阀全开
考虑安全系数查流量安全系数11扬程安全系数105～11
该吸收清水吸收剂化工原理（）（362页）附录知选取IS10080160型泵性参数
表61 离心泵参数
转速
流量
扬程
效率 电机功率 必须气蚀余量
2900
100
32
78 15 4
核算轴功率：泵选取符合求
63风机选型：
输送气体SO选离心通风机（册附录365页）
伯努利方程知：
通查化工原理（）附录知
选472116C型离心通风机特性参数：
表62 离心通风机参数
转速
rmin
风压
Pa
风量
效率
功率
kW
800
2942
5610
91
073
第七章 关填料塔设计选材
设计填料塔设计温度20设计压力1013kPa塔设备常年暴露室外求足够强度塑度筒体封头塔裙选15MnNiDR（34页表123）合金钢部件选Q235A（15页表17）钢材制
塔设备筒体包括腐蚀度厚度求径4mm
综述筒厚度10mm根化工机械设备查D1400mm知椭圆形封头厚度12mm
参考文献
1：夏清陈常贵化工原理册[M]天津学出版社2005
2：化学化工学院化工系化工原理课程设计指导书蒙古科技学2007
3：王立业刁玉伟等化工设备机械基础[M]连理工学出版社2006
4：路秀林王者相等塔设备[M]化学工业出版社2004
5：潘永亮化工设备机械基础[M]科学出版社2007
6：贾绍义柴诚敬化工原理课程设计[M]2006
7：董亲化工设备机械基础[M]化学工业出版社2002
附录
工艺设计计算结果汇总符号说明
表1基础物性数物料衡算结果汇总
项目
符号
数值计量单位
吸收剂（水）密度
ρL
9982
溶剂粘度
μL
000100536
溶剂表面张力
δL
726940896
二氧化硫水中扩散系数
DL
529×106
混合气体均摩尔质量
3075
混合气体均密度
1257
二氧化硫空气中扩散系数
DG
0039
亨利系数
E
355×103
气液相衡常数
3504
溶解度系数
H
00156
二氧化硫进塔摩尔
Y1
00526
二氧化硫出塔摩尔
Y2
000263
惰性气体摩尔流量
G
8548
吸收剂摩尔流量
L
426716
液相进口摩尔
X2
0
液相出口摩尔
X1
00010
表2填料塔工艺尺寸计算结果表
项目
符号
数值计量单位
气相质量流量
276540
液相质量流量
7689422
塔径
1000
空塔气速
0783
泛点率
6957
喷淋密度
U
9802
解吸数
S
07019
气相总传质单元数
63638
液体质量通量
UL
9795442
气体质量通量
UG
352280
气膜吸收系数
0035546
液膜吸收系数
13132
气相总吸收系数(校正)
792572
液相总吸收系数（校正）
12612
气相传质单元高度
06820
填料层高度
52
填料塔部空间高度
13
填料塔部空间高度
25
塔附属高度
38
塔高
9
布液孔数
132点
表3流体力学参数计算结果汇总
项目
符号
数值计量单位
填料层压力降
△P
2193516
泛点率
6957
表4附属设备计算结果汇总
项目
选型
数值计量单位
液体进出口接
热缝钢
液体实际流速
气体进出口接
热缝锈钢
φ24512mm
气体实际流速
离心泵选型
IS10080160单级单吸离心泵
扬程 H1211m
风机选型
472116C型离心通风机
风压
表5 聚乙烯阶梯环填料性参数汇总
项目
符号
数值计量单位
公称直径
50mm
塔径填料公称直径值
Dd
>8
填料子
80m
界表面张力值
33
形状修正系数
145
填料分段高度推荐值
m
表6符号说明（英文字母）
——填料层润滑表面积
S——脱吸数次
——填料层效传质表面积（）
——扩散系数 塔径
——液体质量通量
——气体质量通量
——亨利系数
——重力加速度
——溶解度系数
——气相传质单元高度
——液相传质单元高度
——气相总传质单元高度
——液相总传质单元高度
——液体喷淋密度
——相衡常数次
——气相传质单元数次
——液相传质单元数次
