水吸收二氧化硫填料塔

1、化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)名稱水吸收S02癌氣混合氣填料塔的設(shè)計(jì) 學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院班級(jí)環(huán)境131學(xué) 號(hào) 201301144120姓名高鵬壘指導(dǎo)教師石鳳娟2016年1月22日化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目水吸收SQ空氣混合氣填料塔的設(shè)計(jì)：試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用20C的清水吸收 SCO-空氣混合氣中的 SO2。已知入口空氣中含SO的摩爾分率為 0.05，操作壓力為101.3KPa,相對(duì)濕度為70%要求SO的回收率為96%采用清水進(jìn)行吸收，吸收劑的用 量為最小用量的1.5倍。二、設(shè)計(jì)操作條件(1) 入塔爐氣流量：1200( 1800)+n*10=1400m3/h(說明：n為學(xué)號(hào)尾數(shù)后兩位)(2)

2、常壓 101.3KPa。(3) 操作溫度20C。三、填料類型選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選。四、工作日每年300天，每天24h連續(xù)運(yùn)行。五、廠址河南省周口市。六、設(shè)計(jì)內(nèi)容(1) 填料塔的物料衡算；(2) 填料塔的工藝尺寸計(jì)算；(3) 填料層壓降的計(jì)算；(4) 液體分布器簡要設(shè)計(jì)；(5) 填料塔接管尺寸計(jì)算；(6) 繪制生產(chǎn)工藝流程圖(A2號(hào)圖紙)(7) 繪制填料塔裝配圖(A1號(hào)圖紙)(8) 對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論。摘要:介紹了吸收技術(shù)的基本知識(shí)；敘述了水吸收 S02的設(shè)計(jì)方案和流程；根據(jù)操作條件 設(shè)計(jì)出符合要求的填料塔，包括塔設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算、填料選擇及輔助設(shè)備的選型和 計(jì)算。

3、關(guān)鍵字:課程設(shè)計(jì) S02吸收填料塔目錄一、 前言 11、吸收技術(shù)概況 12、吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 23、吸收設(shè)備 2二、設(shè)計(jì)方案 31、吸收劑的選擇 32、吸收流程的選擇 42.1氣體吸收過程分類 42.2吸收裝置的流程 53、吸收塔設(shè)備及填料的選擇 63.1吸收塔設(shè)備 63.2填料的選擇 64、吸收劑再生方法的選擇 75、操作參數(shù)的選擇 85.1操作溫度的確定 85.2操作壓力的確定 8三、吸收塔工藝條件的計(jì)算 91、基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 91.1液相物性數(shù)據(jù) 91.2氣相物性數(shù)據(jù) 91.3氣液兩相平衡時(shí)的數(shù)據(jù) 92、物料衡算 103、填料塔的工藝尺寸計(jì)算 113.1塔徑的計(jì)算 113.2泛點(diǎn)率校

4、核和填料規(guī)格 123.3液體噴淋密度校核 124、填料層高度計(jì)算 134.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 134.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算 134.3填料層高度的計(jì)算 155、填料塔附屬高度的計(jì)算 15&液體分布器的簡要設(shè)計(jì) 166.1液體分布器的選型 166.2分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算 176.3塔底液體保持管高度的計(jì)算 187、其它附屬塔內(nèi)件的選擇 187.1填料支撐板 187.2填料壓緊裝置與床層限制板 187.3氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置 198、流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算 208.1填料層壓力降的計(jì)算 209、吸收塔主要接管的尺寸計(jì)算 219.1液體進(jìn)料接管 219.2氣體進(jìn)料接管 219.3吸收劑輸

5、送管路直徑及流速計(jì)算 22四、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說明 231、填料塔工藝尺寸計(jì)算結(jié)果表： 232、流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總： 243、附屬設(shè)備計(jì)算結(jié)果匯總： 254、 所用Dn38聚丙烯塑料階梯環(huán)填料主要性能參數(shù)匯總： 255、主要符號(hào)說明： 26五、課程設(shè)計(jì)總結(jié) 28附錄28附錄（一）水的物性數(shù)據(jù)表 29附錄（二）塔徑與填料公稱直徑的比值D/d的推薦值 30附錄（三）貝恩（Bain）-霍根（Houge®關(guān)聯(lián)式中的 A K值30參考文獻(xiàn) 28、前言1、吸收技術(shù)概況化學(xué)工業(yè)中的廢氣二氧化硫主要來自化石燃料的燃燒、含硫礦石的冶煉、硫酸、磷 肥等生產(chǎn)的工業(yè)廢氣。二氧化硫是化工生

6、產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，其強(qiáng)烈的刺激性氣 味對(duì)于人體健康和大氣環(huán)境都會(huì)造成破壞和污染，必須進(jìn)行凈化回收，具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的規(guī) 模應(yīng)充分回收利用，避免硫資源浪費(fèi)和造成大氣污染，危害人類生存發(fā)展。吸收是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度 不同而達(dá)到分離的目的的單元操作。工業(yè)吸收操作是在吸收塔內(nèi)進(jìn)行的。在吸收操作中，通常將混合氣體中能夠溶解于 溶劑中的組分稱為溶質(zhì)或吸收質(zhì)，以A表示；而不溶或微溶的組分稱為載體或惰性氣體, 以B表示；吸收所用的溶劑稱為吸收劑，以 S表示；經(jīng)吸收后得到的溶液稱為吸收液 被吸收后排出吸收塔的氣體稱為吸收尾氣。吸收就是吸收質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)入液相的過程吸收

