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)

I 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 . 3 1.1 吸收技術(shù)概況 . 3 1.2 吸收設(shè)備的發(fā)展 . 3 1.3 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 . 6 2.1 吸收方法及吸收劑的選擇 . 6 2.2 吸收工藝的流程 . 6 2.2.1吸收工藝的流程的確定 . 6 2.2.2 吸收工藝流程圖及工藝過(guò)程說(shuō)明 . 6 2.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇 . 8 2.3.1 塔填料的分類及結(jié)構(gòu) . 8 2.3.2 填料塔的性能 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 2.3.3填料的選用 . 9 2.4 操作參數(shù)的選擇 . 9 2.4.1操作溫度的選擇 . 10 2.4.2操作壓力的選擇 . 10 2.4.3其它 . 10 第三章 吸收塔工藝計(jì)算 . 11 3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) . 11 3.1.1液相物性數(shù)據(jù) . 11 3.1.2氣相物性數(shù)據(jù) . 11 3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù) . 13 3.2 物料衡算 . 14 3.3 填料塔的工藝尺寸計(jì)算 . 15 3.3.1塔徑的計(jì)算 . 15 3.3.2泛點(diǎn)率校核 . 15 3.3.3填料規(guī)格校核： . 16 3.3.4液體噴淋密度校核： . 16 3.4 填料層高度 H的計(jì)算 . 16 3.4.1 傳質(zhì)單元高度oGH的計(jì)算 . 16 3.4.2 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 . 18 3.5 填料塔附屬高度的計(jì)算 . 19 II 3.6 液體分布器計(jì)算 . 19 3.6.1液體分布器 . 19 3.6.2布液孔數(shù) . 20 3.6.3布液計(jì)算 . 20 3.6.4塔底液體保持管高度 . 20 3.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇 . 21 3.7.1氣體的進(jìn)出 口裝置和排液裝置 . 21 3.7.2氣體除沫裝置 . 21 3.7.3填料支撐及壓緊裝置 . 20 3.7.4填料壓緊裝置 . 21 3.7.5手孔 . 23 3.7.6封頭和裙座 . 23 3.8 流體力學(xué)性質(zhì)計(jì)算 . 23 3.8.1吸收塔的壓力降計(jì)算 . 23 3.8.2吸收塔的泛點(diǎn)率 . 24 3.8.3氣體動(dòng)能因子 . 24 3.9 附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇 . 24 3.9.1 離心泵的選擇與計(jì)算 . 24 3.9.2 進(jìn)出管工藝尺寸的計(jì)算舉例 . 25 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 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 3 - 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?；旌蠚怏w的處理量為 2500（ m3/h），其中含丙酮?dú)鉃?4（ 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 y 1.75x。） 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 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 4 - 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 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 5 - 1.1 吸收技術(shù)的概況 吸收是典型的傳質(zhì)單元操作。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， 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 0.6 0.7m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。 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 6 - 1.3 吸收在工業(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 SO3制取 98%硫酸，應(yīng)用 20%發(fā)煙硫酸吸收 SO3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 NO2 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 CO2 生產(chǎn)碳酸氫銨。 （ 7）純堿生產(chǎn)中用氨鹽水吸收 CO2 生成 NaHCO3。 （ 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)的丙烯腈。 （ 4）用醋酸亞銅氨液從 C4 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（ B.T.X）。 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 7 - （ 3）從煙道氣或合成氨原料氣中回收高純度 CO2 。 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 CO2 和脫 H2 S，天然氣、石油氣和焦?fàn)t氣的脫 H2 S 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 SO2 ，硝酸尾氣脫除 NOX ，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 。 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 8 - 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.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，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 2.2.1 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。 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 9 - 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。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?。ǚ駝t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)。 2.2.2 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。 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 10 - 2.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇 2.3.1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，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。 2.3.2 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)。 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 11 - 2.3.3 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 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-1 38 38 19 1.0 132.5 91 27200 170 2.4 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 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 12 - 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 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 13 - 第三章 吸收塔工藝計(jì)算 3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 3.1.1 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 /m3 黏度為 L=0.8937mPa s =3.217 kg/（ h） 表面張力為 :=7 1.97dyN/cm=932731.2 /h2 丙酮在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 : smD /102 7 6.1 290 =4.608*10-6m2/s 3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 MMV=iiMy=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 MV=RTPMMV = 15.298314.8 15.303.101 =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 V=1.835 105 Pa s=0.066kg/（ h） 丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為： hmscmDV /0 3 9 2 4.0/109.0 22 3.1.3 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 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 14 - 亨利系數(shù)為： E=mP=1.75 101.3=177.275（ kPa） 溶解度系數(shù)為： H=SLEM = 02.18275.177 2.998 =0.3121（ kmol/（ kPa m3） 3.2 物料衡算 進(jìn)塔氣相摩爾比為： Y1=111 yy = 04.01 04.0 =0.0417 出塔氣相摩爾比為： Y2=Y1（ 