——气相总传质系数次
—— 液相总传质系数次
——总压
——温度0C
——气体通常数
——填料直径
——空塔速度
——液泛速度
——惰性气体流量kmolh
——混合气体体积流量
—液膜吸收系数
——气膜吸收系数
—气相总吸收系数
—液相总吸收系数
—气相总传质系数
—液相总传质系数
——吸收剂量
——吸收液量
——吸收剂质量流量
——气体质量流量
——密度
——填料子 修正系数次
表7符号说明
——液相
——气相
——混合气流量
——混合气质量流量
x——溶质液相中摩尔分率 次
X——溶质液相中摩尔 次
y——溶质气相中摩尔分率 次
Y——溶质气相中摩尔 次
Z——填料层高度
’——填料高度
表8符号说明（希腊字母）
——粘度
——密度
——表面张力
——均数均
——
——
致谢
次课程设计两周时间完成通次课程设计填料塔设计方案填料塔设计基程设计方法步骤思路定解认识相实际填料塔设计工作模拟课程设计程中基规定程序进行先针填料塔特点收集调查关资料然进入草案阶段间指导教师进行次方案讨修改讨逐步解设计填料塔基序定案设计方案确定老师指导进行扩初详细设计计算物料守衡传质系数填料层高度塔高等进行塔附件设计
次课程设计基设计务书指导书技术条件求进行学间相互联系讨整体设计基满足求设计指导程中发现问题理数计算难困难实际选材附件选择等实际问题方面应学中加强改进
课程设计完成代表身学终止完成程中发现缺点足化工原理课程设计完成说深刻意义衷心感谢赫老师指导学学
蒙古科技学课程设计
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化工生产中气体吸收程利气体混合物中组分液体中溶解度化学反应活性差异气液两相接触发生传质实现气液混合物分离化学工业中常需气体混合物中组分加分离目：
① 回收捕获气体混合物中物质制取产品
② 工艺气体中害成分气体净化便进步加工处理工业放空尾气中害物免污染气
实际程时兼净化回收双重目
吸收利混合气体中组分液体中溶解度差异分离气态均相混合物种单元操作化工生产中原料气净化组分回收等
气液两相分离通密切接触进行正常操作气相连续相液相分散相气相组成呈连续变化气相中成分逐渐分离出填料塔气液呈连续性接触气液传质设备属微分接触逆流操作程塔底部支撑板支撑填料允许气液通支撑板填料整砌乱堆两种方式填料层方液体分布装置液体均匀喷洒填料层填料层空隙率超90般液泛点较高单位塔截面积填料塔生产力较高研究表明压力03MPa时填料塔分离效率明显优板式塔
次课程设计务水吸收空气中二氧化硫然进行解吸处理二氧化硫求设计包括塔径填料塔高度塔尺寸等需通物料衡算需基础数然进行需尺寸计算种设计参数图绘制基础提供数参考
目录
摘 I
目录 II
第章 设计方案容 1
11流程方案 1
12设备方案 1
第二章 设计方案确定 2
21吸收流程选择 2
211吸收工艺流程确定 2
212流程装置确定 3
22吸收剂选择 3
23吸收剂生方法选择 4
24操作温度压力确定 4
241操作温度确定 4
242操作压力确定 5
第三章 吸收塔设备填料类型选择 6
31吸收塔设备选择 6
32填料类型选择 6
33填料规格选择 7
34填料材质选择 7
第四章 吸收塔工艺条件计算 8
41基础物性数 8
411液相物性数 8
412气相物性数 8
42确定气液衡关系 9
43吸收剂操作线确定 9
431吸收剂量确定 9
432操作线方程确定 10
44塔径计算 11
441采Eckert通关联图法计算泛点速率 11
442操作气速： 13
443塔径计算： 13
444单位高度填料层压降校核 14
45填料层高度计算 14
451传质系数计算 14
452 填料层高度 17
46填料塔附属高度计算 18
第五章 填料吸收塔附属装置选型 19
51液体分布器简设计 19
511液体分布器选型 19
512分布点密度布液孔数计算 20
52塔底液体保持高度计算 21
53附属塔件选择 22
531 填料支撑板 22
