化工原理課程設(shè)計(jì)年處理量為870噸丙酮?dú)怏w吸收的設(shè)計(jì)

1、化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì)題目 年處理量為870噸丙酮?dú)怏w吸收的設(shè)計(jì) 目錄任務(wù)書(shū)1摘要 2第一章 緒論31.1 吸收技術(shù)概況31.2 吸收設(shè)備的發(fā)展31.3 吸收過(guò)程在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用4第二章 方案設(shè)定62.1 吸收方法及吸收劑的選擇62.2 吸收工藝的流程6吸收工藝的流程的確定62.2.2 吸收工藝流程圖及工藝過(guò)程說(shuō)明62.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇82.3.1 塔填料的分類及結(jié)構(gòu)82.3.2 填料塔的性能8填料的選用92.4 操作參數(shù)的選擇9操作溫度的選擇10操作壓力的選擇10其它10第三章 吸收塔工藝計(jì)算113.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)11液相物性數(shù)據(jù)11氣相物性數(shù)據(jù)11氣液相平衡數(shù)據(jù)123

2、.2 物料衡算123.3 填料塔的工藝尺寸計(jì)算13塔徑的計(jì)算13泛點(diǎn)率校核13填料規(guī)格校核：14液體噴淋密度校核：143.4 填料層高度H的計(jì)算143.4.1 傳質(zhì)單元高度的計(jì)算143.4.2 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算163.5 填料塔附屬高度的計(jì)算173.6 液體分布器計(jì)算18液體分布器18布液孔數(shù)18布液計(jì)算18塔底液體保持管高度18 3.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇19氣體的進(jìn)出口裝置和排液裝置19氣體除沫裝置19填料支撐及壓緊裝置20填料壓緊裝置21手孔21封頭和裙座213.8 流體力學(xué)性質(zhì)計(jì)算21吸收塔的壓力降計(jì)算21吸收塔的泛點(diǎn)率22氣體動(dòng)能因子223.9 附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇233.9.1

3、離心泵的選擇與計(jì)算233.9.2 進(jìn)出管工藝尺寸的計(jì)算舉例24工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果26本設(shè)計(jì)主要符號(hào)說(shuō)明27對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論29結(jié)束語(yǔ)30參考文獻(xiàn)31課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、設(shè)計(jì)題目：年處理量為870噸丙酮?dú)怏w吸收的設(shè)計(jì) 試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的丙酮?dú)怏w。混合氣體的處理量為2500（m3/h），其中含丙酮?dú)鉃?（mol分?jǐn)?shù)），要求丙酮回收率為99（mol分?jǐn)?shù)），采用清水進(jìn)行吸收，吸收劑的用量為最小用量的2倍。（25C°下該系統(tǒng)的平衡關(guān)系為y1.75x。）2、工藝操作條件：（1）操作平均壓力 常壓（2）操作溫度 t=25 （3）年生產(chǎn)時(shí)間7200h。（4）選用填

4、料吸收塔3、設(shè)計(jì)任務(wù)：完成吸收工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型，繪制吸收系統(tǒng)的工藝流程圖和吸收塔的工藝條件圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。摘要填料塔氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱，在正常操作下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相，氣相組成呈連續(xù)變化，屬微分接觸逆流操作過(guò)程。它具有較高的分離效率，因此根據(jù)丙酮和空氣的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)分析，采用填料塔。本次設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的吸收問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算、核算、繪圖，是較完整的吸收設(shè)計(jì)過(guò)程，并通過(guò)對(duì)填料塔的計(jì)算，可以得出填料塔的各種設(shè)計(jì)參數(shù)，此設(shè)計(jì)方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。關(guān)鍵詞：填料塔 ，水，丙酮，吸收第一章 緒論1.1吸收技術(shù)的概況 吸收是典型的傳質(zhì)單元操作

5、。當(dāng)氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，氣體中的一個(gè)或幾個(gè)組分溶于液體中，而不能溶解的組分仍留在氣體中，使氣體混合物得到了分離，這種氣體混合物得到了分離，這種利用氣體混合物中各組分在液體中的溶解度不同來(lái)分離氣體混合物的。吸收操作所用的液體成為吸收劑或溶劑；混合氣中，被溶解的組分成為溶質(zhì)或吸收質(zhì)；不被溶解的組分稱為惰性氣體或載體；所得到的溶液成為吸收液，騎乘分是溶劑與溶質(zhì)；排出的氣體稱為尾氣。按吸收性質(zhì)分為物理吸收與化學(xué)吸收兩大類，在物理吸收中的溶質(zhì)與溶劑的結(jié)合力較弱，解吸比較方便。利用化學(xué)反映而實(shí)現(xiàn)吸收的操作稱為化學(xué)吸收。作為化學(xué)吸收可被利用的化學(xué)反應(yīng)一般應(yīng)滿足可逆性和較高的反應(yīng)速率。一般來(lái)說(shuō)吸收過(guò)程

