化工課程方案二氧化硫吸收方案

1、目錄目錄 1摘要 3第 1 章緒論 51l吸收技術(shù)簡況512吸收設(shè)備的發(fā)展61.3 吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 7第 2 章設(shè)計方案 72.1 吸收劑的選擇 72.2 吸收流程的選擇 82.2.1 氣體吸收過程分類 82.2.2 吸收裝置的流程 92.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇 92.3.1 吸收塔設(shè)備 92.3.2 填料的選擇 102.4 吸收劑再生方法的選擇 102.5 操作參數(shù)的選擇 11第 3 章吸收塔的工藝計算 113.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 113.1.1 液相物性數(shù)據(jù) 113.1.2 氣相物性數(shù)據(jù) 123.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 123.2 物料衡算 123.3 塔徑計算 13塔徑的計算

2、13泛點率校核： 14液體噴淋密度得校核： 143.4 填料層高度的計算 14傳質(zhì)單元數(shù)的計算 14傳質(zhì)單元高度的計算 15填料層高度的計算 163.5 填料塔附屬高度的計算 173.6 液體分布器計算 173.6.1 液體分布器的選型 183.6.2 布液孔數(shù)的計算 183.6.3 布液計算 183.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇 183.7.1 填料支承裝置的選擇 183.7.2 填料壓緊裝置 19塔頂除霧器193.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計算203.8 . 1吸收塔的壓力降 20吸收塔的泛點率 21氣體動能因子213.9附屬設(shè)備的計算與選擇 21離心泵的選擇與計算 21吸收塔主要接管尺寸選擇與計

3、算 22工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總與主要符號說明23設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論26主要參考文獻(xiàn) 27結(jié)束語28吸收操作系統(tǒng)的工藝流程圖29吸收操作系統(tǒng)的設(shè)備條件圖30摘要氣體吸收過程是利用氣體混合物中，各組分在液體中溶解度或化學(xué)反應(yīng)活性的差異，在 氣液兩相接觸時發(fā)生傳質(zhì)，實現(xiàn)氣液混合物的分離。一般說來，完整的吸收過程應(yīng)包括吸收 和解吸兩部分。在化工生產(chǎn)過程中，原料氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體，保護(hù) 環(huán)境等方面都廣泛應(yīng)用到氣體吸收過程。填料塔因為其通量大，阻力小，壓降低，操作彈性 大，塔內(nèi)持液量小，填料易用耐腐蝕材料制造，結(jié)構(gòu)簡單，分離效率高等優(yōu)點，使得其在某些處理量大要求壓降小的分離過

4、程中得到了廣泛的應(yīng)用并作為主要設(shè)備之一，越來越受到青 睞。本設(shè)計任務(wù)是用20C清水洗收錄其中的。對于氣體的吸收應(yīng)該采用氣液傳質(zhì)設(shè)備填料塔，因為它具有較高的比表面積。用水吸收I屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。在此吸收過程中，操作溫度及操作壓力較低，選用塑料散裝填料。因塑 料階梯環(huán)的綜合性能較好，所以選用DN8聚丙烯階梯環(huán)填料。梁型支承板的性能優(yōu)良，有利于氣液傳質(zhì)，因此選用梁型支承板。因該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對較低，故選 用槽式液體分布器。關(guān)鍵詞:吸收-填料塔-逆流第1章緒論1 1吸收技術(shù)簡況利用混合氣體中各組分在同一種溶劑 吸收劑）中溶解度的不同分離氣體混合

5、物的單元操 作稱為吸收。吸收是分離氣體混合物最常見的單元操作之一。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。吸收過程通常在吸收塔中進(jìn)行。根據(jù)氣、液兩相的流動方向，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，與從下向上流動的氣體 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。吸收