7、過程通常在吸收塔中進(jìn)行。根據(jù)氣、液兩相的流動(dòng)方向，分為逆流操作和并流 操作兩類，工業(yè)生產(chǎn)中以逆流操作為主，吸收劑以塔頂加入自上向下流動(dòng)，與從下向上 流動(dòng)的氣體接觸，吸收了吸收質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。其操作示意圖如下圖所示:吸 收 劑S吸收尾氣（B +微量的A ）混合氣體（A + B）吸收液（A + S） 1珂體出口0 2堿體人口Q J加布S3 4-0 5旗那 6橢酚輛 W 8 支就板 9WQ0 H酬體也口2、吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1）、有用組分的回收：如用硫酸處理焦?fàn)t氣以回收其中的二氧化硫，用氣油處理 焦?fàn)t氣以回收其中的芳烴，用液態(tài)烴處理裂解氣以回收其中的乙烯、丙烯等。2）

8、原料氣的凈化。例如用水和堿液脫除合成二氧化硫原料氣中的二氧化碳，用丙 酮脫除裂解氣中的乙炔等。3）某些產(chǎn)品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氫以制備 鹽酸，用水吸收甲醛以制備福爾馬林溶液等。4）廢氣的治理。例如：電廠的鍋爐尾氣含二氧化硫。硝酸生產(chǎn)尾氣含一氧化氮等 有害氣體，均須用吸收方法除去。3、吸收設(shè)備吸收操作主要在填料塔和板式塔中進(jìn)行，幾種常用的吸收塔有填料塔、湍球塔、板 式塔等。由于填料塔的基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，壓力降小，傳質(zhì)效率高，便于采用耐腐蝕 材料制造，對(duì)于熱敏性及容易發(fā)泡的物料，更顯出其優(yōu)越性，故填料塔的應(yīng)用較為廣泛。 填料塔由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中

9、間支承和再分布器、氣體和液體 進(jìn)出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料，也可用塑料制造。填料是填料塔的核心，它提供了塔內(nèi)氣液兩相的接觸面，填料與塔的結(jié)構(gòu)決定了塔 的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定 的機(jī)械強(qiáng)度、密度小、價(jià)格低廉等。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填 料。二、填料塔設(shè)計(jì)1、吸收劑的選擇吸收操作的好壞在很大程度上取決于吸收劑的性質(zhì)。選擇吸收劑時(shí)在，主要考慮以下幾點(diǎn)：溶解度大 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度越大，則傳質(zhì)推動(dòng)力越大，吸收速率越快, 且吸收劑的耗用量越少，操作費(fèi)用較低。 選擇性好吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對(duì)混合氣體

10、中的其它組分溶 解度甚微，否則不能實(shí)現(xiàn)有效的分離。 揮發(fā)性好在吸收過程中，吸收尾氣往往為吸收劑蒸汽所飽和。故在操作溫度下, 吸收劑的蒸汽壓要低，以減少吸收劑的損失量。 粘度低 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動(dòng)阻力越小，擴(kuò)散系數(shù) 越大，這有助于傳質(zhì)速率的提高。 易再生 當(dāng)富液不作為產(chǎn)品時(shí)，吸收劑要易再生，以降低操作費(fèi)用。要求溶解度 對(duì)溫度的變化比較敏感，即不僅在低溫下溶解度要大，平衡分壓要??；而且隨著溫度升 高，溶解度應(yīng)迅速下降，平衡分壓應(yīng)迅速上升，則被吸收的氣體解吸，吸收劑再生方便。 其它：無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得，且化學(xué)性 質(zhì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)安全。在實(shí)際生

11、產(chǎn)中滿足所有要求的吸收劑是不存在的。應(yīng)從滿足工藝要求出發(fā)，對(duì)可供選擇的吸收劑做全面的評(píng)價(jià)，作出科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的選擇。表2-1物理吸收劑和化學(xué)吸收劑的選擇物理吸收劑（1）吸收容量（溶解度）正比于溶質(zhì)分 壓（2）吸收熱效應(yīng)很?。ń诘葴兀?）常用降壓閃蒸解吸（4）適于溶質(zhì)含量高，而凈化度要求不化學(xué)吸收劑（1）吸收容量對(duì)溶質(zhì)分壓不太敏感（2）吸收熱效應(yīng)顯著（3）用低壓蒸汽氣提解吸（4）適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場合（5）對(duì)設(shè)備腐蝕性大，易變質(zhì)太高的場合（5）對(duì)設(shè)備腐蝕性小，不易變質(zhì)綜上所述，考慮吸收劑的選用標(biāo)準(zhǔn)，在二氧化硫的吸收過程中，采用水為吸收劑2、吸收流程的選擇2.1氣體吸收過程