1- A ） =0.0417 （ 1-0.99） =0.000417 進(jìn)塔惰性氣相流量為： V=2500/22.42515.273 15.273 （ 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： （GL） min =2121/ XmY YY 對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為： X2=0 （GL） min =075.1/0 4 16 7.0 0 0 04 1 7.0-0 4 16 7.0 =1.7325 取操作液氣比為： （GL） =2（GL） min =2 1.733 =3.466 L=3.466 98.16=340.22（ kmol/h） G（ Y1-Y2） =L（ X1-X2） X1=98.16*(0.0417-0.000417)/340.22 =0.0113 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 15 - 3.3 填料塔的工藝尺寸計(jì)算 3.3.1 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/h EcKert 通用關(guān)系圖的橫坐標(biāo)為 WvWL( v/ L)0.5 = 5.3082 76.6130 5.095.996233.1 = 0.0699 查 1 21-5表 得 18.02.02 LLVFF gU 查 1 11-5表 得 1170 mF smgULVFLF /93.28 9 3 7.0233.11170 95.99681.9018.0018.02.02.0 取 =0.7UF=0.7 2.93=2.051m/s D=uVS4 =051.214.336 00/25 004 = 0.657m 圓整塔經(jīng)，取 D=0.7m 3.3.2 泛點(diǎn)率校核 =27.0785.03600/2500 =1.817m/s / F=1.733/2.93 100%=62.01% 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%. 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 16 - 3.3.3 填料規(guī)格校核： dD=38700=18.4281 (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：dD8 3.3.4 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 minWL=0.08（ m3/m h） 4 t=132.5（ m2/m3） 4 minU = minWL t=0.08 132.5=10.6（ m3/m h） U =27.0785.095.996/76.6130 =11.3810.6 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oGH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： 2.0205.0221.075.045.1ex p1tLLLLtLLtLLCtwaUgaUaUaa 查 1 13-5表 得， 聚丙烯材質(zhì)的臨界表面張力C為： 2/4 2 7 6 8 0/33 hkgcmd ynC 2/2.9 3 2 7 3 1/97.71 hkgcmd y nL ； t =132.5m2/m3； 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 17 - UL=24 DWL =27.0785.076.6130 = 15938.54kg/(m2h) L=0.8937mPa s =3.217 kg/（ h） vW = vq =1.233 2500=3082.5kg/h WL=340.22 18.02=6130.76kg/h tw1-exp-1.45(2.932731427680)75.0 (217.35.132 54.15938)1.0 (8221095.99627.1 54.159385.132 ) 05.0 (5.1 3 22.9 3 2 7 3 195.9 9 6 54.1 5 9 3 82)2.0 =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 VU=27.0785.0233.12500 =8013.79/（ m2 h） V=1.835 105 Pa s=0.066 kg/（ h） Gk= RTDDU VtVy vvt V 3/17.0237.0 =0.237 (066.05.132 79.8013)7.0 (03771.0233.1 066.0) 3/1 (15.298314.8 03771.05.132 ) =0.237 118.43 1.124 1.124 0.0020157 =0.0636（ kmol/（ m2 hkpa） 液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： 3121320095.0 LLLLLLwLLgDaUk湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 18 - =0.0095 (217.314.52 54.15938) 3/2 (6106 0 8.495.9 9 62 1 7.3) 5.0 (95.996 1027.1217.38 ) 3/1 =0.5583m/h 由 1.1wGG aKK 查表 5 141得 45.1 Gk = 1.1wGk =0.0636 52.14 1.451. =4.99kmol/(m3 hkpa) Lk = 4.0wLk =0.5583 52.14 1.454.0 =33.77/h 因?yàn)镕uu=62.01%50 % 所以必須對(duì) akG和 akl進(jìn)行校正，矯正計(jì)算如下： 由 akuuakGFG 4.1 5.05.91 akuuakLFL 2.2 5.06.21 得 Gk =1+9.5(0.6201-0.5)4.1 4.99=7.429（ kmol/(m3 hkpa)） Lk =1+2.6(0.6201-0.5)2.2 33.77=38.287/h )/(023.477.333 1 2 1.01429.711111 3k P ahmk m o laHkakaKLGG 由 HOG =YKV=PK VG=27.0785.03.101023.416.98 = 0.6262m 3.4.2 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 *1Y = 1mX =1.75 0.0159=0.0278 *2Y = 2mX =0 脫吸因數(shù)為： S =LmG=22.340 16.9875.1 = 0.5049 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 19 - OGN= SYY YYSS *22*211ln1 1 = 5 0 4 9.00 0 0 4 1 7.0 00 4 1 6 7.05 0 4 9.01ln5 0 4 9.01 17.89 采用傳質(zhì)推動(dòng)力法計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)， 由 Z=HOG NOG =0.6262x7.89=4.941m 取 Z =1.2 4.941=5.928m 設(shè)計(jì)取填料高度 Z =6 查表 5-161對(duì)于階梯環(huán)填料 mhDh 6,158 m a x 取Dh=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=785.07.095.996 3600/76.6130605.1 2 =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=9.2m 3.6 液體分布器計(jì) 算 3.6.1 液體分布器 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)，液湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 20 - 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。 3.6.2 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)為 188個(gè) 2/m ，則總布液孔數(shù)為： n=0.7852 0.72 188 72（個(gè)）； 3.6.3 布液計(jì)算 由 20 24L d n g H 取 0.60 ， 160H mm 則 d0 =16.080.926.07295.996360014.376.61304=0.0053m 3.6.4 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 )(386.081.92/62.0720053.0360014.3 76.613042/4 2222 mgnkd Vh S 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) . )(4 4 4)(4 4 4.03 8 6.015.115.1 mmmhh 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 21 - 在 200mm-500mm之間 ,符合要求。 3.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇 3.7.1 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，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 sm （高壓塔氣速低 于此值）；液體進(jìn)出口管氣速可取 0.5-3 sm （必要時(shí)可大些）。 3.7.2 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，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。 3.7.3 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)取盡可能大的湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 22 - 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)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。 3.7.4 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，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%。 湖北科技學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) - 23 - 3.7.5 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。 3.7.6 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 3.8.1 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