532 填料压紧装置床层限制板 22
第六章 辅助设备选型 23
61径选择 23
611进液径 23
612出液径 23
613进气径 24
614出气径 24
62泵选取： 24
63风机选型： 26
第七章 关填料塔设计选材 27
参考文献 28
附录 29
致谢 34
填料塔化工原理课程设计
第章 设计方案容
11流程方案
指完成设计务书达务采样工艺路线包括需装置设备物料设备间走方需观测仪表调节装置取样点否需备设备等述容绘制流程图
12设备方案
根设备求确定选什形式设备吸收塔选板式塔填料塔什选填料塔选填料塔塔填料形式尺寸材质选定方案确定需加证技术行基础考虑济性
第二章 设计方案确定
21吸收流程选择
211吸收工艺流程确定
工业吸收流程种样角度进行分类吸收剂种类仅种吸收剂步吸收流程两种吸收剂两部吸收流程塔设备数量分单塔吸收流程塔吸收流程塔气液两相流分逆流吸收流程流吸收流程等基流程外特定条件部分溶剂循环流程
（）步吸收流程两部吸收流程
步流程般混合气体溶质浓度较低时程分离求高选种吸收剂完成务情况混合气体中溶质浓度较高吸收求高难步吸收达规定吸收求 程操作费较高济性角度分析够适宜时考虑采两步吸收流程
（二）单塔吸收流程塔吸收流程
单塔吸收流程吸收程中常流程程特需般采单塔吸收流程程分离求较高单塔操作时需塔体高采两步吸收流程时需采塔流程（通常双塔吸收流程）
（三）逆流吸收流吸收
吸收塔生塔气液相逆流操作流操作逆流操作具传质推动力分离效率高（具理级分离力）显着优点 广泛应工程特需般均采逆流吸收流程
（四）部分溶剂循环吸收流程
填料塔分离效率受填料层液体喷淋量影响较液相喷淋量时降低填料塔分离效率塔液相负荷难充分润湿填料表面时采部分溶剂循环吸收流程提高液相喷淋量改善塔操作条件
设计采单塔逆流操作
212流程装置确定
常吸收装置流程逆流操作流操作吸收部分循环操作塔串联操作串联—联操作根设计务工艺特点结合种流程优缺点采常规逆流操作流程传质均推动力传质速率快分离效率高吸收利率高流程图：
图21工艺流程图
22吸收剂选择
吸收剂选择应考虑方面：
(1)溶解度 吸收剂溶质溶解度提高吸收速率减少吸收剂量
(2)选择性 吸收剂溶质组分良溶解力组分吸收甚微
(3)挥发度：操作温度吸收剂蒸汽压低减少吸收生程挥损失
(4)粘度 吸收剂操作温度粘度低流动性提高传质传热速率
(5)： 选吸收剂量毒性腐蚀性易爆易燃发泡点低廉价易化学性质稳定
般说种吸收剂难满足求选针具体情况素考虑工艺求兼顾济合理性
设计采水作吸收剂二氧化硫作溶质
23吸收剂生方法选择
吸收剂采生方案工业常吸收剂生方法减压生加热生气提生等
A 减压生（闪蒸）
吸收剂减压生简单吸收剂生方法吸收塔吸收量溶质吸收剂进入生塔减压融入吸收剂中溶质生该方法适加压吸收吸收续工艺处常压较低压力条件吸收操作处常压条件进行采减压生解吸操作需真空条件进行程够济
B 加热生
加热生吸收剂生常方法吸收量溶质吸收剂进入生塔加热升温溶入吸收剂中溶质解吸生温度必须高吸收温度该方法适常温吸收接常温吸收操作否吸收温度较高生温度必然更高需消耗更高品位量般采水蒸气作加热介质加热方法具体情况采直接蒸汽加热采间接蒸汽加热
24操作温度压力确定
241操作温度确定
物理吸收言降低操作温度吸收利低环境温度操作温度消耗量制冷动力般取般情况取常温吸收较利特殊条件吸收操作方采低高环境温度操作
化学吸收操作温度应根化学反应性质定考虑温度化学反应速度常数影响考虑化学衡影响吸收反应具适宜反应速度
生操作较高操作温度降低溶质溶解度利吸收剂生
设计言吸收程气液关系知温度降低增加溶质组分溶解度低温利吸收操作温度低限应吸收系统具体情况决定次设计求操作温度定20
242操作压力确定
操作压力选择根具体情况分三种：
物理吸收加压操作方面利提高吸收程传质推动力提高程传质速率方面减气体体积流率减吸收塔径操作十分利工程专门吸收操作气体加压程济性角度合理前道工序压力参数进行吸收操作情况般前道工序压力作吸收单元操作压力