6、應(yīng)包括吸收和解吸兩個(gè)部分，而設(shè)備包含吸收塔和解吸塔。1.2吸收設(shè)備的發(fā)展在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門(mén)，塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備。其作用實(shí)現(xiàn)氣液相或液液相之間的充分接觸，從而達(dá)到相際間進(jìn)行傳質(zhì)及傳熱的過(guò)程。它廣泛用于蒸餾、吸收、萃取、等單元操作，隨著石油、化工的迅速發(fā)展，塔設(shè)備的合理造型設(shè)計(jì)將越來(lái)越受到關(guān)注和重視。吸收塔設(shè)備是氣液接觸的傳質(zhì)設(shè)備，一般可分為級(jí)式接觸和微分接觸兩類。一般級(jí)式接觸采用氣相分散，設(shè)計(jì)采用理論板數(shù)及板效率；而微分接觸設(shè)備常采用液相分散，設(shè)計(jì)采用傳質(zhì)單元高度及傳質(zhì)單元數(shù)。吸收是氣液傳質(zhì)的過(guò)程，應(yīng)用填料塔較多，而塔填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了塔內(nèi)氣液

7、兩相接觸而進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的表面，與塔的結(jié)構(gòu)一起決定了填料塔的性能,塔填料的研究與應(yīng)用已獲得長(zhǎng)足的發(fā)展，鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、萊佛厄派克環(huán)、金屬環(huán)矩鞍等的出現(xiàn)標(biāo)志著散裝填料朝高通量、高效率、低阻力方向發(fā)展有新的突破。規(guī)整填料在工業(yè)裝置大型化和要求高分離效率的情況下，倍受重視，已成為塔填料的重要品種。塔填料仍處于發(fā)展之中，今后的研究方向主要是提高傳質(zhì)效率，同時(shí)考慮填料的強(qiáng)度、操作性能及使用上的通用因素，并綜合環(huán)型、鞍型及規(guī)整填料的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)構(gòu)型優(yōu)越、堆積接觸方式合理、流體在整個(gè)床層能均勻分布的新型填料。就目前看，填料的材質(zhì)仍以陶瓷、金屬和塑料為主，特別為滿足化工生產(chǎn)中溫度和耐腐蝕的要求，以開(kāi)發(fā)并采用

8、了氟塑料制成的填料。有板式塔和填料塔兩種形式，下面我們就填料塔展開(kāi)敘述。 填料塔的基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力降小，傳質(zhì)效率高，便于采用耐腐蝕材料制造等，對(duì)于熱敏性及容易發(fā)泡的物料，更顯出其優(yōu)越性。過(guò)去，填料塔多推薦用于0.60.7m以下的塔徑。近年來(lái)，隨著高效新型填料和其他高性能塔內(nèi)件的開(kāi)發(fā)，以及人們對(duì)填料流體力學(xué)、放大效應(yīng)及傳質(zhì)機(jī)理的深入研究，使填料塔技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 氣體吸收過(guò)程是化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作，其基本原理是利用氣體混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同，實(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作。板式塔和填料塔都可用于吸收過(guò)程，此次設(shè)計(jì)用填料塔作為吸收的主設(shè)備。1.3吸收在

9、工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用吸收操作在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，其目的有下列幾項(xiàng)。A制取化工產(chǎn)品（1）應(yīng)用98%硫酸吸收SO制取98%硫酸，應(yīng)用20%發(fā)煙硫酸吸收SO制取20%的發(fā)煙硫酸。（2）應(yīng)用93%硫酸脫除氣體中的水蒸氣以干燥氣體。（3）用水吸收氯化氫制取31%的工業(yè)鹽酸。（4）用水吸收NO生產(chǎn)50%-60%的硝酸。（5）用水或37%甲醛水溶液吸收甲醛制取福爾馬林溶液。（6）氨水吸收CO生產(chǎn)碳酸氫銨。（7）純堿生產(chǎn)中用氨鹽水吸收CO生成NaHCO。（8）用水吸收異丙醇催化脫氫生產(chǎn)的丙酮。B分離氣體混合物（1）油吸收法分離裂解氣。（2）用水吸收乙醇氧化脫氫法制取的乙醛。（3）用水吸收丙烯氨氧化法生產(chǎn)的丙

10、烯腈。（4）用醋酸亞銅氨液從C餾分中提取丁二烯。（5）用水吸收乙烯氧化制取的環(huán)氧乙烷。C從氣體中回收有用組分（1）用硫酸從煤氣中回收氨生成硫銨。（2）用洗油從煤氣中回收粗笨（）。（3）從煙道氣或合成氨原料氣中回收高純度CO。D氣體凈化（1）原料氣的凈化。其主要目的是清除后續(xù)加工時(shí)所不允許存在的雜質(zhì)，它們或會(huì)使催化劑中毒，或會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)而生成雜質(zhì)。例如，合成氨原料氣的脫CO和脫HS，天然氣、石油氣和焦?fàn)t氣的脫HS以及硫酸原料氣的干燥脫水等。（2）尾氣、廢氣的凈化以保護(hù)環(huán)境。燃煤鍋爐煙氣、冶煉廢氣等脫SO，硝酸尾氣脫除NO，磷酸生產(chǎn)中除去氣態(tài)氟化物（HF）以及液氯生產(chǎn)時(shí)弛放氣中脫除氯氣等。E生化工