6、塔操作示意圖如圖 片2-1所示圖21吸收塔操作示意圖在工業(yè)生產(chǎn)中，除以制取溶液產(chǎn)品為目的的吸收 （如用水吸收HCI氣制取鹽酸等 之外，大 都要將吸收液進(jìn)行解吸，以便得到純凈的溶質(zhì)或使吸收劑再生后循環(huán)使用。解吸也稱為脫 吸，它是使溶質(zhì)從吸收液中釋放出來的過程，解吸通常在解吸塔中進(jìn)行。圖片2-2所示為洗油脫除煤氣中粗苯的流程簡圖。圖中虛線左側(cè)為吸收部分，在吸收塔中，苯系化合物蒸汽溶解 于洗油中，吸收了粗苯的洗油（又稱富油由吸收塔底排出，被吸收后的煤氣由吸收塔頂排出。 圖中虛線右側(cè)為解吸部分，在解收塔中，粗苯由液相釋放出來，并為水蒸汽帶出，經(jīng)冷凝分 層后即可獲得粗苯產(chǎn)品，解吸出粗苯的洗油（也稱為貧油

7、 經(jīng)冷卻后再送回吸收塔循環(huán)使用。圖2-2洗油脫馀煤毛中粗苯流程簡圖吸收塔設(shè)備是氣液接觸的傳質(zhì)設(shè)備，一般可分為逐級接觸型和微分接觸型兩類。板式塔屬 于逐級接觸型的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它是在塔體內(nèi)按照一定距離設(shè)置許多塔盤，氣體以鼓泡或噴 射的方式穿過塔盤上的液層。填料塔屬于微分接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，它是在塔體內(nèi)裝有一定 數(shù)量的填料，填料的作用是提供氣液間的傳質(zhì)面積。在塔內(nèi)液體沿填料表面下流，形成一層 薄膜，氣體沿填料空隙上升，在填料表面的液層與氣體的界面上進(jìn)行傳質(zhì)過程0 1 2吸收設(shè)備的發(fā)展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。 其中填料塔的應(yīng)用較為廣泛。填料塔的

8、歷史較久，早在19世紀(jì)中期已開始用于生產(chǎn)，到 20世紀(jì)初，人們以碎石、短管段 等為填料用來蒸餾原油，改進(jìn)了原來的釜式蒸餾技術(shù)，促進(jìn)了石油工業(yè)的發(fā)展。但因為當(dāng)時 對填料兩相的流動研究很少，塔的優(yōu)越性未能全部發(fā)揮，故不久就為泡罩塔所取代。后來隨 著石油、酸堿、肥料、石油化工等工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對填料塔的實踐和認(rèn)識才進(jìn)一步不 斷加深，制造了多種形式的填料；對填料塔的壓降和泛點得出了較為可靠的關(guān)聯(lián)式，為設(shè)計 和操作提供了依據(jù)o填料塔，它由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、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

9、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，20世紀(jì)80年代后開發(fā)的新型填料如 QH 1型扁環(huán)填料、八四內(nèi)弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規(guī)整板 波紋填料、格柵填料等，為先進(jìn)的填料塔設(shè)計提供了基礎(chǔ)。塔填料的研究與應(yīng)用已獲得長足的發(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。其中金屬與 塑料波紋板

10、造價適中，抗污力強(qiáng)，操作性能好，并易于工業(yè)應(yīng)用，可作為通用填料使用；柵 格填料對液體負(fù)荷和允許壓降要求苛刻的過程十分有利，并具有自凈機(jī)能，即使應(yīng)用在污垢 系統(tǒng)也能長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)；脈沖填料獨特的結(jié)構(gòu)使之在大流量、大塔徑下也不會發(fā)生偏流，極 易工業(yè)放大，從發(fā)展上看很有希望。近年來，項目界對填料塔進(jìn)行了大量的研究工作，主要集中在以下幾個方面：(1) 開發(fā)多種形式、規(guī)格和材質(zhì)的高效、低壓降、大流量的填料；(2) 與不同填料相匹配的塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)；(3) 填料層中液體的流動及分布規(guī)律；(4) 蒸餾過程的模擬。填料塔的基本特點是結(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等。對于 熱敏性及容易發(fā)泡的物

