年产24465万吨的硫磺制酸工艺设计毕业论文设计

( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)毕业设计年产 24.5 万吨的硫磺制酸工艺设计诚信申明本人申明：本人所提交的论文年产 24.5万吨的硫磺制酸工艺设计 ，论文中所引用的他人的文字，研究成果，是我查阅资料认真思考独立完成的。论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究结果，均在论文中加以说明。本人签名：日期：年月日毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：年产函授站：班级：24.5 万吨硫磺制酸吸收装置工艺设计专业：化工工艺学生姓名：指导教师（含职称）：1 设计（论文）的主要任务及目标：本设计主要是三氧化硫吸收塔的设计， 通过该装置的设计，使学生在熟练掌握专业知识的基础上能够将理论应运到实际生产中去， 从而培养学生理论联系实际以及独立设计、创新能力。撰写设计计算书一份；主体设备装置图1 张，工艺流程图1 套。条件：年开工 300 天，二氧化硫的转化率为95% ，吸收温度 180，吸收率100% 喷淋酸为 80的 98% 的浓硫酸。2 设计（论文）的基本要求和内容：（ 1）完成塔设备的主体部分的物料衡算与主要设备设计计算；（ 2）画出塔设备的装置图；（ 3）画出带控制点的工艺流程图；3 主要参考文献：1 谭天恩 . 化工原理 ( 第二版 ) 下册 M. 北京：化学工业出版社， 19982 匡国柱 . 化工单元过程及设备课程及设计（第二版） M. 北京：化学工业出版社 .20073 编委会，华工工艺手册 M ，化工工业出版社4 张贵军 . 化工计算 M. 北京：化学工业出版社 .20085 侯温顺 . 化工设计概论 ( 第二版 )M. 北京：化学工业出版社 .20086 王绍良 . 化工设备基础 M. 北京：化学工业出版社 .20087 高职高专化学教材编写组编 . 物理化学（第二版） M. 北京：化学工业出版社 .20008 中国石化集团 . 化工工艺设计手册（上，下） . 第 2 版. 北京：化学工业出版社，19949石油化工工规划设计院. 塔的工艺设计 . 北京：石油化学工业出版社，19774 进度安排：序号设计（论文各阶段名称）起止时间1下达任务书及设计要求5月3日5月 4 日2撰写开题报告5月 5日5月 20日3查找资料明确设计目的及基本要求5月 21日6月 2日4设计计算6月 3日6月 14日5绘制设备图6月 15日6月 20日6编写论文6月 21日7月 15日7后期修改7月 21日7月 26日年产 24.5万吨的硫磺制酸工艺摘要本设计所给的任务是在接触法制硫酸工业中，普遍采用“两转两吸 ”的生产系统。其中 “两吸 ”是指硫酸的干燥吸收工序，也是本次设计的主要内容。将原料液通过空气过滤器过滤后的空气进入干燥塔内，塔内用(H 2 SO4 ) 为 96的硫酸吸收空气中的水分，并经塔顶除雾器除去酸沫后进入空气鼓风机，空气经压缩升温后送入焚硫炉。原料和空气在炉内反应， 生成二氧化硫气体可达911，经废热锅炉回收余热后，在气体过滤器除去其中的粉尘。操作时不得超过99以上的浓度。由于干燥和吸收都是放热反应，出塔酸都需经酸冷却器冷却后才能返回塔内循环使用。具有中间吸收的制酸系统，基建投资虽然高些。但是塔能增加硫酸产量，可以使用较高的 SO2 气体浓度。因此，足以抵偿其增加的投资费用。但是，采用中间吸收的主要意义，在于改善硫酸厂的环境。本次设计为了满足生产工艺条件的要求，绘制了工艺流程图， 对吸收塔进行物料衡算和塔的工艺及物性数据进行了计算，并对塔径工艺尺寸作了算。本设计设计合理，满足生产工艺要求。