11、程生化技術(shù)過(guò)程中采用好氣性菌，發(fā)酵中需要大量的空氣以維持微生物的正常吸收和代謝，要應(yīng)用空氣中的氧在水中的溶解（吸收）這一基本過(guò)程。第二章設(shè)計(jì)方案2.1吸收劑的選擇對(duì)于吸收操作，選擇適宜的吸收劑，具有十分重要的意義。其對(duì)吸收操作過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的影響。一般情況下，選擇吸收劑，要著重考慮如下問(wèn)題：1.對(duì)溶質(zhì)的溶解度大。所選的吸收劑多溶質(zhì)的溶解度大,則單位量的吸收劑能夠溶解較多的溶質(zhì),在一定的處理量和分離要求下,吸收劑的用量小,可以有效地減少吸收劑循環(huán)量,這對(duì)于減少過(guò)程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面,在同樣的吸收劑用量下,液相的傳質(zhì)推動(dòng)力大,則可以提高吸收效率,減小塔設(shè)備的尺寸。 2.

12、對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性。對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性,即要求選用的吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度,而對(duì)其他組分則溶解度要小或基本不溶,這樣,不但可以減小惰性氣體組分的損失,而且可以提高解吸后溶質(zhì)氣體的純度。 3.揮發(fā)度要低。吸收劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸氣壓,以避免吸收過(guò)程中吸收劑的損失,提高吸收過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。4.再生性能好。由于在吸收劑再生過(guò)程中,一般要對(duì)其進(jìn)行升溫或氣提等處理,能量消耗較大,因而,吸收劑再生性能的好壞,對(duì)吸收過(guò)程能耗的影響極大,選用具有良好再生性能的吸收劑,往往能有效地降低過(guò)程的能量消耗。5吸收劑的黏度小，有利于氣液兩相接觸良好，提高傳質(zhì)速率。6吸收劑應(yīng)具有良好化學(xué)穩(wěn)定性好，不易燃，

13、無(wú)腐蝕性，無(wú)毒，易得，廉價(jià)等特點(diǎn)。綜上所述，考慮吸收劑的選用標(biāo)準(zhǔn)，在丙酮的吸收過(guò)程中，采用清水為吸收劑。2.2吸收流程的選擇 吸收工藝的流程的確定吸收裝置的流程布置，指氣體和液體進(jìn)出吸收塔的流向安排。主要有以下幾種：1逆流操作 氣相自塔底進(jìn)入塔頂排出，液體反向流動(dòng)，即為逆流操作。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，分離程度高，吸收劑利用率高。工業(yè)上多采用逆流操作。2并流操作 氣液兩相均從塔頂流向塔底，此即并流操作。其特點(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。其通常用于以下情況：當(dāng)吸收過(guò)程的平衡曲線較平坦時(shí)，流向?qū)ξ胀苿?dòng)力影響不大；易溶氣體的吸收或處理的去氣體不需要吸

14、收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。3 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。通常用于已下情況：當(dāng)吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度；對(duì)于非等溫吸收過(guò)程，為控制塔內(nèi)的溫升，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于平衡常數(shù)m很小的情況，通過(guò)吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。其平均推動(dòng)力要低，接需設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用增加。4 塔串聯(lián)操作 若設(shè)計(jì)的填料層高度過(guò)大，或由于所處理物料等原因需經(jīng)常清理填料，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(guò)的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作

15、。此種操作因塔內(nèi)需留較大空間，輸液，噴淋，支撐板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。5 串并聯(lián)混合操作 若吸收處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內(nèi)的噴淋密度過(guò)大，操作氣速勢(shì)必很小（否則易引起液泛），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；若吸收過(guò)程處理的液量不大而氣相流量很大時(shí)，可采用液相作串聯(lián)，氣相作并聯(lián)的混合流程。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)跟據(jù)生產(chǎn)任務(wù)工藝特點(diǎn)，結(jié)合各種流程的優(yōu)缺點(diǎn)選擇適宜的流布置。本吸收過(guò)程中丙酮的濃度較低，同時(shí)過(guò)程分離要求不高，是一種吸收劑即可完成吸收任務(wù)的情況，故選用一步吸收流程，并且采用逆流吸收，因?yàn)槠渚哂袀髻|(zhì)推動(dòng)力大，分離效率高的優(yōu)點(diǎn)。2.

