1.课程设计目的。
培养自己工程设计能力和自主学习的能力。通过化工原理课程设计的实践，可以逐渐培养学生的编程能力，计算机制图的能力以及加深学生对这门课程的理解与认识。化工原理课程设计是以实际训练为主的课程，学生应在过程中收集设计数据，在教师指导下完成一定的设备设计任务，以达到培养设计能力的目的。
从这个意义上来说，掌握化工单元操作设计的基本程序和方法，培养工程设计能力十分重要。进项课程设计实践也是大学必不可少的环节。
2．课程设计题目描述和要求。
2.1 设计题目描述。
1) 设计题目。
水吸收二氧化硫填料吸收塔设计。
设计一座填料吸收塔，用于脱除废气中的so2，混合气(空气、)的处理量为，其中进口含so2为： 质量分数），采用清水进行逆流吸收。要求塔吸收效率达。
吸收塔操作条件：常压；恒温，气体与吸收剂温度：303k
清水取自自来水。
设计满足吸收要求的填料塔及附属设备；
选择合适的流体输送管路与动力设备（求出扬程、选定型号等），并核算离心泵安装高度。
1）设计方案的确定和说明。
2）吸收塔的物料衡算；
3）吸收塔的工艺尺寸计算；
4）填料层压降的计算；
5）液体分布器简要设计；
6）绘制液体分布器施工图。
7）吸收塔接管尺寸计算；
8）设计参数一览表；
9）绘制生产工艺流程图
10）绘制吸收塔设计条件图。
11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
3. 课程设计方案。
3.1吸收剂的选择。
本题吸收剂要求用清水。
3.2吸收装置的流程。
本题要求逆流操作。
3.3吸收塔设备及填料的选择。
3.3.1吸收塔设备。
本题要求是填料塔。
3.3.2填料的选择。
塔填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。
在选择塔填料时应考虑如下几个问题：
1）比表面积要大比表面积a是指单位体积的填料层所具有的表面积，大的比表面积和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。
2）空隙率大空隙率ε是指单位体积的填料所具有的空隙体积，填料的空隙率大，气液通过的能力大，气体流动的阻力小，填料的空隙率一般在0.45-0.95范围。
3）堆积密度小堆积密度ρ是指单位体积填料的质量，在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量减薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。
4）填料的几何形状填料的几何形状对填料的流体力学和传质性能有着重要的影响。
5）填料的材质工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类，不同的材质适应于不同的操作条件[9]。
对于水吸收so2的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用聚丙烯阶梯环填料。
2.4吸收剂再生方法的选择。
依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方案，工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生、加热再生及气提再生等。
a. 减压再生（闪蒸）
吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得融入吸收剂中的溶质得以再生。该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需要在真空条件下进行，则过程可能不够经济。
b. 加热再生。
加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于吸收温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。
一般采用水蒸气作为加热介质，加热方法可依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热。
3．课程设计报告内容。
1）操作压力：
2）操作温度。
3）吸收剂用量为最小用量的倍。
4）进口含so2为： （质量分数）换算为摩尔分数为。
3.1.1 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。由手册查得，时水的有关物性数据如下：
密度 黏度。
表面张力为。
在水中的扩散系数为。
混合气体的平均摩尔质量为。
由。得混合气体的密度为：
混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查资料得空气的黏度为。
查手册得so2在空气中的扩散系数为。
查表得常压下在水中的亨利系数为。
相平衡常数为。
溶解度系数为。
全塔物料衡算图2－12所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：
惰性气体的流量，；
l—纯吸收剂的流量，；
y1，y2—进出吸收塔气体的摩尔比；
x1，x2—出塔及进塔液体中溶质物质量的比。
注意：本课程设计中塔底截面一律以下标“l”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。
