化工原理課程設(shè)計二氧化硫的填料塔吸收設(shè)計

1、目錄目錄 目錄 .1 摘要 .3 第 1 章 緒論 .5 11 吸收技術(shù)概況 .5 12 吸收設(shè)備的發(fā)展.6 1.3 吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 .7 第 2 章 設(shè)計方案 .7 2.1 吸收劑的選擇 .7 2.2 吸收流程的選擇.8 2.2.1 氣體吸收過程分類.8 2.2.2 吸收裝置的流程.9 2.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇 .9 2.3.1 吸收塔設(shè)備.9 2.3.2 填料的選擇.10 2.4 吸收劑再生方法的選擇.10 2.5 操作參數(shù)的選擇.11 第 3 章 吸收塔的工藝計算.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).12 3.1.3

2、氣液相平衡數(shù)據(jù).12 3.2 物料衡算 .12 3.3 塔徑計算 .13 3.3.1 塔徑的計算.13 3.3.2 泛點率校核：.14 3.3.4 液體噴淋密度得校核：.14 3.4 填料層高度的計算.14 3.4.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計算.14 3.4.2 傳質(zhì)單元高度的計算.15 3.4.3 填料層高度的計算.16 3.5 填料塔附屬高度的計算.17 3.6 液體分布器計算.17 3.6.1 液體分布器的選型.18 3.6.2 布液孔數(shù)的計算.18 3.6.3 布液計算.18 3.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇.18 3.7.1 填料支承裝置的選擇.18 3.7.2 填料壓緊裝置.19 3.7.3

3、塔頂除霧器.19 3.8 吸收塔的流體力學參數(shù)計算 .20 3.81 吸收塔的壓力降.20 3.8.2 吸收塔的泛點率.21 3.8.3 氣體動能因子.21 3.9 附屬設(shè)備的計算與選擇.21 3.9.1 離心泵的選擇與計算.21 3.9.2 吸收塔主要接管尺寸選擇與計算.22 工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總與主要符號說明工藝設(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)問題的討論設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論.26 主要參考文獻主要參考文獻.27 結(jié)束語結(jié)束語.28 吸收操作系統(tǒng)的工藝流程圖吸收操作系統(tǒng)的工藝流程圖.29 吸收操作系統(tǒng)的設(shè)備條件圖吸收操作系統(tǒng)的設(shè)備條件圖.30 摘要摘要 氣

4、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 環(huán)境等方面都廣泛應(yīng)用到氣體吸收過程。填料塔由于其通量大，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 20清水洗收錄其中的 2 so 。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

5、高的比表面積。用水吸收 2 so 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。因該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽 式液體分布器。 關(guān)鍵詞:吸收- 2 so - 填料塔- 逆流 abstractabstract gas absorption process is the use of the gas mixture, each component in the solubility

6、 in liquid or chemical reactivity of the differences in the two-phase gas-liquid mass transfer occurs when the contact, gas-liquid mixture to achieve separation. in general, the integrity of the process should include the absorption and desorption absorbing two parts. in the chemical production proc

7、ess, the raw material of gas purification, gas refined products, management of hazardous gases and protect the environment are widely used in the process of absorbing the gas. packed column because of its large flux, small resistance, the pressure to reduce operating flexibility, the tower holding a

8、 small amount of fluid, easy-to-use filler material corrosion-resistant, simple structure, high efficiency separation, making its deal with some of the large volume of requests the small drop in the process of separation is widely used as one of the major equipment, more and more popular. the presen

9、t task is to design with 20 of water to wash ones record. the gas should be used to absorb the gas-liquid mass transfer equipment packed column, as it has a high surface area. in the medium to absorb water solubility of the absorption process, in order to improve the efficiency of mass transfer, abs

10、orption current selection process. in the absorption process, the operating temperature and low pressure operation, the selection of bulk plastic filler. plastic ring ladder as a result of the comprehensive performance is better, so choose dn8 polypropylene packing ring ladder. liang-board support o

11、f high-performance, in favor of gas-liquid mass transfer, the choice of beam- board support. the liquid absorption tower as a result of a greater load, and the gas load is relatively low, the selection of trough liquid distributor. key words: absorption - 2 so - packed tower - current 第 1 章 緒論 1111

12、吸收技術(shù)概況吸收技術(shù)概況 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1。 吸收過程通常在吸收塔中進行。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