12、分類氣體吸收過程通常按以下方法分類。 單組分吸收與多組分吸收：吸收過程按被吸收組分?jǐn)?shù)目的不同，可分為單組分吸 收和多組分吸收。若混合氣體中只有一個(gè)組分進(jìn)入液相，其余組分不溶（或微溶）于吸 收劑，這種吸收過程稱為單組分吸收。反之，若在吸收過程中，混合氣中進(jìn)入液相的氣體溶質(zhì)不止一個(gè)，這樣的吸收稱為多組分吸收。 物理吸收與化學(xué)吸收：在吸收過程中，如果溶質(zhì)與溶劑之間不發(fā)生顯著的化學(xué)反 應(yīng)，可以把吸收過程看成是氣體溶質(zhì)單純地溶解于液相溶劑的物理過程，則稱為物理吸 收。相反，如果在吸收過程中氣體溶質(zhì)與溶劑（或其中的活潑組分）發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)， 則稱為化學(xué)吸收。 低濃度吸收與高濃度吸收：在吸收過程中，若溶

13、質(zhì)在氣液兩相中的摩爾分率均較 低（通常不超過0.1 ），這種吸收稱為低濃度吸收；反之，則稱為高濃度吸收。對(duì)于低濃 度吸收過程，由于氣相中溶質(zhì)濃度較低，傳遞到液相中的溶質(zhì)量相對(duì)于氣、液相流率也 較小，因此流經(jīng)吸收塔的氣、液相流率均可視為常數(shù)。 等溫吸收與非等溫吸收：氣體溶質(zhì)溶解于液體時(shí)，常由于溶解熱或化學(xué)反應(yīng)熱， 而產(chǎn)生熱效應(yīng)，熱效應(yīng)使液相的溫度逐漸升高，這種吸收稱為非等溫吸收。若吸收過程的熱效應(yīng)很小，或雖然熱效應(yīng)較大，但吸收設(shè)備的散熱效果很好，能及時(shí)移出吸收過程 所產(chǎn)生的熱量，此時(shí)液相的溫度變化并不顯著，這種吸收稱為等溫吸收。2.2吸收裝置的流程吸收裝置的流程主要有以下幾種。 逆流操作 氣相自

14、塔底進(jìn)入塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入塔底排出，此即逆流操作。 逆流操作的特點(diǎn)是，傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。 工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。 并流操作氣液兩相均從塔頂流向塔底，此即并流操作。并流操作的特點(diǎn)是，系統(tǒng) 不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常用于以下情況：當(dāng)吸 收過程的平衡曲線較平坦時(shí)，流向?qū)ν苿?dòng)力影響不大；易溶氣體的吸收或處理的氣體不 需要吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。 吸收劑部分再循環(huán)操作在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排出液體的一部分冷卻 后與補(bǔ)充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以下情況：當(dāng)吸 收

15、劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度；對(duì)于非等溫吸收過程，為控制塔內(nèi)的溫升， 需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平蘅常數(shù) m植很小的情況，通過吸收液的部分 再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。應(yīng)予指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均 推動(dòng)力要低，且需要設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用增加。 多塔串聯(lián)操作若設(shè)計(jì)的填料層高度過大，或由于所處理物料等原因需要經(jīng)常清理 調(diào)料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個(gè)串聯(lián)的塔內(nèi)，每個(gè)吸收塔通過的吸收劑和氣 體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作。此種操作因塔內(nèi)需要留較大空間，輸液、噴淋、支承 板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。 串聯(lián)一并聯(lián)混合操作 若吸收過程處理的液量很大，如果用通常

16、的流程，則液體在 塔內(nèi)的噴淋密度過大，操作氣速勢必很?。ǚ駝t易引起塔的液泛），塔的生產(chǎn)能力很低。 實(shí)際生產(chǎn)中可采用氣相作串聯(lián)、液相作并聯(lián)的混合流程。用水吸收二氧化硫?qū)僦械热芙舛鹊奈者^程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。因 用水作為吸收劑，且二氧化硫不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?3、吸收塔設(shè)備及填料的選擇3.1吸收塔設(shè)備對(duì)于吸收過程，塔設(shè)備有多種，如何選擇合適的類型是進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)的首要工作。而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則主要對(duì)吸收過程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)過多方案對(duì)比方能得到較滿意的結(jié)果。一般而言，吸收用塔設(shè)備與精餾過程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求， 即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻

17、力要小，具有良好的傳質(zhì)性 能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，易于制造、安裝、操作和維修等。但作為吸收過程，一般具有操作液氣比大的特點(diǎn)，因而更適用于填料塔。此外，填 料塔阻力小，效率高，有利于過程節(jié)能，所以對(duì)于吸收過程來說，以采用填料塔居多。 但在液體流率很低難以充分潤濕填料，或塔徑過大，使用填料不很經(jīng)濟(jì)的情況下，以采 用板式塔為宜。本設(shè)計(jì)過程采用填料塔作為吸收設(shè)備。3.2填料的選擇塔填料是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主 要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。在選擇塔填料時(shí)應(yīng)考慮如下幾個(gè)問題： 比表面積要大比表面積a是指單位體積的填料層所具有