关键词：硫磺；空气；吸收；填料塔；设计目录前言1第 1 章概述3第 1.1 节物质的性质31.1.1硫磺的性质1.1.2硫酸的性质 3 2.3.3第 1.2 节硫酸的用途4第 1.3 节合成方法5第 1.4 节质量指标5第 1.5 节硫酸工业现状及发展趋势.61.5.1我国硫酸工业的生产现状1.5.2我国硫酸工业的发展趋势 7 7 .6.61.5.3硫酸工业企业发展建议及分析 8 7.1.5.4国外硫酸工业的生产现状及发展趋势 7 . .8第 2 章 硫磺制酸吸收工段简介 . .10第 2.1节三氧化硫吸收原理 .10第 2.2节吸收酸浓度的选择 .11第 2.3节高温吸收的工艺原理 .11第 3 章 主要设备的工艺计算 .13第 3.1节中间吸收的工艺计算 .133.1.1酸喷淋量 Q 1 .143.1.2中间吸收塔的物料衡算 .153.1.3塔径的计算 .163.1.4填料层高度的计算 .183.1.5塔附属高度的计算 9 .213.1.6液体初始分布器 8 .223.1.7吸收塔的流体力学参数计算 3 22.第 3.2节 主要设备热量衡算 .233.2.1中间吸收塔热量衡算 5 .23结论 .26致谢 .30附图 .31前言硫酸是常见的三大强酸之一，它是纯晶为无色， 无臭，透明的油状液体。 呈酸性。市售的工业硫酸为无色至微黄色，甚至红棕色，相对密度为98。 1.8365（20），98.3% 的硫酸为 1.8276（ 20），熔点 10.35，沸点 338.有很强的吸水能力，与水可以按不同比例混合。硫酸是工业上常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，它无色、有毒、有强的腐蚀性质的液体。硫酸在化工、医药、农业、国防、工业等行业是不可缺的基础原料和溶剂，它是生产硫酸铵、 过磷酸钙等农药和石油的精练不可缺少的原料，在对巩固国防方面是和军用炸药的生产紧密连结在一起。 所以，再化工生产中硫酸占据着越来越重要的位置。为了达到生产的工艺要求，将硫磺与空气混合加热、焚烧、转化提纯分离以达到回首有用组分目的，本工艺是用浓硫酸来吸收 SO3以达到吸收的目的。吸收是利用气体混合物各组分在液体中溶解度的差别， 用液体吸收剂分离气体混合物的单元操作。吸收是分离有用气体与惰性气体最常用的一种操作， 在化工、炼油等工业中应用很广，它是气体混合物与作为吸收剂的液体充分发接触时， 溶解度大一个或几个组分溶解与液体中，溶解度小的组分仍留在气相，从而实现了气体混合物的分离。在化工生产中， 吸收操作广泛的应用于混合气体的分离， 其具体应用大致有一下几种：回收混合气体中有用价值的组分出去有害组分以净化气体之辈某种气体的溶液工业废气的治理随着冶炼烟气制酸以及硫磺制酸的发展， 我国硫铁矿制酸的产量在总产量中将下降到 50 % 左右， 2005 年，其年产量基本稳定在 1300 万 1400 万吨。对现有大、中型硫铁矿制酸能力暂不能盲目改为硫磺制酸， 主要是采取积极措施解决对水质的污染问题，降低硫铁矿制酸成本，增强竞争力；同时积极推广沸腾炉焙烧硫磺技术。我国硫磺资源较少，硫磺年产量多年来维持在30万吨左右，根据有关部门预测，我国在今后的 1015 年内，为满足国内对油品的需求，进口原油量将达到1 亿吨，而且大部分为中东高硫原油，在加工过程中必然会产生大量硫化氢气体；同时内地炼厂对原油的深度加工，也会副产大量酸性气体，因此，在可预见的将来，我国回收硫磺的总产量会有较大幅度的增长。 同时，会给硫磺制硫酸带来广阔的空间和发展空间。第1章 概述第 1.1节物质的性质1.1.1硫磺的性质 3 块状硫磺为淡黄色块状结晶体，粉末为淡黄色粉末，有特殊臭味，能溶于二硫化碳，不溶于水。比重、熔点、及其在二硫化碳中的溶解度均因晶体不同而异，沸点约为 445，硫磺在空气中燃烧，燃烧时发生蓝色火焰，生成二氧化硫，粉末于空气或氧化剂混合易发生燃烧，甚至爆炸。硫磺是无机农药中的一个重要品种。商品为黄色固体或粉末，有明显气味，能挥发。硫磺水悬液呈微酸性，不溶于水，与碱反应生成多硫化物。