11、料，更顯出其優(yōu)越性。過去，填料塔多推薦用于0.60.7m以下的塔徑。近年來，隨著高效新型填料和其他性能內(nèi)件的開發(fā)，以及人們對填料流體力學(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 4。1.3 吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 氣體吸收在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用大致有以下幾種。(1) 制備液體產(chǎn)品 如用水吸收 HCL 制備鹽酸，用水吸收甲醛蒸汽制福爾馬林溶液等，都是吸 收操作。 凈化氣體或精制氣體 如用水脫除合成氨原料中的 CO2，用丙酮脫除石油裂解氣中的乙炔 等，其目的是出去氣體中的有害成分，便于氣體在工序中能順利進(jìn)行。(3) 回收有用物質(zhì) 工藝尾氣中含有一些有價值的物質(zhì)，通過吸收可以為這些物

12、質(zhì)找到新的 用途，做到物盡其用。(4) 保護(hù)環(huán)境 在排放到大氣的工藝尾氣中可能含有對人或其他生物有害的物質(zhì)，比如硫的化 合物、氨的化合物等。這些有害物質(zhì)如果不除，將造成環(huán)境污染。通過吸收，可以在排放 前除去這些有害物，做到達(dá)標(biāo)排放 1 。第 2 章 設(shè)計方案2.1 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)。選擇吸收劑時在，主要考慮以下幾點：(1 溶解度大 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度越大，則傳質(zhì)推動力越大，吸收速率越快，且吸收 劑的耗用量越少，操作費用較低。（2 選擇性好 吸收劑應(yīng)對溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對混合氣體中的其它組分溶解度甚 微，否則不能實現(xiàn)有效的分離。（3 揮發(fā)性好

13、 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。（4 粘度低 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動阻力越小，擴(kuò)散系數(shù)越大，這 有助于傳質(zhì)速率的提高。 其它 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易 得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)安全 1 。在實際生產(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)，對可供選擇 的吸收劑做全面的評價，作出科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的選擇。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，采用清水為吸收劑。2.2 吸收流程的選擇2.2.1 氣體吸收過程分類氣體吸收過程

14、通常按以下方法分類。（1 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組分進(jìn)入液相，其余組分不溶 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。（3 低濃度吸收與高濃度吸收 :在吸收過程中，若溶質(zhì)在氣液兩相中的摩爾分率均較低 等溫吸收與非等溫吸收 :氣體溶質(zhì)溶解于液體時，常因為溶解熱或化學(xué)反應(yīng)熱，而產(chǎn)生熱 效應(yīng)，熱效應(yīng)使液相

15、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，能及時移出吸收過程所產(chǎn)生的熱量， 此時液相的溫度變化并不顯著，這種吸收稱為等溫吸收 6吸收裝置的流程 吸收裝置的流程主要有以下幾種。1 ）逆流操作 氣相自塔底進(jìn)入塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入塔底排出，此即逆流操作。逆流操 作的特點是，傳質(zhì)平均推動力大，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。2 ）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

16、較平坦時，流向?qū)ν苿恿τ绊懖淮?；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。3 ）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)吸收劑用量較 小，為提高塔的液體噴淋密度；對于非等溫吸收過程，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力要低，且需要設(shè)置 循環(huán)泵，操作費用增加。4）多塔串聯(lián)操作 若設(shè)計的填料層高度過大，或

17、因為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串聯(lián)的塔內(nèi)，每個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。5）串聯(lián) 并聯(lián)混合操作 若吸收過程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內(nèi)的 噴淋密度過大，操作氣速勢必很小 否則易引起塔的液泛），塔的生產(chǎn)能力很低。實際生產(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?72.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇 2.