18、的表面積，大的比表面積和良好的潤濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。 空隙率大 空隙率&是指單位體積的填料所具有的空隙體積，填料的空隙率大，氣液通過的能力大，氣體流動(dòng)的阻力小，填料的空隙率一般在0.45-0.95范圍。 堆積密度小 堆積密度p是指單位體積填料的質(zhì)量，在機(jī)械強(qiáng)度允許的條件下， 填料壁要盡量減薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。 填料的幾何形狀 填料的幾何形狀對(duì)填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能有著重要的影 響。 填料的材質(zhì) 工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類，不同的材質(zhì)適 應(yīng)于不同的操作條件 該流程的操作壓力及溫度較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料，在塑料散裝

19、填料中，塑 料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用 DN38聚丙烯階梯環(huán)填料。階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加 了一個(gè)錐形翻邊。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料表面由線接觸為主 變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯 集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于 鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。其主要性能參數(shù)為：比表面積 =250后形狀修正系數(shù) =1.45填料因子 =173m14、吸收劑再生方法的選擇依據(jù)所用的吸收劑不同可以采用不同的再生方案，工業(yè)上常用的吸

20、收劑再生方法主要有減壓再生、加熱再生及氣提再生等。A. 減壓再生（閃蒸）吸收劑的減壓再生是最簡單的吸收劑再生方法之一。在吸收塔內(nèi)，吸收了大量溶 質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔并減壓，使得融入吸收劑中的溶質(zhì)得以再生。該方法最適用 于加壓吸收，而且吸收后的后續(xù)工藝處于常壓或較低壓力的條件，如吸收操作處于常 壓條件下進(jìn)行，若采用減壓再生，那么解吸操作需要在真空條件下進(jìn)行，則過程可能 不夠經(jīng)濟(jì)B. 加熱再生加熱再生也是吸收劑再生最常用的方法。吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔 內(nèi)并加熱使其升溫，溶入吸收劑中的溶質(zhì)得以解吸。由于再生溫度必須高于吸收溫度， 因而，該方法最適用于常溫吸收或在接近于常溫的吸收操作，否

21、則，若吸收溫度較高， 則再生溫度必然更高，從而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸氣作為加熱介質(zhì), 加熱方法可依據(jù)具體情況采用直接蒸汽加熱或采用間接蒸汽加熱。5、操作參數(shù)的選擇5.1操作溫度的確定對(duì)于物理吸收而言，降低操作溫度，對(duì)吸收有利但低于環(huán)境溫度的操作溫度因其要 消耗大量的制冷動(dòng)力而一般是不可取的，所以一般情況下，取常溫吸收較為有利對(duì)于特 殊條件的吸收操作方可采用低于或高于環(huán)境的溫度操作 對(duì)于化學(xué)吸收，操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定，既要考慮溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速 度常數(shù)的影響，也要考慮對(duì)化學(xué)平衡的影響，使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度對(duì)于再生操作，較高的操作溫度可以降低溶質(zhì)的溶解度，因而有利

22、于吸收劑的再生 而對(duì)本設(shè)計(jì)而言，由吸收過程的氣液關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度， 即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應(yīng)有吸收系統(tǒng)的具體情況決定。依據(jù)本次設(shè)計(jì)要 求，操作溫度定為20C。5.2操作壓力的確定操作壓力的選擇根據(jù)具體情況的不同分為三種：對(duì)于物理吸收，加壓操作一方面有利于提高吸收過程的傳質(zhì)推動(dòng)力而提高過程的傳 質(zhì)速率,另一方面，也可以減小氣體的體積流率，減小吸收塔徑所以操作十分有利但工 程上,專門為吸收操作而為氣體加壓，從過程的經(jīng)濟(jì)性角度看是不合理的，因而若在前一 道工序的壓力參數(shù)下可以進(jìn)行吸收操作的情況下，一般是以前道工序的壓力作為吸收單元的操作壓力.對(duì)于化學(xué)吸收，若過程由

23、質(zhì)量傳遞過程控制，則提高操作壓力有利，若為化學(xué)反應(yīng)過 程控制，則操作壓力對(duì)過程的影響不大，可以完全根據(jù)前后工序的壓力參數(shù)確定吸收操 作壓力,但加大吸收壓力依然可以減小氣相的體積流率，對(duì)減小塔徑仍然是有利的.對(duì)于減壓再生（閃蒸）操作,其操作壓力應(yīng)以吸收劑的再生要求而定 ，逐次或一次從 吸收壓力減至再生操作壓力，逐次閃蒸的再生效果一般要優(yōu)于一次閃蒸效果.本設(shè)計(jì)中由吸收過程的氣液平衡可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即加壓 有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對(duì)設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加，綜合 考慮，采用常壓101.3KPa。三、填料塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算1、基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)1.1液相物性數(shù)據(jù)對(duì)于低濃

24、度的吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取純水的物性數(shù)據(jù)查得20C時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：3密度 p L=998.2(kg/m )粘度卩 L=0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)表面張力 S L=72.69(dyn/cm)=942062.4(kg/h 2)SCO在水中的擴(kuò)散系數(shù) Dl=1.47 x 10-5(m7s)=5.29 x 10-6(m7h)1.2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M =0.05 x 64.06+0.95 x 29=30.75g/molM P 30.75 101.3253混合氣體的平均密度為g1.257 kg/mRT 8.314 (273 20)混合氣體的