硫磺燃烧时发出青色火焰，伴随燃烧产生二氧化硫气体。用于防治病虫害常把硫磺加工成胶悬剂。它对人、畜安全，不易使作物产生药害。硫磺属多功能药剂，除有杀菌作用外，还能杀螨和杀虫。用于防治各种作物的白粉病和叶螬等，持效期可达半月左右。1.1.2硫酸的性质 2(1)化学性质吸水性浓硫酸的吸水作用，指的是浓硫酸分子跟水分子强烈结合，生成一系列稳定的水合物，并放出大量的热： H244O，故浓硫酸吸水的过程SO + nH 2O = H 2 SO nH 2是化学变化的过程， 吸水性是浓硫酸的化学性质浓硫酸不仅能吸收一般的游离态水而且还能吸收某些结晶水合物中的水。脱水性就硫酸而言， 脱水性是浓硫酸的性质反应时，浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比（ 2 1）夺取被脱水物中的氢原子和氧原子。可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物，其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物，被脱水后生成了黑色的炭（碳化）。强氧化性常温下，浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。加热时，浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应， 生成高价金属硫酸盐， 本身一般被还原成 SO 2 热的浓硫酸可将碳、 硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸，本身被还原为SO2。Cu + 2H 2SO4(浓 ) =(加热 )= CuSO 4 + SO2 + 2HO2Fe + 6H2SO4(浓) = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O在上述反应中，硫酸表现出了强氧化性和酸性。难挥发性（高沸点）：制氯化氢、硝酸等（原理：利用难挥发性酸制易挥发性酸） .酸性：制化肥，如氮肥、磷肥等 .稳定性：浓硫酸与亚硫酸盐反应(2)物理性质稀硫酸是一种无色无嗅的透明液体，纯硫酸是一种无色无味油状液体常用的浓硫酸中 H 2 SO4的质量分数为 98.3，其密度为 1.84g cm-3，其物 质的量浓度18.4mol L-1 。硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。浓硫酸溶 解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该 “酸入水，沿器壁，慢慢倒，不断搅。 ” 若将浓硫酸中继续通入三氧化硫 ,则会产生 发烟 现象 ,这样超过 98.3% 的硫酸称为 发烟硫酸 第 1.2节硫酸的用途硫酸是基本化学工业中重要产品之一。 它不仅作为许多化工产品的原料， 而且还广泛地应用于其他的国民经济部门。 它的应用范围日益扩大， 需要数量日益增加。世界的化肥工业在硫酸消费构成中约占 65。中国化肥工业在硫酸消费上所占比例也一直保持在 50 60。在石油工业中，硫酸用于汽油、润滑油等产品的精炼，并用于烯烃的烷基化反应，以生产高辛烷值汽油。钢铁工业需用硫酸进行酸洗，以除去钢铁表面的氧化铁皮。这一工序是轧板、冷拔钢管以及镀锌等加工所必需的预处理。在有色冶金工业中， 湿法冶炼过程用硫酸浸取铜矿、 铀矿和钡矿；电解法精炼铜、 锌、镍、镉等，需用硫酸配制电解液。用萤石和硫酸可制取氢氟酸（见萤石化学加工），它是现代氟工业的基础，与核工业及航天工业密切关联。在硝化棉、梯恩梯、硝化甘油、苦味酸等炸药的制造中， 硫酸是硝化工序不可缺少的脱水剂。 在化学纤维工业中，硫酸用于配制粘胶纤维的抽丝凝固浴； 维纶生产需用硫酸进行缩醛化； 锦纶的制造过程中，硫酸可溶解环己酮肟而进行贝克曼转位。