16、2.2 吸收工藝流程圖及工藝過(guò)程說(shuō)明吸收工藝流程采用常規(guī)逆流操作流程流程如下： 流程說(shuō)明:混合氣體進(jìn)入吸收塔，與水逆流接觸后，得到凈化氣排放；吸收丙酮后的水，經(jīng)取樣計(jì)算其組分的量，若其值符合國(guó)家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，則直接排入地溝，若不符合，待處理之后再排入地溝。 2.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇吸收塔設(shè)備對(duì)于吸收過(guò)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(guò)程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)過(guò)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(guò)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，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能

17、，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，易于制造、安裝、操作和維修等。但作為吸收過(guò)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(guò)程節(jié)能，所以對(duì)于吸收過(guò)程來(lái)說(shuō)，以采用填料塔居多。但在液體流率很低難以充分潤(rùn)濕填料，或塔徑過(guò)大，使用填料不很經(jīng)濟(jì)的情況下，以采用板式塔為宜。填料的分類及結(jié)構(gòu)各種填料的結(jié)構(gòu)差異較大，具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在使用上應(yīng)根據(jù)具體情況選擇不同的塔填料。在選擇塔填料時(shí)，應(yīng)該考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：1比表面積a 比表面積單位體積填料的填料表面積稱為比表面積，其單位為m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評(píng)價(jià)填料性

18、能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。2布性能要好 主要有以下三個(gè)方面：填料在塔內(nèi)裝填之后，整體結(jié)構(gòu)均勻；填料在塔內(nèi)堆放形狀應(yīng)有利于液體向四周均勻分布；減輕液體想避面偏流。3填料材質(zhì)的選擇 該流程處理量不大，所以所用的塔徑不會(huì)太大，以采用填料塔比較適宜，碳鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面潤(rùn)濕性能，對(duì)于無(wú)腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用。同時(shí)金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強(qiáng)度下使用，應(yīng)用范圍最為廣泛。塔填料是填料塔中的氣液相間傳質(zhì)單元，是填料塔的核心部件。其種類繁多，性能各有差異。按填料結(jié)構(gòu)及其使用方式可以分為散堆填料和規(guī)整填料兩大類。每一類又有不同

19、的結(jié)構(gòu)系列，同一系列中又有不同尺寸和不同的材料，可供設(shè)計(jì)時(shí)選用。1散堆填料 目前散堆填料主要有環(huán)型填料，鞍型填料及球型填料等。所用的材料有陶瓷，塑料，石墨，玻璃以及金屬等。 2 規(guī)整填料 規(guī)整填料是由許多相同尺寸和形狀的材料組成的填料單元，以整砌的方式裝填塔體中。規(guī)整填料主要包括板波紋填料，絲網(wǎng)波紋填料，脈沖填料等。其中尤以板波式填料和絲波紋填料應(yīng)用居多。板波紋填料所用材料主要有金屬和瓷質(zhì)，絲波紋填料所用材料主要有金屬絲網(wǎng)和塑料絲網(wǎng)。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)。各種填料的結(jié)構(gòu)差異較大，具有不

20、同的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在使用上應(yīng)根據(jù)具體情況選擇不同的塔填料。在選擇塔填料時(shí)，應(yīng)該考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：選擇填料材質(zhì) 選擇填料材質(zhì)應(yīng)根據(jù)吸收系統(tǒng)的介質(zhì)，工藝物料的腐蝕性及操作溫度而定，一般情況下，可以選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對(duì)于腐蝕性介質(zhì)應(yīng)采用相應(yīng)的抗腐蝕性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不銹鋼等，對(duì)于溫度較高的情況，應(yīng)考慮材料的耐溫性能。填料類型的選擇 填料類型的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，同一類填料塔中，比表面積大的填料雖然具有較高的分離效率，但是由于在同樣的處理量下，所需要的塔徑較大，塔體造價(jià)升高。填料尺寸的選擇 填料的外徑要與塔徑相配合，以使空隙均勻，以保證氣液兩相流體能均勻分布，良

21、好密切接觸。這是填料塔實(shí)現(xiàn)大通量，低阻力而效率高的必要條件之一。實(shí)踐表明，填料塔的塔徑與填料直徑的比值應(yīng)保持不低于某一下限值，以防止產(chǎn)生較大的壁效應(yīng)，造成塔的分離效率下降。一般來(lái)說(shuō)，填料尺寸大，成本低，處理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往難以抵償其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔經(jīng)常使用50mm的填料。反之，用較小的尺寸填料時(shí)，則效率的提高彌補(bǔ)不了通量低和造價(jià)低的缺點(diǎn)，因此25mm以下的填料很少使用。綜上所述，由于該過(guò)程處理量不大，所以所用的塔直徑不會(huì)太大，以采用填料塔較為適宜，并選用38mm級(jí)塑料階梯環(huán)填料。表2-3 聚丙烯塑料階梯環(huán)填料特性數(shù)據(jù)公稱直徑DN