13、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。吸收塔操作示意圖如圖 片 2-1 所示。 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 hcl 氣制取鹽酸等)之外，大 都要將吸收液進行解吸，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

14、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)經(jīng)冷卻后再送回吸收塔循環(huán)使用。 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行傳質(zhì)過程2。 1212 吸收設(shè)備的發(fā)展吸收設(shè)備的發(fā)展 吸收操作主要在填料塔

15、和板式塔中進行，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。 填料塔的歷史較久，早在 19 世紀中期已開始用于生產(chǎn)，到 20 世紀初，人們以碎石、短管 段等為填料用來蒸餾原油，改進了原來的釜式蒸餾技術(shù)，促進了石油工業(yè)的發(fā)展。但由于當 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識才進一步 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)3。 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

16、體和液體 進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、一定的機械強度、 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 80 年代 后開發(fā)的新型填料如 qh1 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)標志著散裝填料朝高通量、高效率、低阻力方向發(fā)展

17、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 塑料波紋板造價適中，抗污力強，操作性能好，并易于工業(yè)應(yīng)用，可作為通用填料使用；柵 格填料對液體負荷和允許壓降要求苛刻的過程十分有利，并具有自凈機能，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，工程界對填料塔進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

18、； (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，放大效 應(yīng)及傳質(zhì)機理的深入研究，使填料塔技術(shù)得到了迅速發(fā)展4。 1.31.3 吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用吸收在工業(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。 (2) 凈化氣體或精制氣體 如用水脫除合成氨原料中的

19、 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質(zhì)找到新的 用途，做到物盡其用。 (4) 保護環(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，做到達標排放1。 第第 2 2 章章 設(shè)計方案設(shè)計方案 2.12.1 吸收劑的選擇吸收劑的選擇 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

20、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 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，擴散系數(shù)越大，這 有助于傳質(zhì)速率的提高。 （5）易再生 當富液不作為產(chǎn)品時，吸收劑要易再生，以降低操作費用。要求溶解度對溫度 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

21、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。 (6) 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，且化學性質(zhì)穩(wěn)定、經(jīng)濟安全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、經(jīng)濟、合理的選擇。 綜上所述，考慮吸收劑的選用標準，在二氧化硫的吸收過程中，采用清水為吸收劑。 2.22.2 吸收流程的選擇吸收流程的選擇 2.2.1 氣體吸收過程分類 氣體吸收過程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數(shù)目的不同，可分為單

22、組分吸收和多 組分吸收。若混合氣體中只有一個組分進入液相，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，混合氣中進入液相的氣體溶質(zhì)不止一個， 這樣的吸收稱為多組分吸收。 (2) 物理吸收與化學吸收: 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)生顯著的化學反應(yīng)，則稱為化學吸收。 (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（通 常不超過 0.1） ，這種吸收稱為低濃度吸收；

23、反之，則稱為高濃度吸收。對于低濃度吸收過程， 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)。 (4) 等溫吸收與非等溫吸收: 氣體溶質(zhì)溶解于液體時，常由于溶解熱或化學反應(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。 2.2.2 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 氣相自塔底進入塔頂排出，液相自塔頂進入塔底排出，此即逆流

24、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：當吸收劑用 量較小，為提高塔的液體噴淋密度

25、；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)

26、 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? 2.32.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇吸收塔設(shè)備及填料的選擇 2.3.1 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行工業(yè)設(shè)計的首要工作。而進 行這一項工作則主要對吸收過程進行充分的研究后，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

27、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，使用填料不很經(jīng)濟的情況下，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8。 2.3.2 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)計的重要環(huán)節(jié)。 在選擇塔填料時應(yīng)考慮如下幾個問題：

28、（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 0.45-0.95 范圍。 （3）堆積密度小 堆積密度 是指單位體積填料的質(zhì)量，在機械強度允許的條件下，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。 （4）填料的幾何形狀 填料的幾何形狀對填料的流體力學和傳質(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

29、 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。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械強度，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 促進液膜的表面更新，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 2 孔隙率 =0.91 形狀

30、修正系數(shù) =1.45 填料因子 =170m 1 a=0.204 2.42.4 吸收劑再生方法的選擇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 燃料氣進行氣提解吸操作，解吸后的水經(jīng)貧油泵，送回吸收塔，循環(huán)使用，氣提氣則進入燃 料處理系統(tǒng)9。 2.52.5 操作參數(shù)的選擇操作參數(shù)的選擇 吸收過程的操