在塑料工业方面， 环氧树脂和聚四氟乙烯等的生产也需用数量可观的硫酸。 在染料工业中， 硫酸用于制造染料中间体。硫酸与钛铁矿反应可制得重要的白色颜料二氧化钛。第 1.3 节合成方法工业上生产硫酸的方法主要有接触法和硝化法两类。 接触法制得的硫酸纯度、 浓度都较硝化法制得的硫酸为高， 我国目前全部以接触法生产， 其工艺流程依所采用的原料种类而异。硫磺法是将硫磺经熔融、 焚烧生产二氧化硫气体， 经废热锅炉、过滤器、再沸器、再经通入空气氧化转化为三氧化硫， 再经冷却、酸吸收制得硫酸成品，其使用本方法时，因原料硫磺纯度高，工艺过程简化 ,S+O2=SO22SO2+O2=2SO3SO3+H2O=H 2SO4不需要复杂的净化工段及废水，废渣治理。硫铁矿法制硫酸是将硫铁矿原料处理后，加入沸腾烧焙炉，通入空气进行氧化焙烧，生产的二氧化硫气体经净化后进入转化器转化为三氧化硫，再经酸吸收制得硫酸成品，其4Fe+11O=8SO 2 +2Fe 2 O33FS 2 +8O 2 =6SO 2 +Fe3O42SO 2 +O 2 =2SO3SO3 +H 2 O=H 2 SO4冶炼烟道气法以冶炼烟气为原料， 将其中的二氧化硫通过转化器转化为三氧化硫， 再经过酸吸收，制得硫酸成品。其2SO 2 +O 2 =2SO3SO3+H 2 O=H 2 SO4第 1.4 节质量指标国家一级标准工业硫酸质量指标（ 1） H 2 SO4 含量大于等于 92.5%;（ 2）灰分含量小于等于 0.010%；（ 3）Fe 的含量小于等于 0.010% ；（ 4）沙的含量小于等于 0.005%；（ 5）透明度大于等于 50mm;（ 6）色度为 2.0mL.第 1.5 节硫酸工业现状及发展趋势1.5.1 我国硫酸工业的生产现状 7 目前，我国共有硫酸生产企业600 多家，其中小型硫酸厂占80% 左右，产量占总产量的 55% 左右，其生产工艺、设备和环保等技术水平相对比较落后，原材料消耗高，设备效率低，环境污染较严重，经济效益较差，与大型企业相比仍有相当大的差距，严重影响了这些企业的市场竞争力.硫酸生产路线有硫璜制酸、烟气制酸、硫铁矿制酸和石膏制酸等。 我国硫酸生产多年来一直是以硫铁矿为主要原料。而国外基本上是以硫磺为生产原料的。硫磺制酸与硫铁矿制酸相比，在环境保护、生产成本以及生产操作等诸多方面存在着一定的优势。近几年来，我国硫磺制酸发展也比较快。1995 年硫铁矿制酸所占比例约为80% ，1998 年硫铁矿制酸所占比例约为60% ，到了2001 年比例下降到 40% 左右。同时，硫磺制酸所占比例由1995 年的 1.5% 左右增加到 2001 年的 30% 左右，硫磺制酸工业发展速度较快。这主要是受进口硫磺价格低、国内硫铁矿资源紧张等因素制约了硫铁矿制酸的发展。近年来我国硫酸工业发展速度较快，硫酸年产量由1995 年的 1684.58 万吨（折100% ）发展到 2001 年的 2651.34 万吨（折 100% ）， 1995 年至 2002 年间硫酸产量年平均增长率达到了 8.11% 。1.5.2 我国硫酸工业的发展趋势 7 我国是农业大国， 随着农业和化学工业的发展，化肥产量增长很快。 硫酸产品消费量也将随之增加。 在我国硫酸工业的发展中， 应尽快调整硫酸企业的规模结构，硫铁矿制酸与硫磺制酸相比， 在硫铁矿资源、 品位、运输费用以及环保等方面存在着一定的劣势。近几年来， 在进口硫磺价格较低的带动下， 使得我国硫磺制酸工业发展较快，现在我国硫磺制酸的比例占硫酸工业已达到了 30% 左右。改变了以硫铁矿制酸中小型企业为主体的状况， 尽一步发展硫磺制酸， 在沿海地区有选择地建设硫磺制酸装置，充分利用低价位的进口硫磺原料， 使我国硫磺制酸生产能力占硫酸工业的 45% 左右为宜。同时保持硫铁矿制酸的生产比例， 避免国际硫磺市场对我国硫酸行业的冲击。改中小企业为大型企业，发挥规模经济的优势。