18、3.1 吸收塔設(shè)備對于吸收過程，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)計的首要工作。而進(jìn) 行這一項工作則主要對吸收過程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)過多方案對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，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，

19、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)計過程采用填料塔作為吸收設(shè)備0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)計的重要環(huán)節(jié)。在選擇塔填料時應(yīng)考慮如下幾個問題：1）比表面積要大 比表面積a是指單位體積的填料層所具有的表面積，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。2）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，氣體流動的阻力小，填料的空隙率一般在范圍。3）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

20、料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。4）填料的幾何形狀填料的幾何形狀對填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能有著重要的影響。5）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9。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接觸 為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點，可以

21、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=132.5m孔隙率=0.91形狀修正系數(shù)=1.45填料因子=170mA=0.2042.4吸收劑再生方法的選擇使溶解于液相中的氣體釋放出來的操作稱為解吸。其操作方法通常是使富液與惰性氣體 或蒸汽逆流接觸，富液自解吸塔頂引入，在其下流過程中與來自塔底的惰性氣體或蒸汽相 遇，吸收質(zhì)逐漸從溶液中釋放出來，在塔頂?shù)玫轿召|(zhì)與惰性氣體或蒸汽的混合物，在塔底 得到較純凈的吸收劑。在本設(shè)計操作中，規(guī)定吸收二氧化硫后的水，經(jīng)富液泵送入再生塔 頂，用燃料氣進(jìn)行氣提解吸操作

22、，解吸后的水經(jīng)貧油泵，送回吸收塔，循環(huán)使用，氣提氣則 進(jìn)入燃料處理系統(tǒng)9。2.5操作參數(shù)的選擇吸收過程的操作參數(shù)主要包括吸收 或再生）壓力、吸收 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)，從整個過程的安全性、可靠 性、經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，利用過程的模擬計算，經(jīng)過多方案對比優(yōu)化得出過程參數(shù)。操作壓力選擇本任務(wù)中已經(jīng)給出是常壓操作，所以不需要再對其進(jìn)行考慮。操作溫度選擇本任務(wù)中已經(jīng)給出操作溫度是 20 C吸收因子和解吸因子選擇吸收因子和解吸因子是一個關(guān)聯(lián)了氣體處理量，吸收劑用量以及氣液平衡常數(shù)的綜合過 程參數(shù)。吸收因子和解吸因子的取值大小對過程的經(jīng)濟(jì)性影響很大，

23、選用大的吸收因子，則 過程的設(shè)備費用降低而吸收劑用量或循環(huán)量加大，操作費用升高。若吸收因子較小，則過程 推動力減小，塔必然很高。在設(shè)計上，兩者的數(shù)值應(yīng)該以過程的總費用最低為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行 設(shè)計后確定10。S產(chǎn)1根據(jù)公式 m=E/p； A= ;所以；第3章吸收塔的工藝計算3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 液相物性數(shù)據(jù)20 C時水的有關(guān)對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得, 物性數(shù)據(jù)如下：密度匚三口黏度-表面張力為SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為混合氣體的密度為混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查手冊得20C空氣的黏度為| 查手冊得SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)

24、為1= 氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得，常壓下20r時SO2在水中的亨利系數(shù)為1 B相平衡常數(shù)為溶解度系數(shù)為3.2物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為出塔氣相摩爾比進(jìn)塔惰性氣相流量最小液氣比液氣比所以-由3.3塔徑計算塔徑的計算采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速Eckert關(guān)聯(lián)圖得橫坐標(biāo)為圓整塔徑，取泛點率校核:填料規(guī)格校核:液體噴淋密度得校核：填料表面的潤濕狀況是傳質(zhì)的基礎(chǔ)，為保持良好的傳質(zhì)性能，每種填料應(yīng)維持一定的液體潤 濕速率 或噴淋密度)。min為依Morris等推薦，d75mm的環(huán)形及其它填料的最小潤濕速率)最小噴淋密度_ I噴淋密度經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。3.4填料層高度的計算傳質(zhì)單元數(shù)