22、 mm外徑×高×厚 d ×h ×,mm 比表面積 m2/m3空隙率 %個(gè)數(shù)n m-3干填料因子 m-13838×19×1.0132.591272001702.4吸收劑再生選擇的方法吸收劑使用到一定程度，需要處理后再使用，處理的方式一是通過(guò)再生回收副產(chǎn)品后重新利用，如亞硫酸鈉法吸收SO2氣體，吸收液中的亞硫酸氫鈉經(jīng)加熱再生，回收SO2后變?yōu)閬喠蛩徕c重新使用。二是直接把吸收液加工成副產(chǎn)品，如用氨水吸收SO2得到的亞硫酸銨經(jīng)氧化變?yōu)榱蛩徜@化肥。來(lái)源:考試大-環(huán)保工程師考試2.5 吸收參數(shù)的選擇吸收過(guò)程的操作參數(shù)主要包括吸收（或再生）壓力、吸

23、收（或再生）溫度以及吸收因子（或解吸因子）。這些條件的選擇應(yīng)充分考慮前后工序的工藝參數(shù)，從整個(gè)過(guò)程的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，利用過(guò)程的模擬計(jì)算，經(jīng)過(guò)多方案對(duì)比優(yōu)化得出過(guò)程參數(shù)。（1） 操作壓力選擇本任務(wù)中已經(jīng)給出是常壓操作，所以不需要再對(duì)其進(jìn)行考慮。（2） 操作溫度選擇本任務(wù)中已經(jīng)給出操作溫度是25 （3） 吸收因子和解吸因子選擇第三章 吸收塔工藝計(jì)算3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。25時(shí)水的物性數(shù)據(jù)如下：密度為: =996.95/m黏度為L(zhǎng)=0.8937mPa·s =3.217 kg/（·h）表面張力為:=71.

24、97dyN/cm=932731.2/h丙酮在水中的擴(kuò)散系數(shù)為:=4.608*10-6m2/s氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M=0.04×58.08+0.96×29=30.16（g/mol）=30.16（kg/kmol）混合氣體的平均密度為= = =1.233（kg/m3）混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查手冊(cè)得25空氣的黏度為=1.83510 Pa·s=0.066kg/（·h）丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為：氣液相平衡數(shù)據(jù)25下該系統(tǒng)的平衡關(guān)系為：y=1.75x 即相平衡常數(shù)為：m=1.75亨利系數(shù)為： E=mP=1.75101.3=177.275（

25、kPa）溶解度系數(shù)為： H=0.3121（kmol/（kPam3）3.2 物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為： Y1=0.0417出塔氣相摩爾比為： Y2=Y1（1-）=0.0417（1-0.99）=0.000417進(jìn)塔惰性氣相流量為：V=2500/22.4（1-0.04）=98.16（kmol/h）該吸收過(guò)程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算，即： （）=對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為：X2=0 （）=1.7325取操作液氣比為： （）=2（）=21.733 =3.466L=3.46698.16=340.22（kmol/h） G（Y1-Y2）=L（X1-X2） X1=98.16*

26、(0.0417-0.000417)/340.22 =0.01133.3 填料塔的工藝尺寸計(jì)算塔徑的計(jì)算采用EcKert通過(guò)關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速氣相質(zhì)量流量為WV=1.233×2500= 3082.5kg/h液相質(zhì)量流量可以近似按純水的流量計(jì)算，即WL=340.22×18.02= 6130.76kg/hEcKert通用關(guān)系圖的橫坐標(biāo)為(v/L)0.5 = × = 0.0699查 得查 得取=0.7UF=0.7×2.93=2.051m/s D= 0.657m圓整塔經(jīng)，取D=0.7m泛點(diǎn)率校核=1.817m/s/F=1.733/2.93×100%=62

27、.01%由于泛點(diǎn)附近流體力學(xué)性能的不穩(wěn)定性，一般較難穩(wěn)定操作，故一般要求泛點(diǎn)率在50%-80%之間，而對(duì)于易起泡的物系可低于40%.填料規(guī)格校核： =18.42>81 (滿足階梯環(huán)的徑比要求) 查資料得1：階梯環(huán)的徑比要求：>8液體噴淋密度校核： 對(duì)于直徑不超過(guò)75mm的散裝填料，可取最小濕潤(rùn)速率=0.08（m3/m·h）4 =132.5（m2/m3）4 =0.08132.5=10.6（m3/m·h） =11.38>10.6 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=700mm合理3.4 填料層高度H的計(jì)算3.4.1 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

28、恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：查 得，聚丙烯材質(zhì)的臨界表面張力為：； =132.5m2/m3；UL= 15938.54kg/(m2h) L=0.8937mPa·s =3.217 kg/（·h） =1.233×2500=3082.5kg/h WL=340.22×18.02=6130.76kg/h 1-exp-1.45()()()() =1-exp(-1.45×0.557×1.44×1.51×0.2903)=0.3935則w=52.14m2/m3 氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算=8013.79/（m2·h）=1.83510 Pa&

29、#183;s=0.066 kg/（·h） = =0.237×()()() =0.237×118.43×1.124×1.124×0.0020157 =0.0636（kmol/（mhkpa） 液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：=0.0095×()()()=0.5583m/h由 查表5141得 =0.0636×52.14×1.45=4.99kmol/(mhkpa)=0.5583×52.14×1.45=33.77/h因?yàn)?62.01%>%所以必須對(duì)和進(jìn)行校正，矯正計(jì)算如下：由 得=1+9.5(0.