为满足我国对硫酸逐年递增的需求量，有计划地新建一些硫酸生产装置，并充分考虑到选地、与磷肥基地相配套等，生产规模上应 15 万吨年以上为宜。 8 1.5.3 硫酸工业企业发展建议及分析我国硫酸工业与世界硫酸强国的差距，以及硫酸行业面临的挑战， 提出以下发展建议：要创建一流硫酸企业。 针对我国硫酸行业中小企业居多、 企业管理相对比较落后的现实情况， 我们要把重点放在加强企业管理方面， 尽快改善我国硫酸企业管理落后的局面。 硫酸企业应把产品质量视为企业的生命，把质量工作放企业各项工作的首位，发挥品牌效应，创造世界知名品牌，向管理要效益。加速实现企业大型化、信息化、自动化。组建企业集团只是形式上的做大，真正要实现企业大型化达到降低硫酸成本的目的， 还必须通过技术改造尽快实现硫酸设备的大型化。 其次通过技术改造来加速实现硫酸企业信息化、自动化。 信息化可使企业的销售、供应、技术及管理快捷、畅通地和国际接轨，为此我国的硫酸企业必须尽快进入网络时代。 同时，实现硫酸生产控制自动化也是降低硫酸生产与劳动有关费用成本的必由之路， 控制自动化程度越高， 硫酸成本与劳动有关的费用就越低， 硫酸企业的劳动生产率就越高。提高硫酸企业装备技术水平。 发展我国自身技术的同时， 对发达国家已经研制成功的硫酸新工艺、新技术、新材料、新设备，我们可以通过对工艺技术和成套设备的引进，也可以因地制宜地消化吸收之后用来改造我们自己的硫酸装备， 向国外技术水平靠拢，从而尽快提高我国硫酸企业的装备技术水平。 积极采用高新技术和先进适用技术，改造和提升传统产业。 要完善以企业为主体的技术创新体系， 在继续搞好引进技术和关键设备消化吸收的基础上结合我国国情开展技术创新， 希望有更多的企业和科研设计单位能拥有自己的专利技术和知识产权。 我们要继续搞好对外开放， 加大对外技术交流和国际合作的广度和深度， 逐步缩小我们与国外的差距。 我们要运用世贸组织的有关规则，制定具体的应对措施，保护硫酸产业安全。分利用废热能源。硫资源带来的废热能源是硫酸行业得天独厚优势之所在，石油、天然气、煤等主要能源原料的供不应求更加反映出硫酸行业废热能源的弥足珍贵。对国内硫酸企业来说和国际市场完全平等的接轨将意味着硫酸价格的进一步下降。目前，西北欧的硫酸企业出售硫酸废热能源获得的利润， 已经远远超过了销售硫酸获得的利润。 因此充分利用硫酸系统高中低温位废热能源是十分必要的。 我国现有利用硫酸系统的中压蒸汽发电的硫酸企业只占硫酸企业总数的10.6 % ，数量太少，应积极利用热管技术等新技术回收硫酸中废热， 将提高我国硫酸废热的回收水平。人才是事业之本。我国不仅需要创建一支高素质的硫酸产业科技人才队伍，而且还需要创建一支高素质的硫酸产业企业家和职工队伍，二者缺一不可 . 一个硫酸企业管理水平的高低和科技人才的使用主要取决于该企业的“领导班子” 特别是“一把手”。同时还需要一支有奉献精神、敢打硬仗善打硬仗的高素质职工队伍。环保达标成为企业生存的首要条件。21 世纪是绿色世纪，实施的是可持续发展战略，企业的命运与环境的关系比以往任何时候都更为密切。按照我国目前大气污染物综合排放标准 ，新建装置的二氧化硫最高允许排放浓度为960mg m3。大型装置，特别是硫磺制酸装置，只要设计合理、管理严格完全可以达到这一标准。总之，我国的硫酸企业必须严格执行国家的环境保护政策，加强能源和资源的综合利用，坚持采取“可持续发展”之策略，才能保证硫酸企业立于不败之地。 7 1.5.4 国外硫酸工业的生产现状及发展趋势近年来，国外硫酸工业技术不断得到改进， 主要集中在设备结构和材质的改进， 提高余热利用效率和节能生产装置的大型化， 环境保护和安全生产，催化剂的改进， 以及生产操作的计算机管理方面。国外硫酸工业先进，热能利用率高，既能发电，又能供热。自动化水平高，便于管理，提高劳动生产率。在意大利罗马召开的 2008 年全球硫酸研讨会上， 英国硫酸咨询公司的首席咨询师迈克凯托指出， 收受新增产能陆续投产的影响，全球硫酸市场将面临供过于求的局面。