25、的計算脫吸因數(shù)氣相總傳質(zhì)單元數(shù) NOG342傳質(zhì)單元高度的計算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算:又液體質(zhì)量通量氣膜吸收系數(shù)液膜吸收系數(shù)查表5-4得343填料層高度的計算由得 1設(shè)計取填料層高度為一:查表5-16，對于階梯環(huán)填料，建議分段高度得條件為a取，則一二計算得填料層高度為1 ，故不需分段。3.5填料塔附屬高度的計算塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器所需的空間高度，塔的底部 空間高度等。塔的上部空間高度是為使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來而留取的高度，可取 1.2m包括除沫器高度）。設(shè)塔定液相停留時間為10s,則塔釜液所占空間高度為考慮到氣相接管的空間高度

26、，底部空間高度取為0.5M，那么塔的附屬空間高度可以取為1.7 。吸收塔的總高度為7.3.3.6液體分布器計算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填料塔效率影響很大，分布器的設(shè)計不 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)計十分重要。特別對于大直徑低填料 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密度 即單位面積上的布液點數(shù)），各布液點均 勻性，各布液點上液相組成的均勻性決定，設(shè)計液體

27、分布器主要是決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺 寸。對液體分布器的選型和設(shè)計，一般要求：液體分布要均勻；自由截面率要大；操作彈性 大；不易堵塞，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，一般多以液體流動的推動力或按結(jié)構(gòu)形式分。若按流動推動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：溢流盤式液體分 布器和溢流槽式液體分布器。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

28、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，噴淋點密度應(yīng)遵循填料的效率越所需的噴淋點密度越大這一 規(guī)律11。液體分布器的選型該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對較小，故選用槽式液體分布器。布液孔數(shù)的計算按Eckert建議值，1時，噴淋點密度為42點一，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計取噴淋 點密度為120點一布液點數(shù)為占八、按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點設(shè)計。設(shè)計結(jié)果為：二級槽共七道，在槽側(cè) 面開孔，槽寬度為80 ，槽高度為210，兩槽中心距為160。分布點采用三角形排列，實際設(shè)計布點數(shù)亠點。363布液計算設(shè)計取 3.7其他附屬塔內(nèi)件的選擇 填料支承裝置的選擇填料支承裝置的作用是支承填料

29、以及填料層內(nèi)液體的重量，同時保證氣液兩相順利通過。支承若設(shè)計不當(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，對于普通填料塔，支承件上的流體通過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)計時應(yīng)取盡 可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚 至形成液泛。因為填料支承裝置本身對塔內(nèi)氣液的流動狀態(tài)也會產(chǎn)生影響，因此作為填料支 承裝置，除考慮其對流體流動的影響外，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），并考慮填料空隙中的持

30、液 量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動，機(jī)械震動，溫度波動等因素。足夠的開孔率 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，對于普通填料塔，支承件上的流體通過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)計時應(yīng)取 盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率， 甚至形成液泛12。結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于氣液相的均勻分布，同時不至于產(chǎn)生較大的阻力一般阻力不大于20Pa）；結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造安裝和維修。要有一定的耐腐蝕性。因梁型氣體噴射式支承板可提供超過90%的自由截面，保證

31、氣體通量大，阻力小，故選用梁型噴射式支承板。支持板外徑1116 ，分塊數(shù)4,支承圈寬度50,支承圈厚度10,近似重量400 .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)荷突然變動時填料層發(fā)生 松動，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，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，以防止因為填料 層膨脹，改變其開始堆積狀態(tài)而造成的流體分布不均勻的

32、現(xiàn)象。一般要求壓板和限制板自由 截面分率大于70%5。本任務(wù)因為使用聚丙烯填料，故選用床層限定板。塔頂除霧器因為氣體在塔頂離開填料塔時，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 時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，造成一個離心力場，液滴在離心力作用下，向塔壁運動實現(xiàn)了氣液分 離。適用于大塔徑凈化要求高的場合。絲網(wǎng)除沫器，它由金屬絲卷成高度為100-150的盤狀使用。安裝方式多種多樣，氣體通過除霧沫器的壓強(qiáng)降約為120-250Kp，絲網(wǎng)除沫器