化学吸收程质量传递程控制提高操作压力利化学反应程控制操作压力程影响完全根前工序压力参数确定吸收操作压力加吸收压力然减气相体积流率减塔径然利
减压生(闪蒸)操作操作压力应吸收剂生求定逐次次吸收压力减生操作压力逐次闪蒸生效果般优次闪蒸效果
设计中吸收程气液衡知压力升高增加溶质组分溶解度加压利吸收着操作压力升高设备加工制造求提高耗增加综合考虑采常压101325kPa
第三章 吸收塔设备填料类型选择
31吸收塔设备选择
吸收程够完成分离务塔设备种众塔设备中选择合适类型进行工艺设计首工作进行项工作需吸收程进行充分研究方案方较满意结果般言吸收塔设备精馏程需塔设备具相原求较直径塔设备完成规定处理量塔板填料层阻力具良传质性具合适操作弹性结构简单造价低易制造安装操作维修等
液体流率低难充分润湿填料塔径填料塔济情况采板式塔宜作吸收程般具操作液气特点更适填料塔外填料塔阻力效率高利程节吸收程说采填料塔居
次吸收塔设计选择填料吸收塔
32填料类型选择
工业填料形状结构分散装填料规整填料两类（6567页）：
(1) 散装填料 机方式堆积塔种典型散装填料：
拉西环填料 早工业填料性较差目前工业已少
鲍尔环填料 拉西环基础改进利率提高
阶梯环填料 鲍尔环改进目前环形填料优良种
弧鞍 填料 般采瓷质材料易碎工业中常
环矩鞍填料 集环型鞍型优点工业应广种金属散装填料
(2) 规整填料 定形状整齐堆砌工业波纹填料优点结构紧凑传质效率高处理量易处理粘度悬浮物物料造价高
根分离工艺求考虑素：
(1)传质效率 满足工艺条件前提选传质效率高HETP(HTU)低填料
(2)通量 保证较高传质效率前提选较高泛点气相动子填料
(3)填料层压降 压降越动力耗费越少操作费越
(4)操作性 填料具较操作弹性具定抗污堵抗热敏力等
33填料规格选择
(1)散装填料 常1625385076等种规格
般推荐： 300时选25填料时选25—38填料 时选填料般塔中常填料
(2)规整填料 分离求通量求场条件物料性质设备投资操作费等方面综合考虑考虑工艺求兼顾济合理性（6768页）
34填料材质选择
(1)陶瓷 具耐腐性耐热性质脆易碎宜高击强度
(2)金属 碳钢低腐蚀腐蚀物系优先考虑锈钢耐外物系腐蚀特种合金钢价格高特殊条件
(3)塑料 包括PP(聚丙烯)PE(聚乙烯) PVC(聚氯乙烯)等般采PP(聚丙烯)材质塑料耐腐蚀性耐低热性具冷脆性表面润湿性较差
般讲操作温度较高显著腐蚀性时选金属填料温度较低选塑料填料物系具腐蚀性操作温度高宜采陶瓷填料
综述考虑设计利清水吸收SO吸收液显弱酸性定腐蚀性时考虑济合理性吸收效率先选聚乙烯阶梯环否合理面计算中进行核算校验（68页）
第四章 吸收塔工艺条件计算
41基础物性数
411液相物性数
低浓度吸收程溶液物性数似取纯水物性数
20℃时水关物性数（册附录332页）：
密度
粘度
表面张力
SO2水中扩散系数
412气相物性数
混合气体均摩尔质量
混合气体均密度
混合气体粘度似取空气粘度查手册（册附录330页）20空气粘度
空气中扩散系数
42确定气液衡关系
表41干气体水溶液亨利系数查20℃SO亨利系数（册80页表21）：
表41气体水溶液亨利系数
气体 10℃ 20℃ 30℃
0245 0355 0485
设计常压：
相衡常数：
查化工原理（）附录（附录332页）20℃时水关物理数：
密度：
摩尔质量：
溶解度系数：
该系统相衡关系表示y*＝mX3504X
43吸收剂操作线确定
431吸收剂量确定
进塔气相摩尔：
出塔气相摩尔：
进塔惰性气体流量：
该吸收程属低浓度吸收衡关系直线液气计算
纯溶剂吸收程进塔液相组成：
般情况取吸收剂量量（1120）倍时较适宜
取操作液气：
15
吸收剂量：
432操作线方程确定
图31 逆流操作吸收塔截面mn塔底间列物料衡算：
吸收塔操作线方程式：
44塔径计算
441采Eckert通关联图法计算泛点速率
图41填料塔泛点压降通关联图
（查：化工原理课程设计（化工传递单元操作课程设计））
水吸收二氧化硫程操作温度压力较低工业塑料散装填料中阶梯环填料综合性较选聚乙烯阶梯环填料