预计2017 年全球硫酸产品将增加到 3560 万吨年，其中 大部分来自中东，加拿大，哈萨克斯坦和中国。同时，全球硫酸消费量有望增加 2090 万吨年，其新增消费量来自东亚， 非洲，大洋洲和中东地区。产能增速 将远超过需求增速，这意味着全球硫酸市场将出现产量过剩情况，即硫酸产品也将会过剩。 现代化的硫酸装置都有生产规模大操作人员少的特点， 一旦设备发生故障将会造成重大经济损失。 特别是冶炼烟气制酸厂， 硫酸装置的故障， 还会影响有色金属的生产，造成损失更大。因此，改进设备的结构和材质，保证生产装置的可靠稳定运转，是个各家公司不断努力的方向。国外生产装置中三废得到妥善的解决，不污染周围环境，SO2 排放气中含量 82.5 kg3 t(H 2 SO4 )t30 表 4出口的温升和浓度变化C1C2t1t 298%98.7%801103.1.2 中间吸收塔的物料衡算 4 G VB (Y1Y2 )LS(X1X 2)（3.1-2 ）其中：G被吸收的溶质量 ;VB不含溶质的惰气流率， kmol h;X,Y分别为液相和气相的比摩尔分率，kmol h;SO3吸收剂流率 , kmol h;下标：1指塔底2指塔顶100%的吸收率G3.30105 mol hVB =(33.00.87198)104 mol h =2.006106Y20mol hY1G VB3.30 20.060.166q=14.66m3 t(H 2 SO4 )SO3 : 14.66 1032738010.5103 mol h27318022.4H2SO4 :110 610.2103 mol h98LSSO33.30510.210367.32 105mol h（3.1-3）G100.5103H2SO43.75X 10.04976.5出口酸浓度 :C2(76.53.75)9810580.259898.9%10076503.759876.51053.75105808098则喷淋密度 :6.610 5497.7 m3(m2h)L喷1032.221.7786合乎要求。3.1.3 塔径的计算 64VSDu（ 3.1-4）其中 D： 塔径，VS :操作条件下混合气流量,u : 适宜空塔气速 , m s .u安全系数uFuF :为泛点气速 , m s .I 泛点气速Eckert 通用压降关联图L(G)0.5V L,L ,V 分别为液气相流率，kg huF(G )0.2gLG ,L 分别为气液相密度，kg m3L 液相粘度， mPaS液相密度核正系数，实验测取得填料因子，水液（ 3.1-5 ）g重力加速度， m s2.L67.32 10 5986.6105 kgh1000V 1.74104648.701033228198.0 10 45.7 104 kg h1000G5.710422.427380104 10 30.99 kgm320.06(273180)98% 的浓硫酸在 80时的L 1.7786 103 kg m3LG)0.56.61050.993 )0 .50.273(4(V L5.7 10 1.778610根据 Eckert 通用压降关联图uF2(G )u 0. 20.074gL水1.0 103液 1.7786 103采用 76mm 钢性西环取填料因子80L 6mPaS即 :21.0800.990.2uF1.77869.8(1.7786 103 ) 60.074uF4.55 m s取安全系数 80%则空塔气速 u4.5580%3.64m sVS (2.00610 63.30 105 ) 22.4 10 3 ( 27380)111.33 m3 s(273180)36004VS411.33（ 3.1-6）D1.99mu 3.14 3.64取 D=2.2m核算 u4VS411.33（）uD 22.223.142.98 m s3.1-6核算径比D d =220076=29 符合要求3.1.4 