33、的直徑由氣體通過絲網(wǎng)的最大氣速決定14。根據(jù)本吸收特點及要求，本吸收操作選用金屬絲網(wǎng)除沫器。絲網(wǎng)除霧器的設(shè)計計算如下：直徑3.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計算3.8 . 1吸收塔的壓力降氣體通過填料塔的壓強(qiáng)降，對填料塔影響較大。如果氣體通過填料塔的壓強(qiáng)降大，則操作過 程的消耗動力大，特別是負(fù)壓操作更是如此，這將增加塔的操作費用。氣體通過填料塔的壓 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。1）填料層壓降的計算可以利用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算壓強(qiáng)降；橫坐標(biāo)為又查表5-18得,縱坐標(biāo)查圖5-18得填料層壓降為2）氣體進(jìn)出口壓

34、力降氣體出口壓降取接管內(nèi)徑250mm則進(jìn)口壓降為出口壓降3）其它塔內(nèi)件的壓力降 較小，在此可忽略 所以總壓為一亠，_吸收塔的泛點率泛點率校核流量/m3/ h揚程H/m效率軸功 率/kW電機(jī)功率/kW必須汽蝕余量【1質(zhì)量 泵/底 座）/kg1450：10012.5764.487.5：2.5100/66吸收塔主要接管尺寸選擇與計算氣體管路直徑：氣體進(jìn)入塔內(nèi)的流速一般為1018m/s,常壓塔氣體進(jìn)出口管速度可取 1020m/s高壓塔氣速低 于此值。為了防止突然擴(kuò)大引起的壓頭損失，所以取氣體流速為u=18m/s。據(jù)根管材規(guī)范，取管徑為：內(nèi)徑為250實際流速2）液體進(jìn)口裝置對于直徑1.5以下的塔，管口末

35、端可制成向下的喇叭形擴(kuò)大口，防止淋下的液體進(jìn)入管內(nèi)，同時還要使氣體分散均勻。3）氣體出口裝置氣體的出口裝置，要求既能保證氣體暢通又要盡量除去被夾帶的液沫，在氣體出口前加裝除 液沫擋板。當(dāng)氣體夾帶較多霧滴時，需另裝除沫器4）液體管路直徑取液體流速亠據(jù)根管材規(guī)范，取管徑為：其內(nèi)徑為125旦。5）液體進(jìn)口裝置液體進(jìn)口管應(yīng)直接通向噴淋裝置，可選用直管。液體出口裝置為了便于塔內(nèi)液體排放，保證塔內(nèi)有一定液圭寸裝置高度而設(shè)計，并能防止氣體短路工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總與主要符號說明吸收塔的吸收劑用量計算總表表-1項目符號數(shù)值與計量單位混合氣體處理量2400 旦氣液相平衡常數(shù)m35.04進(jìn)塔氣相摩爾比0.0526出

36、塔氣相摩爾比冃0.00263進(jìn)塔液相摩爾分率0出塔液相摩爾分率目0.001最小液氣比冋33.29混合氣體的平均摩爾質(zhì)量Id30.706 1混合氣體的平均密度* |1.277 11吸收劑用量1 k |4736.31氣相質(zhì)量流量03064.8kg/h液相質(zhì)量流量085348.31kg/h塔設(shè)備計算總表表-2項目符號數(shù)值與計量單位塔徑呂目1.2回填料層高度因5.6冋填料塔上部空間高度1.2回填料塔下部空間高度兇 0.5 0塔附屬高度1 1.7 司塔高列 7.3 0傳質(zhì)單兀咼度0.668 回傳質(zhì)單元數(shù)出 6.364m布液孔數(shù)J 136 點總壓降a838.99 亠空塔氣速國0回0.59泛點率58.6 -