25、粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)的20 C?？諝獾恼扯葹?G 1.81 10 (Pas) 0.065kg/m/b h)20r時(shí) SO在空氣中的擴(kuò)散系數(shù) Dg =0.108 x 10-4(m2/s)=0.039(m 2/h)1.3氣液兩相平衡時(shí)的數(shù)據(jù)常壓下20C SQ在水中的亨利系數(shù)為E 3.55 103KPa相平衡常數(shù)為Em P33.55 105.04101.3溶解度系數(shù)為3EMs3.55 IO? 18.02 0.0156kmOl/kpam2、物料衡算因?yàn)楣紾( Y1-Y2) =L(Xi-X2)無論是低濃度吸收還是高濃度吸收均適用，故物料衡 算利用此式。進(jìn)塔氣相摩爾比為yi1yi0.051

26、0.050.0526出塔氣相摩爾比為Y2 ¥(1 a)0.0526 (1 0.96)0.002104進(jìn)塔惰性氣相流量為1400273Vg(1 0.05) 55.32kmol/h22.4293該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡曲線可近似為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算, 即丄 Y %G min ¥/m X2對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為，X20丄 O.°526 0.002104 33.64G min 0.0526/35.04 0取操作液氣比言 gin5 33.64 5046L=50.46 X 55.32=2791.31(Kmol/h)G(Y1Y2) L(X1 X2)X

27、1G(Y1 丫2) +552=用圖橫坐標(biāo)的1.014與亂堆填料的泛點(diǎn)線，查的縱坐標(biāo)：5.30.°526)520-00(2J2)4o4)/a79)O31 +0=0.001L2827.963、填料塔的工藝尺寸計(jì)算3.1塔徑的計(jì)算考慮到填料塔內(nèi)部的壓力降，塔的操作壓力為101.3KPa混合氣體的密度1.257 kg/m3PM 101.325 10g對(duì)于DN38塑料階梯環(huán)的填料因子：f 173m 1，又因?yàn)橐合酁榍逅?，故液體密度校正系數(shù) 1，水的黏度為0.001004(Pa.S)，故泛點(diǎn)氣速為: 30.75 10 3RT8.314 (273 20)液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即WL

28、=LX M=2791.31X 18.02=50959.84kg/h氣相質(zhì)量流量為Wv =1400X 1.257=1759.8kg/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為：WlWv0.5G 50299.411759.8L1.257998.20.51.0140.20.022LUF0.022g l0.2GU:0.022 9.81 998.2173 1 1.257 0.001004021.985m/s本次設(shè)計(jì)選用塑料階梯環(huán)類型填料。對(duì)于散裝填料，泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為0.5 0.85UF泛點(diǎn)率的選擇，對(duì)于加壓操作，選擇較高的泛點(diǎn)率，減壓操作選擇較低的泛點(diǎn)率，此處取 u 0.65uf 0.65 1.985 1.2

29、90m/s0.620mD4Vs4 1400飛 u 3.14 1.290 3600圓整后取 D=0.7(m)=700(mm)3.2泛點(diǎn)率校核和填料規(guī)格泛點(diǎn)率校核4 14003600 3.14 0.721.011m/suUf両 100% 5°9%在(50%-80% )之間，所以符合要求.氣體動(dòng)能因子F uG 1.2901.257 1.446m/s(kg/m3)0.53 14塔的截面積 S D2= X 0.7 2=0.3847m244填料規(guī)格校核階梯環(huán)的徑比要求：D>8d有D 70018.42 8即符合要求4，d 383.3液體噴淋密度校核取最小潤濕速率為：3Lw min 0.08m

30、 / m h查化工原理(表3.6常用散裝填料的特性參數(shù))得2 ,3a 132.5m / mU minU0.785D50959.84/998.220.785 0.7132.72 > Umin故滿足最小噴淋密度的要求.經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=700m合理4、填料層高度計(jì)算4.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算Y* mX135.04 0.0010.03504Y2* mX20mVG S - L35.04 55.320.68542827.96解吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為N OGln(1S)y2*丫2y2*S1 0.6854ln(10.6854)0.0526 00.002104 00.68546.8214

31、.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算awat1 exp 1.45()0.75(lat2U L 0.1 /U L at)-(0.05( Ul2、0.2L Lat)0. 05 ()查表(常見材質(zhì)的臨界面張力值)c33dy n/cm 427680 kg / h ，71.2dyn / cm 927067kg / hLw min a 0.08 132.510.6m3/ m2 h液體質(zhì)量通量為UL50959.84WL4空 0.72132483.7kg /(m2.h)aw 1 exp叱嚴(yán)嚴(yán)戀分嚴(yán)警72 畑5)0.05(_837)0.2at927067132.5 3.6998.22

32、 1.27 10998.2 927067 132.50.4295aw=a x 0.4295=132.5 x 0.4295=56.91(m 2/m 3)氣體質(zhì)量通量為U GJ-D24氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算1759.8空 0.724575.07kg /(m2.h)kGU G 0 7G DgRT0.237()(at g0237 (4575.07 )0.7(0.065 坷 132.5 0.039(132.5 0.065) (1.257 0.039“ 8.315 (273 20)20.0446kmol/(m .h.kpa)液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算kL0.0095(衛(wèi)3(k ) 0.5(£) 9.