填料层高度的计算 6ZHOG NOGVBY1dY依式，K Y aY2 YY*（3.1-7）Z 填料层高度 ,m；H OG 传质单元高度，m;NOG 传质单元数，m;VB 惰性气体流量，kmol s;K Y a 气相体积吸收总系数，kmol (m3 * s) ；I 单元高度计算VB其中 K Y a K G aPH OGK Y a（3.1-8 ）111K G akG aHk L a（3.1-9 ）K G a 气相体积吸收总系数;kG a, kL a 分别为气液相体积分系数；（ 1） 本设计采用恩田式计算填料润湿面积aW 作为传质面积 a，依改进的恩田式及分别计算K G 及K L ,再合并为 K G a和K L a 。列出各关联式中的物性数据G,L 气相和液相的密度 , kg m3;G ,L 气相和液相的粘度 ,PaS;DG , D L 溶质在气相和液相中的扩散系数 , m2 s; 气体性质（以塔底 180，1013 空气计）G0.981kg m3G0.0238 10 3 PaS根据 fuller 公式1.013 10 5 T1.75 ( 11 )12D G29642.6 105m2s41.11 3) 2101.35(20.11 3液体性质（以塔顶80 浓硫酸计）L1.7786 103 kg m3L 6 10 3 PaS(依DL7.4 10-8 ( mS )0.5 T式计算)式中 V A 为溶质在常压沸点下LVA0.6的摩尔体积 ,为溶剂的分子量 , 为溶剂的缔合因子 .-80.5353 3.042 10 6D L7.4 10（2.6 18）m2s644.80.6气体液体的质量流速：依式22LGaw1 exp 1.45( c )0.75 ( LG)0.1(LG at )0.05)0.2 (atat L2 LgLt（ 3.1-10）aw, at 分别为单位体积填料层的润湿表面及总面积，m2 m3 ；N m;, c 分别为液体的表面张力及填料材质的临界表面张力，aw7510348.348.326848.321exp1.45(3 ) 0.75(3 )0.1(2) 0.05 (1778.6103)0.20.981at4110686101778.69.814168awawat 0.981 6866.64 m2m3at依式k L0.0095( LG)23(L) 12(L g )1 30.4awLL D LLk L0.0095(48.310 3)23(610 310 9) 1 266.6461778.60.3042610 39.811 3(1)0. 47.1103m s()1778.6依式kG0.237(VG )0.7 (G )1 3 ( at DG )1.1at GG DGRT4.170.70.023 1031/ 368 2.61051 1.15kG0.237102.64 10680.023830.992.610 58.314453故k Lak Law7.1 10kGakGaw2.5 10366.640.47ms（3.1-11 ）/532.80.8210 3 kmol / m2 * s* kpa（3.1-12 ）计算 K Y aK Y a K G aP（ 3.1-13 ）111而kG a;K G aHk L aHLEM S取 :E 2102 kPaHL1.77860.5 km ol (m3 * kPa)EMS 210318所以：111K G a1.76 10- 30.50.47K G a1.7510- 3 km ol (m3 * s* kPa)（ 3.1-14）（ 3.1-15）3计算HOGVB(3.39)K Y aH OG200.610410 30.83m0.177112.420.7853600传质单元数 N OG 计算N OGY1 - Y2 ,(3.40)Ym而：YmY1Y2(Y1Y1* )(Y2*Y2 ) 0.166 0.1220.0332N OG0.1665.030.033 