37、填料計算總表表-3項目符號數(shù)值與計量單位填料直徑338上泛點填料因子列170 0填料臨界表面張力兇33二1主要符號說明表-4符號意義計量單位Id bla吸收因子或填料常數(shù) 填料的比表面積20C 101.3Kpa水中擴(kuò)散系數(shù)塔徑 重力加速度 氣體摩爾流速L亠|可aS1 -=- 1a凹凹Ld|回|回|SJ回Ida9a凹zIdd勺回因因3.-i回aLdLEJa兇tl填料層高度 塔高氣相總傳質(zhì)單元高度氣體膜吸收系數(shù)液膜吸收系數(shù) 液相摩爾流速 相平衡常數(shù) 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)壓力降 壓力 吸收塔的總壓力降泛點氣速氣體流速 液相體積流量 氣相體積流量 液體質(zhì)量流量 氣體質(zhì)量流量 液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù) 氣相中溶

38、質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)液體密度 氣體密度 混合氣的粘度水的粘度 空隙率 填料材質(zhì)的臨界表面張力 水的表面張力 填料的潤濕比表面積 壓降填料因子 氣體動能因子13回回|回EIH /回H /回回回%凹LrJa摩爾質(zhì)量EE*氣相摩爾比液體的質(zhì)量通量I占八、脫吸因子 解吸因子)目LJ0布液點數(shù)開孔系開孔上方的液位高度 |叩孔徑 冋液體流量x|泛點率設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論對吸收單元的操作型設(shè)計與計算，在工業(yè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用，要求也很嚴(yán)格，設(shè)計 合理與實用性好是必須的。為使化工生產(chǎn)更加便捷，操作費用低廉，有些工藝材質(zhì)需要加以改進(jìn)，如塔填料。同時也要 注意相關(guān)附屬設(shè)備的選擇，如選泵，要從多方面考慮，管

39、道的直徑，管中流速，流量等。任務(wù)的完成過程是艱辛的，也是快樂的。艱辛是因為缺少這方面的知識和經(jīng)驗，從一開始的 不知所措，至V現(xiàn)在數(shù)據(jù)的基本完成，一路走來是坎坎坷坷。快樂是因為在這次設(shè)計中，我得 到了同學(xué)的無限幫助和鼓舞，并且學(xué)到了知識，增加了實踐經(jīng)驗。為了能更好的完成本次課 程設(shè)計，需要查閱大量的文字資料，這需要有翻閱文獻(xiàn)的能力。所以，在平時我們要盡力開 拓自己的知識面。更重要的是，我明白了理論和實踐之間的差別，對我來說，它們之間的距 離太大了。因此在設(shè)計過程中也出現(xiàn)了不少問題，有設(shè)備的選擇上的，也有軟件應(yīng)用方面 的。出現(xiàn)問題時，同學(xué)們給了我很大的幫助，也非常感謝老師給我們一個鍛煉自己的機(jī)會！

40、 讓我困惑的一個問題是，輸送氣體時，要用到鼓風(fēng)機(jī)，那鼓風(fēng)機(jī)的計算和選擇還用體現(xiàn)在電 子版上嗎？在以后的學(xué)習(xí)中，我會更加注重理論與實踐的結(jié)合，做到能用所學(xué)知識解決一些實際問題， 并且爭取實踐機(jī)會。主要參考文獻(xiàn)【1】冷士良 陸清 宋志軒主編化工單元操作及設(shè)備，化學(xué)工業(yè)出版社【2】朱孝欽主編過程裝備基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社【3】黃英主編化工過程設(shè)計，化學(xué)工業(yè)出版社【4】鄭津洋董其伍桑芝富主編過程設(shè)備設(shè)計，化學(xué)工業(yè)出版社【5】化工設(shè)計全書編輯委員會.金國淼等編.吸收設(shè)備化學(xué)工業(yè)出版社；【6】柴誠敬，劉國維，李阿娜，化工原理課程設(shè)計，天津，天津科學(xué)技術(shù)出版社，1995【7】國外氣液傳質(zhì)設(shè)備的一些發(fā)展趨勢，化工進(jìn)展，1994， 1 ): 22-28【8】化工設(shè)備技術(shù)全書編輯委員會化工設(shè)備全書一一塔設(shè)備設(shè)計上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版 社 1998 【9】化工設(shè)計全書編輯委員會 .金國淼等編 . 吸收設(shè)