33、5(丄 0.5)1.4 kGa，& a Uf3aw LL DLL132483.70.0095(56.913.6f 3(6)3.6998.2 5.29 100.5(3.6 1.27 108)13998.22.097(m/h)由 kGa kGaw 1.1，查附表5 得，1.45則 kGa kGaw 1.1 0.0446 56.91 1.451.1 3.82kmol/(mlh.kpa)kLakLaw0.42.097 56.91 1.450.4138.46(1 /h)因?yàn)?0.9%50%，故需要校正Uf由 kG aU221 2.6(0.5)22 kLa，得UfkGa 1 9.5 (0.509

34、0.5)1.4 3.82 3.87kmol/(mlh.kpa)kLa 1 2.6 (0.509 0.5)2.2 138.46 138.47(1/h)則有da11 1kG a HkL a11 1詼 0.0156 138.471.386kmol/( mlh.kpa)由HgVgVgKYa2aaP D455.323 1421.386 101.30.741.0243m4.3填料層高度的計(jì)算Z Hg Ng 1.0243 6.8216.98m根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層設(shè)計(jì)高度一般為 Z (1.2 1.5)Z因此取Z 1.2 6.98 8.37m,通過圓整的8.5m.由于 Z >hmax 6m故填料層分為兩段

35、，一段高度為 4m, 段高度為4.5m。5、填料塔附屬高度的計(jì)算塔上部空間高度，通過相關(guān)資料可知，可取為1.2m，塔底液相停留時(shí)間按1.0min考慮, 則塔釜液所占空間高度為:二50959.840.0M2(m3/s)L 36003600 998.21.0 60 0.01420.785 0.722.21(m)1.0 60 VS0.724考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取3.0m；法蘭、填料壓緊裝置、液體分布器及在分布?xì)飧叨热?.8m;所以塔的附屬空間高度可以取為1.2+3+0.8=5米因此塔的實(shí)際高度取H=8.5+5=13.5(m)6、液體分布器的簡要設(shè)計(jì)6.1液體分布器的選型液體分布

36、裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式、及槽盤式等。工業(yè)應(yīng)用 以管式、槽式、及槽盤式為主。性能優(yōu)良的液體分布器設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足以下幾點(diǎn)：A液體分布均勻 評(píng)價(jià)液體分布均勻的標(biāo)準(zhǔn)是：足夠的分布點(diǎn)密度；分布點(diǎn)的幾何均 勻性；降液點(diǎn)間流量的均勻性。 分布點(diǎn)密度。液體分布器分布點(diǎn)密度的選取與填料類型及規(guī)格、塔徑大小、操作 條件等密切相關(guān)，各種文獻(xiàn)推薦的值也相差較大。大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點(diǎn)密度越??；液體噴淋密度越小，分布點(diǎn)密度越大。對(duì)于散裝填料，填料尺寸越大，分布點(diǎn)密度越小。表 3-1列出了散裝填料塔的分布點(diǎn)密 度推薦值2表3-1 Eckert的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦值塔徑，mm分布點(diǎn)密度，點(diǎn)/

37、m2塔截面D=400330D=750170» 120042 分布點(diǎn)的幾何均勻性。分布點(diǎn)在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點(diǎn)密度更為 重要的問題。設(shè)計(jì)中，一般需通過反復(fù)計(jì)算和繪圖排列，進(jìn)行比較，選擇較佳方案。分 布點(diǎn)的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。 降夜點(diǎn)間流量的均勻性。為保證各分布點(diǎn)的流量均勻，需要分布器總體的合理設(shè) 計(jì)、精細(xì)的制作和正確的安裝。高性能的液體分布器，要求個(gè)分布點(diǎn)與平均流量的偏差 小于6%B操作彈性大 液體分布器的操作彈性是指液體的最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之比。設(shè)計(jì)中，一般要求液體分布器的操作彈性為 24,對(duì)于液體負(fù)荷變化很大的工藝過程， 有時(shí) 要求操作彈性達(dá)到10以

38、上，此時(shí)，分布器必須特殊設(shè)計(jì)。C自由截面積大 液體分布器的自由截面積是指氣體通道占塔截面積最小應(yīng)在35%以上。D其它 液體分布器應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、制造容易、調(diào)整和維修方便由于該吸收塔的液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式液體分布器。當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過某一數(shù)值時(shí)，填料層需分段。在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集自上一填料層來的液體，為下一填料層提供均勻的液體分布2。由343節(jié)中知，本次設(shè)計(jì)的填料層不需要分段，故不需要安裝液體再分布器。6.2分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算按照Eckert建議值，D=700mn«寸，噴淋點(diǎn)密度為195點(diǎn)/m2;因此布液點(diǎn)數(shù)為:n二一