30、6201-0.5) ×4.99=7.429（kmol/(mhkpa)）=1+2.6(0.6201-0.5) ×33.77=38.287/h由H= 0.6262m3.4.2 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算=1.750.0159=0.0278 =0 脫吸因數(shù)為： = 0.5049 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： =7.89采用傳質(zhì)推動(dòng)力法計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)，由Z=HN=0.6262x7.89=4.941m 取=1.2×4.941=5.928m設(shè)計(jì)取填料高度=6查表5-161對(duì)于階梯環(huán)填料 取=8.57, h=8.57×700=6000m計(jì)算得填料高度為6000mm。3.5 填料塔附屬高

31、度的計(jì)算根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，塔的上部空間取1.2m,氣、液體進(jìn)出口管路的接口皆為150mm，兩個(gè)封頭的高度為300mm,支座高度為160mm，塔底液停留時(shí)間按1.5分鐘計(jì)算。則塔釜所占空間高度為：h1=0.331m考慮到氣相接管所占的空間高度，底部空間高度可取1.2m，所以塔的附屬高度為：h3=1.2+0.15×2+0.16+1.2=3.16=3.2m填料塔的高度主要取決于填料層的高度，為了保證工程上的可靠性，計(jì)算出的填料層高度還應(yīng)加上20%的余度，則填料層高度 Z=4.941+4.941×205=5.928m所以，塔高H=h3+Z=3.2+6=9.2m3.6 液體分布器計(jì)算液體分布

32、器液體分布器可分為初始分布器和再分布器，初始分布器設(shè)置于填料塔內(nèi)，用于將塔頂液體均勻的分布在填料表面上，初始分布器的好壞對(duì)填料塔效率影響很大，分布器的設(shè)計(jì)不當(dāng)，液體預(yù)分布不均，填料層的有效濕面積減小而偏流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象增加，即使填料性能再好也很難得到滿意的分離效果。因而液體分布器的設(shè)計(jì)十分重要。特別對(duì)于大直徑低填料層的填料塔，特別需要性能良好的液體分布器。液體分布器的性能主要由分布器的布液點(diǎn)密度（即單位面積上的布液點(diǎn)數(shù)），各布液點(diǎn)均勻性，各布液點(diǎn)上液相組成的均勻性決定，設(shè)計(jì)液體分布器主要是決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)液體分布器的選型和設(shè)計(jì)，一般要求：液體分布要均勻；自由截面率要大；操作彈性大；不

33、易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調(diào)整水平。液體分布器的種類較多，有多種不同的分類方法，一般多以液體流動(dòng)的推動(dòng)力或按結(jié)構(gòu)形式分。若按流動(dòng)推動(dòng)力可分為重力式和壓力式，若按結(jié)構(gòu)形式可分為多孔型和溢流型。其中，多孔型液體分布器又可分為：蓮蓬式噴灑器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和雙排管式多孔型分布器等。溢流型液體分布器又可分為：溢流盤(pán)式液體分布器和溢流槽式液體分布器。布液孔數(shù)根據(jù)本吸收的要求和物系的性質(zhì)可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數(shù)應(yīng)應(yīng)依所用填料所需的質(zhì)量分布要求決定，噴淋點(diǎn)密度應(yīng)遵循填料的效率越所需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律。綜上所述，取布液孔數(shù)

34、為188個(gè)，則總布液孔數(shù)為： n=0.785×0.7×18872（個(gè)）； 布液計(jì)算 由 取，則d=0.0053m塔底液體保持管高度液體保持管高度:取布液孔直徑為4.5mm,則液體保持管高度可由式k為孔流系數(shù),其值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定;在雷諾數(shù)大于1000的情況下,可取0.60-0.62,液位高度的確定應(yīng)和布液孔徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),使各項(xiàng)參數(shù)均在一定范圍內(nèi).在200mm-500mm之間,符合要求。3.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇氣體的進(jìn)出口裝置和排液裝置為使氣相在塔內(nèi)能夠穩(wěn)定均勻分布必須有合適的氣體分布器。一般來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)氣體均勻分布比液相容易一些，故氣體入塔的分布裝置也相對(duì)簡(jiǎn)單。但是

35、對(duì)于大塔徑低壓力降的填料塔來(lái)說(shuō)，裝置性能良好的氣相分布裝置仍然是十分重要的。具有緩沖擋板的進(jìn)氣裝置，由于擋板的作用使入塔氣體分為兩股，呈環(huán)流上升，使氣體分布較為均勻。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)500mm以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使氣體折轉(zhuǎn)向上。對(duì)1.3m以下的直徑的塔，管的末端制成下彎的錐形擴(kuò)大器或采用其他分布?xì)饬鞯难b置。氣體的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(jiǎn)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)除沫要求高是可采用旋流板除霧器。液體出口裝置即要是塔底液體順利排出，