进口气体的体积流量：
二氧化硫的摩尔分数为：
进塔气相摩尔比为：
**率： 出塔气相摩尔比。
进塔惰性气体流量：
空气的体积流量：
出口液体中溶质与溶剂的摩尔比。
该吸收过程属于低浓度吸收，平衡曲线可近似为直线，最小液气比可按下式计算，即。
则进塔吸收剂的流量为。
操作线方程为：
代入数据可得。
聚乙烯塑性阶梯环填料。
主要性能参数为：
公称直径。空塔气速的确定。
通常由泛点气速来确定空塔操作气速。泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。
采用eckert关联式计算泛点气速：
气相质量流量为：
液相质量流量为：
则。由化工原理下册中的乱堆填料泛点线可查出，横坐标为1.585时的纵坐标数值为0.015，即。
查化工原理p149页表11-4 常用散装填料的特性数据可得，阶梯环的填料因子，又因液相为清水，故液体密度校正系数。泛点气速为：
取空塔气速为泛点气速的，即。
圆整塔径。泛点率校核：
再计算空塔气速。
安全系数。3.3.4液体喷淋密度校核。
因填料为，塔径与填料尺寸之比大于8。依式计算最小喷淋密度。因填料尺寸小于，故取，则。
操作条件下的喷淋密度为。
经以上校核可知，填料塔直径选用d=900mm合理。
每米填料层的压降。
根据以上二数值：
在中确定塔的操作点，此点位于两条等压线之间。用内插法估值可求得每米填料层的压强降约为260。
因为在吸收过程所涉及的组成范围内平衡关系为曲线，所以可以用解析法中的脱吸因数法计算传质单元数。
3.4.1传质单元数的计算。
解吸因数为。
气相总传质单元数为。
传质单元高度的计算。
so2用水做吸收剂时，是中等溶解度气体，气膜阻力和液膜阻力在总阻力中有相当的比例。
干填料比表面积为，实际操作中润湿的填料比表面积为，由于只有在润湿的填料表面才可能发生气、液传质，故值具有实际意义。下面介绍计算的恩田（onda）公式，该公式为：
式中，、为单位体积填料层的有效传质面积及填料表面积，；、为液体的表面张力及填料材质的临界表面张力，；为重力加速度。
液体质量通率。则。故。
有。气体质量通率为：
则。气膜吸收系数由下式计算：
则。3.4.3填料层高度的计算。
根据设计经验，填料层设计高度一般为，因此。
取。所以设计取填料层高度为。
对于阶梯环填料，故不需分段。
填料塔附属高度计算。
塔上部空间高度可取1.2m,塔底液相停留时间按1min考虑，则塔釜所占空间高度为。
考虑到气相接管所占的空间高度，底部空间高度可取2.1m,所以塔的附属高度可以取2.9m.
经参考书。查得；直径d=900mm的椭圆封头总深度h为250mm。
填料支承装置的选择。
一般情况下填料支承装置应满足如下要求：
1） 足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量（持液量），并考虑填料空隙中的持液量，以及可能加于系统的压力波动，机械震动，温度波动等因素。
足够的开孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撑处发生液泛；
此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛。
2）结构上应有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于20pa），并且结构简单，便于加工制造安装和维修。由于本题是水吸收二氧化硫的填料塔故要求有一定的耐腐蚀性，塔径及液体负荷不大，故选用栅板支承板。
填料压紧装。
为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。
填料限定可分为类：一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板；一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限制板。填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。
床层限制板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其开始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。一般要求压板和限制板自由截面分率大于70%。
本任务由于使用塑料填料，塔径及液体负荷不大，故选用床层限制板。
穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴，因此需在塔顶气体排出口前设置除沫器，以尽量除去气体中被夹带的液体雾沫，so2溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。
丝网除雾沫器：一般取丝网厚度h=100~150 mm ，气体通过除沫器的压降约为120~250 pa，通过丝网除沫器的最大气速umax=k =0.085 =2.
3875m/s，实际气速为最大气速的0.75~0.8倍所以实际气速u=0.
75×2.3875=1.7906 m/s。
所以丝网除沫器直径d= 0.6984m
3.6液体分布器的设计。
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