39、X 0.72X 195=0.785 X 0.49 X 195=75.00775 點(diǎn)4取圓盤直徑為塔徑的0.65-0.8倍，分布盤厚度5mm布液計(jì)算如下: 由 L d：n 2g H4L:液體流量m3/sn:開孔數(shù)目:孔流系數(shù)，取0.550.60do： 孔徑，mH :開孔上方的液位高度，m4L、.2g H取 0.60， H 160mm0.015m/4 50959.84998.2 3600 3.14 75 0.6 2 9.81 0.16設(shè)計(jì)取d o=15mm設(shè)計(jì)結(jié)果為：二級(jí)槽共設(shè)五道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為 72mm,槽高度為200mm,兩槽的中心距為144mm分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)分布點(diǎn)數(shù)

40、為 n=75點(diǎn)。6.3塔底液體保持管高度的計(jì)算4L取布液孔的直徑為15mm則液位保持管中的液位高度可由公式：/2g :d2nkL d2nk . 2gh 得，即：h4式中：d :布液孔直徑，ml:液體流率，m/sn :布液孔數(shù)k :孔流系數(shù)(k值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定，可取 k 0.60 0.62，取 k 0.60)h :液體高度，m2g :重力加速度，m/s2 2h 4L /2g4 50959.84 2/ 2 9.810.162(m)根d2nk998.2 3600 3.14 0.0152 75 0.6據(jù)經(jīng)驗(yàn)，則液位保持管高度為：h' 1.15h 1.15 0.162 0.186(m)

41、7、其它附屬塔內(nèi)件的選擇7.1填料支撐板填料支撐板的作用是支撐塔內(nèi)的填料。常用的填料支撐裝置由柵板型，孔管型，駝 峰型等。對(duì)于散裝填料，通常選用孔管型，駝峰型支撐裝置；設(shè)計(jì)中，為防止在填料支 撐裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料支撐裝置的自由截面積應(yīng)大于 75%。本次設(shè)計(jì)選用駝峰型支撐裝置。7.2填料壓緊裝置與床層限制板對(duì)于散裝填料，可以選用壓緊柵板，也可以選用壓緊網(wǎng)板，在其下方根據(jù)填料的 規(guī)格鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定。設(shè)計(jì)中，為防止在填料壓緊裝置處壓降 過高甚至發(fā)生液泛，要求壓板或限制板自由截面分率大于 70%。本次設(shè)計(jì)選用壓緊網(wǎng)板7.3氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置A、氣體進(jìn)出口裝

42、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。對(duì)500mn直徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使 氣流折轉(zhuǎn)向上。對(duì)1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其 它均布?xì)饬鞯难b置。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。最簡單的裝置是在 氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除 霧器。本設(shè)計(jì)中選用折板除霧器。折板除霧器的結(jié)構(gòu)簡單有效，除霧板由 50mm 50mm 3mm的角鋼組成，板間橫向距離為25mm垂直流過的氣速可按下式計(jì)算：式中 U -氣速，m/s;l

43、 v液相及氣相密度，kg/m ;k系數(shù)，0.085-0.10 ;本設(shè)計(jì)中取k=0.09，則流過的氣速''998.2 1.257 u 0.09、2.5346m/sV1.257所需除霧板組的橫斷面為S qv14000.1534rr2u3600 2.5346L VV由上式確定的氣速范圍，除霧板的阻力為49-98pa，此時(shí)能除去的最小霧滴直徑約為 0.05mm 即 50 m.B、排液裝置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。常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取1020m/s （高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口流速 可取0.81.5m/s （必

44、要時(shí)可加大些）管徑依氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)定進(jìn)行圓整 在以后的各節(jié)中會(huì)有計(jì)算。&流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算8.1填料層壓力降的計(jì)算A、氣體進(jìn)出口壓力降由后面主要接管尺寸計(jì)算可知，氣體的進(jìn)出口接管內(nèi)徑為148mm。則氣體的進(jìn)出口流速為：1400u23600 0.785 0.14812122.617m/s則進(jìn)口 P丄Gu22出口 P21 12 2B、填料層壓力降gU21.257 22.6172 321.492Pa （突然擴(kuò)大=1）2 211.28 22.6172 160.746Pa （突然縮小=0.5）氣體通過填料層的壓力降采用Eckert圖計(jì)算，有前面計(jì)算可知其中橫坐標(biāo)為儀（丄）0.51.014

45、WvL查散裝填料壓降填料因子平均值得-1p 116 m縱坐標(biāo)為2 pVUf0.2L1.9852 116 1 1.2579.81998.2（3.6嚴(yán)=0.0758查 Eckert關(guān)聯(lián)圖得-Pl 150Z9.811471.5Pa/m所以填料層壓力降P3 1471.5 6.98 10271.07Pa其它塔內(nèi)間的壓力降較小，因此可忽略 于是得到吸收塔的總壓力降為PP1P2P3 321.492 160.746 10271.07 10753.308 Pa9、吸收塔主要接管的尺寸計(jì)算本設(shè)計(jì)中填料塔有多處接管，但主要的是氣體和液體的進(jìn)料口和出料口接管。在此 分別以液體進(jìn)料管和氣體進(jìn)料管的管徑計(jì)算為例進(jìn)行說明。