相关数：化工原理（）附录查20水关数（册附录332页）：
黏度
密度
塔底混合气体均摩尔质量 ：
塔气体均密度：
气相质量流量：
液相质量流量似纯水流量计算
Eckert通关联图横坐标：
查图41填料塔泛点压降通关联图坐标
式中：：泛点气速 ms
g：重力加速度 981ms2
：气相液相密度 kgm3
：液体粘度 mPa·s
（处1）
根选择知选取 塑料阶梯环
查 化工原理（）表36 知
442操作气速：
填料塔塔径根生产力空塔气速计算空塔气速面验公式确定散装填料泛点率验值
取
443塔径计算：
圆整 取：
泛点率校核：
填料规格校核：
（合适）
液体喷淋密度U校核：
取喷淋密度：
查 化工原理（）（181页）表36 知
单位时间立方米塔截面吸收剂量：
校核知填料塔直径选1000mm合理
444单位高度填料层压降（）校核
关联图计算填料层压强降
横坐标表 32查
45填料层高度计算
451传质系数计算
（1）效面积（润湿面积）
气相总传质单元高度采修正恩田关联式计算：
表42知聚乙烯
表42填料材质界表面张力值
材料
钢
陶瓷
聚乙烯
聚氯乙烯
碳
玻璃
涂石蜡表面
dyncm
75
61
33
40
56
73
20
查化工原理（）附录（331页）20时水表面张力：
液体质量通量：
（2）液相吸收系数k式计算：
20℃SO水中扩散系数D147
（3）气膜吸收系数
表43知0℃时SO空气中扩散系数：
表43物质空气中扩散系数（0℃1013kPa）
扩散物质
扩散系数
扩散物质
扩散系数
H2
N2
O2
CO2
HCl
SO2
SO3
NH3
0611
0132
0178
0138
0130
0103
0095
0170
H2O
C6H6
C7H8
CH3OH
C2H5OH
CS2
C2H5OC2H5
0220
0077
0076
0132
0102
0089
0078
根公式：
表44常见填料形状系数
填料类型
球形
棒形
拉西环
弧鞍
开孔环
ψ值
072
075
1
119
145
查表44
气相传质单元高度
传质单元数Z
脱吸数：
气相总传质单元数：
452 填料层高度
根设计验填料层设计高度般取
查附阶梯环填料m
取计算填料层高度5200mm需分段
46填料塔附属高度计算
塔部空间高度通相关资料知取13m塔底液相停留时间15min考虑塔釜液占空间高度：
考虑气相接占空间高度底部空间高度取25m塔附属空间高度取
塔实际高度取
第五章 填料吸收塔附属装置选型
51液体分布器简设计
511液体分布器选型
液体分布装置种类样喷头式盘式式槽式槽盘式等工业应式槽式槽盘式（8182页）
性优良液体分布器设计时必须满足点：
⑴液体分布均匀 评价液体分布均匀标准：足够分布点密度分布点均匀性降液点间流量均匀性
①分布点密度液体分布器分布点密度选取填料类型规格塔径操作条件等密切相关种文献推荐值相差较
致规律：塔径越分布点密度越液体喷淋密度越分布点密度越散装填料填料尺寸越分布点密度越表51列出散装填料塔分布点密度推荐值
表51 Eckert散装填料塔分布点密度推荐值
塔径mm
分布点密度塔截面
D400
330
D750
170
D≥1200
42
②分布点均匀性分布点塔截面均匀分布较分布点密度更重问题设计中般需通反复计算绘图排列进行较选择较佳方案分布点排列采正方形正三角形等方式
③降夜点间流量均匀性保证分布点流量均匀需分布器总体合理设计精细制作正确安装高性液体分布器求分布点均流量偏差6
⑵操作弹性 液体分布器操作弹性指液体负荷负荷设计中般求液体分布器操作弹性2～4液体负荷变化工艺程时求操作弹性达10时分布器必须特殊设计
⑶截面积 液体分布器截面积指气体通道占塔截面积应35
⑷ 液体分布器应结构紧凑占空间制造容易调整维修方便
该吸收塔液相负荷较气相负荷相较低选槽式液体分布器
填料层高度塔径超某数值时填料层需分段段填料层间安设液体分布器收集填料层液体填料层提供均匀液体分布
452节中知次设计填料层需分段需安装液体分布器