36、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10-30（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口管氣速可取0.5-3（必要時(shí)可大些）。氣體除沫裝置由于氣體在塔頂離開(kāi)填料塔時(shí)，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液相，經(jīng)常需要在頂設(shè)置除沫器。常用的除沫器有以下幾種：折流板式除沫器，它是一種利用慣性使液滴得以分離的裝置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器，由幾塊固定的旋流板片組成，氣體通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，造成一個(gè)離心力場(chǎng)，液滴在離心力作用下，向塔壁運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了氣液分離。適用于大塔徑凈化要求高的場(chǎng)合。絲網(wǎng)除沫器，它由金屬絲卷成高度為100-150的盤(pán)狀使用。安裝方式多種多樣，

37、氣體通過(guò)除霧沫器的壓強(qiáng)降約為120-250Kp，絲網(wǎng)除沫器的直徑由氣體通過(guò)絲網(wǎng)的最大氣速?zèng)Q定。根據(jù)本吸收特點(diǎn)及要求，本吸收操作選用旋流板式除沫器。填料支撐及壓緊裝置 填料支承裝置的作用是支承填料以及填料層內(nèi)液體的重量，同時(shí)保證氣液兩相順利通過(guò)。支承若設(shè)計(jì)不當(dāng)，填料塔的液泛可能首先發(fā)生在支承板上。為使氣體能順利通過(guò)，對(duì)于普通填料塔，支承件上的流體通過(guò)的自由截面積為填料面的50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承裝置本身對(duì)塔內(nèi)氣液的流

38、動(dòng)狀態(tài)也會(huì)產(chǎn)生影響，因此作為填料支承裝置，除考慮其對(duì)流體流動(dòng)的影響外，一般情況下填料支承裝置應(yīng)滿足如下要求：1.足夠的強(qiáng)度和剛度，以支持填料及所持液體的重量（持液量），并考慮填料隙中的持液量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動(dòng)，機(jī)械震動(dòng)，溫度波動(dòng)等因素。2.足夠的開(kāi)孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撐處發(fā)生液泛；為使氣體能順利通過(guò)，對(duì)于普通填料塔，支承件上的流體通過(guò)的自由截面積為填料面的50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛。3.結(jié)構(gòu)上應(yīng)

39、有利于氣液相的均勻分布，同時(shí)不至于產(chǎn)生較大的阻力（一般阻力不大于20Pa）；4.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造安裝和維修。5.要有一定的耐腐蝕性。常用的填料支承裝置有柵板型和駝峰型及各種具有氣升管結(jié)構(gòu)的支承板。如圖：填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料，常用的填料支承裝置有如圖片3-14所示的柵板型、孔管型、駝峰型等。支承裝置的選擇，主要的依據(jù)是塔徑、填料種類及型號(hào)、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流率等。填料壓緊裝置 為保證填料塔在工作狀態(tài)下填料床能夠穩(wěn)定，防止高氣相負(fù)荷或負(fù)荷突然變動(dòng)時(shí)填料層發(fā)生松動(dòng)，破壞填料層結(jié)構(gòu)，甚至造成填料損失，必須在填料層頂部設(shè)置填料限定裝置。填料限定可分為類：一類是將放置于填料上端，

40、僅靠自身重力將填料壓緊的填料限定裝置，稱為填料壓板；一類是將填料限定在塔壁上，稱為床層限定板。填料壓板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料發(fā)生移動(dòng)撞擊，造成填料破碎。床層限定板多用于金屬和塑料填料，以防止由于填料層膨脹，改變其初始堆積狀態(tài)而造成的流體分布不均勻的現(xiàn)象。一般要求壓板和限制板自由截面分率大于70%。手孔由于本塔直徑較小，故設(shè)兩個(gè)手孔即可，不用設(shè)計(jì)人孔。查資料6得，在兩個(gè)填料層的底部各設(shè)一個(gè)400mm的手孔。封頭和裙座查資料得選h=300mm的封頭4即可。裙座選1.25m。3.8 流體力學(xué)性質(zhì)計(jì)算吸收塔的壓力降計(jì)算氣體通過(guò)填料塔的壓強(qiáng)降，對(duì)填料塔影響較大。如果氣體通過(guò)填料塔的壓強(qiáng)降大，則操作

41、過(guò)程的消耗動(dòng)力大，特別是負(fù)壓操作更是如此，這將增加塔的操作費(fèi)用。氣體通過(guò)填料塔的壓力降主要包括氣體進(jìn)入填料的進(jìn)口及出口壓力降，液體分布器及再分布器的壓力降，填料支撐及壓緊裝置壓力降以及除沫器壓力降等。 可以利用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算壓強(qiáng)降； 采用Ecker通用關(guān)聯(lián)式計(jì)算填料層壓降橫坐標(biāo) 查表5181 縱坐標(biāo) =××0.8937=0.03853查表10-532得 填料層壓降為 P=330×11=3630Pa 氣體進(jìn)出口壓力降取氣體進(jìn)出口內(nèi)徑為200mm,則氣體進(jìn)出口速率為15m/su=22.12m/s則進(jìn)口壓降為（） 出口壓降（） 填料塔的壓力降為 由于其他壓降