46、氣體和液體在管道中流速的選擇原則為：常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn) 出口流速可取0.83.0m/s （必要時(shí)可加大些）9.1液體進(jìn)料接管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下取 u液 1.5m/s4Ml4 50595.84998.2 3600 3.14 1.50.109m查流體輸送用不銹鋼無縫鋼管規(guī)格:GB/T 14976-94可知，可選用熱軋無縫鋼管管徑為114mm 10mm。則實(shí)際管內(nèi)徑為109mm實(shí)際通過液體接管的液速為:4Mg4 50595.842D2998.2 3600 3.14 0.10

47、921.510 m/s。9.2氣體進(jìn)料接管采用直管進(jìn)料。取氣速u氣16.0m/s4Gs4 1400 / 3600設(shè)計(jì)取進(jìn)料管管徑 D2s 0.176m* u氣 V 3.14 16.0所以查流體 輸送用不銹鋼無縫鋼管規(guī)格：GB/T 14976-94可知取管徑為168mm 10mm.實(shí)際管內(nèi)徑為148mm。則實(shí)際通過氣體接管的氣速為:4 GsD24 1400/360023.14 0.14822.617 m/s1設(shè)計(jì)取進(jìn)料管管內(nèi)徑 Di9.3吸收劑輸送管路直徑及流速計(jì)算根據(jù)管材規(guī)范，選擇159 7mm型的熱軋無縫管道7，其內(nèi)徑為145mm其實(shí)際流速為:0.859 m/s o4 50959.84998

48、.2 3600 3.14 0.1452四、填料塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說明1、填料塔工藝尺寸計(jì)算結(jié)果表:表-1項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位氣相質(zhì)量流量1759.8kg/h液相質(zhì)量流量Wl50959.84kg/h塔徑D700mm空塔氣速u1.011 ms泛點(diǎn)率U Uf50.9%噴淋密度U132.72 m3/(m2.h)解吸因數(shù)S0.6854氣相總傳質(zhì)單兀數(shù)Nog6.821液體質(zhì)量通量UL132483.7 kg/(m2 h)氣體質(zhì)量誦量UG4575.07 kg/(m2 h)氣膜吸收系數(shù)kG0.0446kmol/(m 2.h.kpa)液膜吸收系數(shù)kL2.097 (m/h)氣相總吸收系數(shù)（校正后）kGa

49、33.87kmol/(m .h.kpa)液相總吸收系數(shù)（校正后）kl a138.47(l/h)氣相總傳質(zhì)系數(shù)a1.386 kmol/(m Ih.kpa)氣相傳質(zhì)單元高度H OG1.0243 m填料層咼度Z8.37 m，圓整后 8.5m填料塔上部空間高度hi1.2 m填料塔下部空間高度h23.0 m塔附屬咼度h34.2 m塔高Ha12.7 m布液孔數(shù)n75點(diǎn)孔徑do0.015m開孔上方高度h0.162m液位保持管高度h，0.186m2、流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總:表-2項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位氣體進(jìn)口壓力降 P1321.492 Pa;氣體出口壓力降 P2160.746 Pa;填料層壓力降 P3102

50、71.070 Pa;吸收塔總壓力降 P10753.308 Pa;泛點(diǎn)率u/Uf50.9%氣體動(dòng)能因子F1.446m /s(kg / m3)0.53、附屬設(shè)備計(jì)算結(jié)果匯總:表-3項(xiàng)目選型數(shù)值與計(jì)量單位液體進(jìn)出口接管熱軋無縫鋼管液體實(shí)際流速114mm 10mmu 液 1.510m/s氣體進(jìn)出口接管熱軋無縫鋼管氣體實(shí)際流速168mm 10mm.u氣 15.993 m/s吸收劑輸送管路熱軋無縫鋼管 159mm 7mm吸收劑實(shí)際流速u 0.859 m/s4、所用Dn38聚丙烯塑料階梯環(huán)填料主要性能參數(shù)匯總:表-4項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位公稱直徑DN38mm塔徑與填料公稱直徑比值D/d>8填料因子平均

51、值F173 1臨界表面張力值C33dyn/cm形狀修正系數(shù)1.45填料分段高度推薦值h/D=8 15hmax 6 m壓降填料因子平均值P116m15、主要符號(hào)說明:5.1英文字母表-5aw-填料層的潤滑比表面積n2/m3;S>脫吸因數(shù)；無因次；a填料層的有效傳質(zhì)比表面積(m2/m3)D-擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;塔徑,m;Ul -液體質(zhì)量通量kg/(m h)Uv氣體質(zhì)量通量kg/(m h)E -一亨利系數(shù)，KPa;g重力加速度，kg/(m 2.h);H 溶解度系數(shù)，kmol /(m 3.KPa);Hv氣相傳質(zhì)單兀咼度，m;Hl液相傳質(zhì)單兀咼度，m;H og氣相總傳質(zhì)單元咼度，m;Hol液相總傳質(zhì)單兀咼度，m;L噴液體噴淋密度；m-一相平衡常數(shù)，無因次；Ng氣相傳質(zhì)單兀數(shù)，無因次；Nl液相傳質(zhì)單兀數(shù)，無因次；Nog氣相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次Nol液相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次；P總壓，KPa ;T -溫