512分布点密度布液孔数计算
Eckert建议值D750mm1200mm 时喷淋点密度170点m2该塔液相负荷较设计取喷淋点密度170点 m2 布液点数
点
分布点均匀流量均匀原进行布点设计设计结果：二级槽设七道槽侧面开孔槽宽度80mm槽高度210mm两槽中心矩160mm分布点采三角形排列实际设计布点数n132点(见示意图)
布液计算：
L 液体流量 m3s
n 开孔数目
孔流系数取055～060
d0 孔径m
开孔方液位高度m
取
图51 槽式液体分布器二级槽布液点示意图
设计取
52塔底液体保持高度计算
取布液孔直径14mm液位保持中液位高度公式：
：：
式中：：布液孔直径m
L：液体流率m3s
：布液孔数
：孔流系数
：液体高度m
：重力加速度ms2
值孔液体流动雷诺数决定
取
取
根验 液位保持高度：
53附属塔件选择
531 填料支撑板
填料支撑板作支撑塔填料常填料支撑装置栅板型孔型驼峰型等散装填料通常选孔型驼峰型支撑装置设计中防止填料支撑装置处压降甚发生液泛求填料支撑装置截面积应75
次设计选梁式气喷式支撑板（8384页）
532 填料压紧装置床层限制板
散装填料选压紧栅板选压紧网板方根填料规格铺设层金属网压紧栅板固定设计中防止填料压紧装置处压降高甚发生液泛求压板限制板截面分率70％
次设计选压紧网板（84页）
第六章 辅助设备选型
61径选择
设计中填料塔处接气体液体进料口出料口接（册附录357页）分液体进料气体进料径计算例进行说明气体液体道中流速选择原：常压塔气体进出口气速取10～20ms（高压塔气速低值）液体进出口流速取08～20ms（必时加）
气相体积流量
液相体积流量
611进液径
清水腐蚀性选择热缝钢（GB816387）
取
查化工原理（）附录子规格知
圆整取规格
核算u： 满足条件
612出液径
吸收操作中SO空气中含量极低吸收液吸收前密度变化出液口径取
613进气径
SO遇水呈弱酸性道腐蚀选取热缝锈钢（GBT1497694）
进气进气常压进气取
圆整规格
实际通气体接气速：
614出气径
吸收操作中SO空气中含量极低吸收前气体体积变换径取
62泵选取：
离心泵选取（册附录362页）：
输送清水泵选清水泵
a) 流量
b) 流量需扬程
式中 —两截面处位头差
—两截面处静压头差
—两截面处动压头差
—直阻力
—件阀门局部阻力
根前面设计资料述公式项进行估算：
路总阻力需压头计算根路立面布置计算雷诺数： （湍流）
利柏拉修斯关系式：
根填料塔高泵体位置路长ｌ取13米
选三90弯头三截止阀全开
考虑安全系数查流量安全系数11扬程安全系数105～11
该吸收清水吸收剂化工原理（）（362页）附录知选取IS10080160型泵性参数
表61 离心泵参数
转速
流量
扬程
效率 电机功率 必须气蚀余量
2900
100
32
78 15 4
核算轴功率：泵选取符合求
63风机选型：
输送气体SO选离心通风机（册附录365页）
伯努利方程知：
通查化工原理（）附录知
选472116C型离心通风机特性参数：
表62 离心通风机参数
转速
rmin
风压
Pa
风量
效率
功率
kW
800
2942
5610
91
073
第七章 关填料塔设计选材
设计填料塔设计温度20设计压力1013kPa塔设备常年暴露室外求足够强度塑度筒体封头塔裙选15MnNiDR（34页表123）合金钢部件选Q235A（15页表17）钢材制
塔设备筒体包括腐蚀度厚度求径4mm
综述筒厚度10mm根化工机械设备查D1400mm知椭圆形封头厚度12mm
参考文献
1：夏清陈常贵化工原理册[M]天津学出版社2005
2：化学化工学院化工系化工原理课程设计指导书蒙古科技学2007
3：王立业刁玉伟等化工设备机械基础[M]连理工学出版社2006
4：路秀林王者相等塔设备[M]化学工业出版社2004
5：潘永亮化工设备机械基础[M]科学出版社2007
6：贾绍义柴诚敬化工原理课程设计[M]2006
7：董亲化工设备机械基础[M]化学工业出版社2002