填料层高度 Z 计算Z HOGNOG0.835.034.2m取 25%富余量，则完成本设计所需 76mm钢性阶梯环的填料层高度Z 4.2 1.25 5.3m所以 Z取5.83.1.5 塔附属高度的计算 9塔上部空间高度， 可取 1m,塔底液相停留时间按2min 考虑 ,则塔釜液所占空间高度为LS M67.32 10510 3980.082kg s（3.1-16）VS1778.63600L 36002600.0822.59mh12.2 20.785考虑到气相所占空间高度 ,底部空间高度可取3,所以塔的附属空间高度可以取为4m.3.1.6 液体初始分布器 8（ 1） 布液孔数 根据该物系性质可选用管式液体分布器，取布液孔数为100 个 m2,则总布液孔数为n0.7852.2 2100380 个（ 2） 液体保持管高度取布液孔直径为5 mm，则液位保持管中的液位高度可得出4VS2 ) 2g (4 0.082) 2 9.81h (2380 0.62nkd3.14 0.0050.87m则液位保持管高度为h0.990.87861mm 33.1.7 吸收塔的流体力学参数计算（ 1）吸收塔的压力降填料塔的压力降为PfP1P2P3P（3.1-17）气体进口压力降取气体进口接管的内径为200mm，则气体的进口流速近似为u0.0822.61 m s20.7850.2则进口压力降为P11G u 20.50.986 2.6123.36Pa（3.1-18）2出口压力降为P20.51G u 20.510.99 2.6121.69Pa22填料层压力降气体通过填料层的压力降采用Eekert 关联图计算，其中X6.61050.990.27325.71041778.6Y4.55(0.99)0.5800.5 (6 10 3 ) 0.50.02043.641778.60.99查 Eekert 图得每米填料的压力降为 390 Pa ，所以填料层的压力降为P3 390 5.8 2262(Pa)其他塔内件的压力降其他塔内件的压力降Ap 较小，在此可以忽略。 于是得吸收塔的总压力降为Pf3.361.6922622267.1( Pa)（ 1）吸收塔的泛点率吸收塔的操作气速为3.64m s，泛点气速为4.55m s ，所以泛点率为该塔的泛点率合适。（ 2） 气体动能因子吸收塔内气体动能因子为f3.640.993.62m s(kg m3 )0. 5气体动能因子在常用的范围内。从以上的各项指标分析，该吸收塔的设计合理，可以满足吸收操作的工艺要求。第 3.2 节主要设备热量衡算3.2.1中间吸收塔热量衡算 5（ 1） 进塔气体带入热 Q1 进塔气体温度 t 180 2 带入热量：q11.7410410 318042.25132327(kJ h)SO3带入热量：q23.3010510 318055.8523327608.8(kJ h)SOO2 带入热量： q30.87 104 10N2 带入热量： q41.98 106 103318029.93646879.8( kJ h)18029.1810399752( kJ h)气体带入热量总计：Q113896567.6( kJ h)式中： 42.25、 55.852、 29.936、29.18 分别为 0-180是 SO2、 SO3、O2、 N2 的平均摩尔热容， kJ (kmol K ) ;（ 2） 入塔酸带入热量 Q2入塔酸温度： 80，浓度 98.00%H2SO4 ，热焓： I=81.93 kJ kg ，入塔酸带入热量：Q267.32 105 10 398 81.93 54052170.5(kJ h)（ 3） 吸收反应热 Q3Q33.30 10510 38019.97050 46239550.56 (kJ h)80.1式中： 7050 为 80时 98.00%H2SO4 吸收 SO3 的吸收反应热 (kJ kgH 2O )（ 4） 98.00%H 2SO4 浓缩为 98.9%H