吸收塔設(shè)計工藝

1、在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個組分加以分離，其主要目的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理，或除去工業(yè)放空尾氣中的有害成分，以免污染空氣。吸收操作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。大氣是人類賴以生存的最基本的環(huán)境要素，它不僅通過自身運動進(jìn)行熱量，動量和水資源分布的調(diào)節(jié)過程，給人類創(chuàng)造了一個適宜的生活環(huán)境，并且阻擋過量的紫外線照射地球表面，有效地保護(hù)人類和地球上的生物。但是，隨著人類生產(chǎn)活動和社會活動的增加，特別是自工業(yè)革命以來，由于大量燃料的燃燒，工業(yè)廢氣和汽車尾

2、氣的排放，使大氣環(huán)境質(zhì)量日趨惡化。煤炭是我國的最主要的能源，并且近期內(nèi)不會有根本性的變化。我國的能源結(jié)構(gòu)決定了我國的大氣污染是屬于煤煙型污染，主要污染物是粉塵，二氧化硫和氮氧化合物。此外一氧化硫，二氧化碳和少量的氟化物與氯化物。填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸

3、進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。當(dāng)液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點。填料塔也有一些不足之處，如填料造價高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時不能有效地潤

4、濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精微不太適合等。根據(jù)其特點我們因此選擇填料吸收塔為本次設(shè)計性實驗的設(shè)備。用吸收劑水來除去內(nèi)1吸收流程1.1 幾種流程的比較卬逆流操作氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，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。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較平坦時，流向?qū)ν苿恿τ绊懖淮?；易溶氣體的吸收或處

5、理的氣體不需吸收很完全；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)的溫開，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平衡常數(shù)m值很小的情況，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，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費用增加。多塔串聯(lián)操作若設(shè)計的填料層高度過大，或由于所處理的物料等原因需經(jīng)常清理填料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個串聯(lián)的塔內(nèi)，每

6、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。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?。ǚ駝t易引起塔的液泛），塔的生產(chǎn)能力很低.實際生產(chǎn)中可采用氣相做串聯(lián)、液相做并聯(lián)的混合流程；若吸收過程處理的液量不大而氣相流量很大時，可采用液相做串聯(lián)、氣相做并聯(lián)的混合過程。1.2 吸收流程的確定由設(shè)計書的要求可知，吸收過程平衡曲線較為平緩，且為提高分離效率及吸收劑的利用率，減少設(shè)備投資，本次設(shè)計采用逆流串聯(lián)操作吸收過程。2填料的選擇本次設(shè)計我選擇鮑爾患填料，

7、鮑爾環(huán)填料是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得。其結(jié)構(gòu)為在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環(huán)壁側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的常見的各種無機(jī)酸，有機(jī)的腐蝕，對強(qiáng)堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料，陶瓷填料價格便宜，具有很好的表面潤濕性能。工業(yè)上，主要用于氣體吸收，氣體洗滌，液體萃取等過程。【1】規(guī)格（直徑X高*）/mm比表面積a/m2m-3空隙率.3-3/mm填料因子/m1堆積密度%Lw/%h4020X3.02580.7753

8、205480.123吸收塔的設(shè)計計算3.1 液相與物相物性數(shù)據(jù)計算3.1.1 液相物性數(shù)據(jù)25c時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)4如下：密度為：pL=1000kg/m3粘度為：pL=0.8937Pas13將填料塔分為兩個塔，即每個塔的生產(chǎn)能力約為2500m3/h3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：M=EyMi=0.04058.078+0.96028.02=29.222混合氣體的平均密度：pEM=101.329.222=1.195kg/m2RT8.3142983.2設(shè)計特性數(shù)據(jù)計算根據(jù)丙酮-水系統(tǒng)平衡數(shù)據(jù)（25C）x00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.00

9、8*y(X103)02.1464.4166.8169.34812.05114.7941.79420.904由上圖得Xi=0.01428進(jìn)塔氣相摩爾比為：Y仁一組【1=0.040=0.04171V110.040出塔氣相摩爾比為：丫2=紇111=0.0008=0.00081y210.0008水吸收丙酮為純吸收劑吸收過程，則X2=0所以X2=0.3日/、加片“*/L、X丫20.04170.0008取小披-氣比為：（一）min=2.864GX1X20.0142803.3 吸收劑用量計算進(jìn)塔氣相流量為：G=00經(jīng)(10.040)=98.154kmol/h22.4298取適宜的液-氣比為：=1.3()mi

10、n111=1.1/864=3.150GG吸收劑用量為：L=：G=3.15098.154=309.224kmol/h3.4 泛點氣速計算氣相質(zhì)量流量：wv=qvxp500X1.195=2987.5kg/h液相質(zhì)量流量：wl=LXMh2o=309.22418.02=5572.2kg/h圖1的橫坐標(biāo)為：.(上產(chǎn)=5572.2(l195)05=0.0645wvL2987.510002根據(jù)圖1,由所求得的橫坐標(biāo)查得縱坐標(biāo)l0.2=0.15gl圖1N交kinZii囚苴力度，一堵*4因子外廣博惇唳夜餐正_.PHjO/敷。一jp|色.pv-R內(nèi)幡事劃，停的宜*kli/n?;戶一推悻的帖度.mPri*水時貼度.