42、很小，故可以忽略所以全塔壓降 =301.65+150.82+3630=4082.47Pa吸收塔的泛點(diǎn)率吸收塔的操作氣速為f=×100%=62.01%泛點(diǎn)率f=0.6201適合.氣體動(dòng)能因子氣體動(dòng)能因子簡(jiǎn)稱F因子,其定義為 其中為空塔氣速.F=u=1.811×=2.0176m/s(kg/m)在合理范圍內(nèi)經(jīng)分析合理。3.9 附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇3.9.1 離心泵的選擇與計(jì)算計(jì)算過(guò)程如下所選管為熱軋無(wú)縫鋼管校核管內(nèi)流速u=2.417m/s則雷諾數(shù) Re=8.089*10局部阻力損失：三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截止閥全開(kāi) ; 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭 ；管路總壓頭損失 Z=Z1-Z2=10.5m

43、 =(+) =（0.0187*+21.45）×=6.39m揚(yáng)程He=Z+H=10.5+6.39=16.89m流量 Q=6.15m/h 查資料2得，選IS50-32-250B性能參數(shù)流 量M3/h揚(yáng) 程m轉(zhuǎn) 速r/min功率 kW效 率氣蝕余量m軸電機(jī)6.32014501.071.532%2.03.9.2 進(jìn)出管工藝尺寸的計(jì)算舉例1 液體進(jìn)、出管口液體的進(jìn)口多是直接通向噴淋裝置，其結(jié)構(gòu)需按噴淋裝置的要求而定。液體的出口裝置應(yīng)該便于液體的排放，不易阻塞，而且又能將塔設(shè)備的內(nèi)部與外部大氣隔離。液體管徑的計(jì)算:D1=0.02787m=27.87mm所以選取管徑流速校正：u =1.722m/s

44、正常范圍內(nèi)，說(shuō)明所選管徑合格。2 氣體進(jìn)、出口管口 氣體進(jìn)口要能防止液體淹沒(méi)氣體通道。對(duì)于以下的塔，管的末端可做成向下的喇叭行擴(kuò)大口。氣體出口要能防止液滴的帶出和積聚，可采用同氣體進(jìn)口結(jié)構(gòu)相似的開(kāi)口向下的引出管，或者在出口接管之前加裝除沫擋板或加裝一開(kāi)口向上的分離貸囊。氣體管徑的計(jì)算： 采用直管進(jìn)料。取 D=0.182m取管徑=219×9.5流速校正：u =21.23m正常范圍內(nèi)，說(shuō)明所選管徑合格。工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果單位液體密度996.95kg/m3液體粘度89.37uPa·s液體表面張力932731.2kg/h2丙酮在水中的擴(kuò)散系數(shù)1.27910m2/s混合

45、氣體平均摩爾質(zhì)量30.16kg/kmol混合氣體平均密度1.233kg/m3混合氣體粘度18.35uPa·s丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)0.03924m2/h相平衡常數(shù)1.75亨利系數(shù)177.275kPa溶解度系數(shù)0.312kmol/（kPa·m3）進(jìn)塔氣相摩爾比0.0417出塔氣相摩爾比0.000417進(jìn)塔惰性氣相流量98.16kmol/h氣相質(zhì)量流量3082.5kg/h液相質(zhì)量流量6130.76kg/h最小液氣比1.7325操作液氣比3.466填料的泛點(diǎn)2.93m/s氣速1.817m/s塔徑0.7m填料層高度6m總布液孔數(shù)72脫吸因數(shù)0.5049傳質(zhì)單元高度0.6262m傳質(zhì)

46、單元數(shù)4.941液體保持管高度150mm填料塔的壓力降4082.47Pa泛點(diǎn)率0.6201氣體動(dòng)能因子2.0176m/s（kg/m3）0.5 封頭300mm手孔400mm裙座1200mm填料高度6000mm離心泵型號(hào)IS50-32-250B 氣體管口直徑219×9.5mm液體管口直徑42×6mm全塔高度9.2mm本設(shè)計(jì)主要符號(hào)說(shuō)明符號(hào)代 表 意 義符號(hào)代 表 意 義氣體擴(kuò)散系數(shù)單位體積填料潤(rùn)濕面積液體擴(kuò)散系數(shù)S脫吸因數(shù)出口液相溶質(zhì)摩爾分率D塔徑m平衡常數(shù)傳質(zhì)單元高度E亨利系數(shù)傳質(zhì)單元數(shù)H溶解度系數(shù)填料孔隙率 進(jìn)口氣相溶質(zhì)摩爾分率液體最小噴淋密度Y出口氣相溶質(zhì)摩爾分率L液體噴淋密度進(jìn)口液相溶質(zhì)摩爾分率u空塔速度K氣相傳