附录
工艺设计计算结果汇总符号说明
表1基础物性数物料衡算结果汇总
项目
符号
数值计量单位
吸收剂（水）密度
ρL
9982
溶剂粘度
μL
000100536
溶剂表面张力
δL
726940896
二氧化硫水中扩散系数
DL
529×106
混合气体均摩尔质量
3075
混合气体均密度
1257
二氧化硫空气中扩散系数
DG
0039
亨利系数
E
355×103
气液相衡常数
3504
溶解度系数
H
00156
二氧化硫进塔摩尔
Y1
00526
二氧化硫出塔摩尔
Y2
000263
惰性气体摩尔流量
G
8548
吸收剂摩尔流量
L
426716
液相进口摩尔
X2
0
液相出口摩尔
X1
00010
表2填料塔工艺尺寸计算结果表
项目
符号
数值计量单位
气相质量流量
276540
液相质量流量
7689422
塔径
1000
空塔气速
0783
泛点率
6957
喷淋密度
U
9802
解吸数
S
07019
气相总传质单元数
63638
液体质量通量
UL
9795442
气体质量通量
UG
352280
气膜吸收系数
0035546
液膜吸收系数
13132
气相总吸收系数(校正)
792572
液相总吸收系数（校正）
12612
气相传质单元高度
06820
填料层高度
52
填料塔部空间高度
13
填料塔部空间高度
25
塔附属高度
38
塔高
9
布液孔数
132点
表3流体力学参数计算结果汇总
项目
符号
数值计量单位
填料层压力降
△P
2193516
泛点率
6957
表4附属设备计算结果汇总
项目
选型
数值计量单位
液体进出口接
热缝钢
液体实际流速
气体进出口接
热缝锈钢
φ24512mm
气体实际流速
离心泵选型
IS10080160单级单吸离心泵
扬程 H1211m
风机选型
472116C型离心通风机
风压
表5 聚乙烯阶梯环填料性参数汇总
项目
符号
数值计量单位
公称直径
50mm
塔径填料公称直径值
Dd
>8
填料子
80m
界表面张力值
33
形状修正系数
145
填料分段高度推荐值
m
表6符号说明（英文字母）
——填料层润滑表面积
S——脱吸数次
——填料层效传质表面积（）
——扩散系数 塔径
——液体质量通量
——气体质量通量
——亨利系数
——重力加速度
——溶解度系数
——气相传质单元高度
——液相传质单元高度
——气相总传质单元高度
——液相总传质单元高度
——液体喷淋密度
——相衡常数次
——气相传质单元数次
——液相传质单元数次
——气相总传质系数次
—— 液相总传质系数次
——总压
——温度0C
——气体通常数
——填料直径
——空塔速度
——液泛速度
——惰性气体流量kmolh
——混合气体体积流量
—液膜吸收系数
——气膜吸收系数
—气相总吸收系数
—液相总吸收系数
—气相总传质系数
—液相总传质系数
——吸收剂量
——吸收液量
——吸收剂质量流量
——气体质量流量
——密度
——填料子 修正系数次
表7符号说明
——液相
——气相
——混合气流量
——混合气质量流量
x——溶质液相中摩尔分率 次
X——溶质液相中摩尔 次
y——溶质气相中摩尔分率 次
Y——溶质气相中摩尔 次
Z——填料层高度
’——填料高度
表8符号说明（希腊字母）
——粘度
——密度
——表面张力
——均数均
——
——
致谢
次课程设计两周时间完成通次课程设计填料塔设计方案填料塔设计基程设计方法步骤思路定解认识相实际填料塔设计工作模拟课程设计程中基规定程序进行先针填料塔特点收集调查关资料然进入草案阶段间指导教师进行次方案讨修改讨逐步解设计填料塔基序定案设计方案确定老师指导进行扩初详细设计计算物料守衡传质系数填料层高度塔高等进行塔附件设计
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蒙古科技学课程设计
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