11、nr&,*：%Lr*僧晅庫的度藁.4()根據(jù)所求得的縱坐標(biāo)得出泛點氣速0.15gl0.2FVL0.159.811000,13011.1950.89370.2=3.112m/s3.5塔徑及壓力降計算3.5.1塔徑計算根據(jù)經(jīng)驗取空塔氣速u=0.6uf121=0.63.112=1.867m/s氣體體積流量Vs=2500m3/h=2500/3600m3/s=0.694m3/s40.6943.141.867=0.68m/s圓整塔徑，取D=0.7m4Q=0.785D2=0.7850.72=0.385m23.5.2空塔氣速Vs0.785D=1.80m/s0.694_20.7850.73.5.3氣體壓力降由空

12、塔氣速求得圖1的縱坐標(biāo)為2UPV0.2Lgl21.80213011.1959.8110000.89370.20.05033.6 填料層高度則X1=Gy1力309,224全塔物料衡算G(yi-y2)=L(x1-X2)網(wǎng)98,154(0.040.0008)X2=00.0124Xi=-11X1Xi0.01240.012610.0124X2=0得X2=0液相摩爾分率(X)*)丫率分爾摩相由圖2得,丫1*=0.0323丫2=0丫2*1丫10,0417*丫2丫210,00080.03230.009400.0008In*1丫10.00940.00080.00349NogHOG丫2丫1丫2VmG11ng0.0

13、0080.04170.0008一”11.720.0034981.795KyaZHOGNOG2650.78511,720.3930.393m4.25m3.7 塔圖計算由經(jīng)驗公式得塔高H=1.2Z+Hd+Hb4=1.2X.25+1.1+1.4=7.6m設(shè)計時塔高為8m3.8 校核3.8.1 填料塔中幾何定數(shù)的指標(biāo)校核錯誤！未找到引用源藍(lán)懸14滿足塔徑與填料公稱直徑比值的推薦植102錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。集中,所以將填料層分為一Z425填料層的高度和塔徑之比-4256.07D0.7填料層高度Z=4.25滿足Zmax6m液體在向下流動的過程中會1層。3.8.2 噴淋密度校驗由于所選的

14、鮑爾環(huán)直徑為50mmUmin經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=700mm合理3.8.3 壓降的校核圖1計算填料層壓降Wl/v、0.55572.21.195n.5橫坐標(biāo)為：()=()0.0645wVL2987.5100022縱坐標(biāo)為UPV0.21.8013011.1950.8937020.0503gL9.811000填料層壓降為zXP-dOOPa3.8.4泛點的校核u=Vs/Q=0.694/0.385=1.80u/uf=1.80/3.112=0.5784附屬設(shè)備的選擇4.1 填料支承裝置：支承板的作用是支承塔內(nèi)的填料。對于散裝填料，通常選用孔管型或駝峰型支承裝置設(shè)計中，為防止在填料塔支承軸裝置處

15、壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料支承裝置的自由截面積應(yīng)大于75%,防止發(fā)生液泛。用本次設(shè)計我選擇孔管型支承裝置。如圖所示:4.2 填料壓緊裝置：為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動，需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置，對于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其于壓緊柵板固定，我選擇壓緊網(wǎng)板，為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于70%。4.3 液體分布裝置：我選擇管式分布器，管式分布器由不同結(jié)構(gòu)形式的開孔管制成，其突出的特點是結(jié)構(gòu)簡單，共氣體流過的自由截面大，阻力小。它多用于中等以下液體負(fù)荷的填料塔

16、中。我設(shè)計的塔直徑是700mm,所以用管式分布器。124.4 液體再分布裝置：我選擇槽盤式液體分布器。它兼有集液、分液及分氣三種的功能，結(jié)構(gòu)緊湊，氣體分布均勻，阻力較小，是優(yōu)良的液體收集及再分布裝置。如圖所示:105設(shè)計結(jié)果列表吸收塔類型逆流串聯(lián)填料類型瓷質(zhì)鮑爾劃、支承裝置孔管型型支承裝置分布裝置管式分布器混合氣體處理量5000m3/h物料名稱含丙酮體積比4.0%其余為氮氣的混合氣體操作壓力，KPa101.3操作溫度，C25密度，kg/m31.195kg/h5572.2塔徑，mm700填料層圖度，m4.25每層填料層的壓力降Pa400操作液氣比kmol/h3.150設(shè)計結(jié)果的討論和說明本設(shè)計的

17、任務(wù)是用水吸收丙酮的填料吸收塔的設(shè)計。在本設(shè)計中發(fā)現(xiàn)以下幾個問題：要求處理量為5000m3Zho若采用單塔操作其處理量過大，所以考慮分塔操作。塔過多會加大費用造成經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)過計算分為2個塔較為合理。在未采用分層操作時，填料層高度與塔徑之比過小，會使液體集中，不利于分離。所以采用一層操作。若塔徑與填料直徑之比過小會產(chǎn)生壁流現(xiàn)象。當(dāng)氣速增大時將首先在支撐裝置處出現(xiàn)攔液現(xiàn)象，使塔的通量降低。因此要通過反復(fù)計算比較以確定相關(guān)數(shù)據(jù)。通過設(shè)計發(fā)現(xiàn)用在同類填料中，尺寸越小的，分離效率越高，但它的阻力將增加，通量減小，填料費用也增加很多。所以我選擇鮑爾環(huán)填料，其綜合性能優(yōu)于矩鞍形和階梯環(huán)。卬12本次課程設(shè)計的完成，遇到了很多問題，因為老師和同學(xué)的幫助，才得以順利進(jìn)行。感謝老師和同學(xué)耐心的講解和指導(dǎo)。尤其是寢室同學(xué)不厭其煩的講解使我受益匪淺。還要感謝圖書館及互聯(lián)網(wǎng)讓我查到課本上沒有的資料，使我了解設(shè)備結(jié)構(gòu)，收集設(shè)計數(shù)據(jù)，