31、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 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)濟性影響很大，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，

32、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函數(shù)進行 設(shè)計后確定10。 根據(jù)公式 m=e/p；a=mg l ；所以 eg lp a ； 第第 3 3 章章 吸收塔的工藝計算吸收塔的工藝計算 3.13.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 3.1.1 液相物性數(shù)據(jù) 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，20時水的有關(guān) 物性數(shù)據(jù)如下： 密度 3 / 2 . 998mkg l 黏度 )/(6 . 3001 . 0 hmkgspa l 表面張力為 2 /940896/ 6 . 72hkgcmdyn l so2 在水中的擴散系數(shù)為 hmscmdl/

33、1029 . 5 /1047 . 1 2625 3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 706.3095.2895 . 0 07.6405 . 0 mvm iim y 混合氣體的密度為 3 101.325 30.706 1.277/ 8.314 293 vm vm pm kg m rt 混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查手冊得 20空氣的黏度為 )/(065 . 0 1081. 1 5 v hmkgspa 查手冊得 so2 在空氣中的擴散系數(shù)為 3.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 由手冊查得，常壓下 20時 so2 在水中的亨利系數(shù)為 kpae 3 1055 . 3 相平衡常數(shù)為 3

34、3.55 10 35.04 101.325 e m p 溶解度系數(shù)為 3 3 /0156 . 0 2 . 181055 . 3 2 . 998 mkpakmol em l h s 3.23.2 物料衡算物料衡算 進塔氣相摩爾比為 0526 . 0 05 . 0 1 05 . 0 1 1 1 1 y y y 出塔氣相摩爾比 00263 . 0 95 . 0 10526 . 0 1 12 a yy hmscmdv/039. 0/108. 0 22 進塔惰性氣相流量 2400273 1 0.0594.84/ 22.427320 gkmol h 最小液氣比 min 0.05260.00263 33.2

35、9 0.0526/35.040 l g 液氣比 94.4929.335 . 15 . 1 min g l g l 所以 49.94 94.844736.31/lkmol h 由 2121 xxlyyg 得 001 . 0 03.4976 00263 . 0 0526 . 0 58.99 1 x 3.33.3 塔徑計算塔徑計算 3.3.1 塔徑的計算塔徑的計算 采用 eckert 關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速 氣相質(zhì)量流量為 2400 1.2773064.8/ v kg h 液相質(zhì)量流量為 4736.31 18.0285348.31/ l kg h eckert 關(guān)聯(lián)圖得橫坐標為 0.5 0.5 2 1

36、20.2 85348.311.277 0.996 3064.8998.2 521 0.0225 5 11 170 0.02250.0225 9.81 998.2 1.007/ 170 1 1.277 1 0.70.7 1.0070.7052/ vl vl vff l l f l f fvl f u g m g um s uum s 查圖得 差表得 取 由 44 2400/3600 1.097 3.14 0.7052 s v dm u 圓整塔徑，取 1.2dm 3.3.2 泛點率校核： 2 2400/3600 0.59/ 0.785 1.2 0.59 100%58.6%(50% 85% 1.00

37、7 f um s u u 為經(jīng)驗值，所以在允許范圍內(nèi)） 3.3.3 填料規(guī)格校核： 1200 31.588 38 d d 3.3.4 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） 。 依 morris 等推薦，d75mm 的環(huán)形及其它填料的最小潤濕速率（ w l ）min 為 32 0.08m / mh 最小噴淋密度 32 min min 0.08 132.510.6/ wt ulammh 噴淋密度 min 2 85348.31/998.2 75.64 0.785 1.2 uu 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 12

38、00dmm 合理。 3.43.4 填料層高度的計算填料層高度的計算 3.4.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計算 * 11 * 22 35.04 0.0010.03504 0 ymx ymx 脫吸因數(shù) 702 . 0 03.4973 58.9904.35 l mv s 氣相總傳質(zhì)單元數(shù) nog s yy yy s s 22 21 1ln 1 1 364 . 6 702 . 0 000263 . 0 00526 . 0 702 . 0 1ln 702 . 0 1 1 3.4.2 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： 2 . 0 2 05 . 0 2 2 1 . 075. 0 45 .

39、 1 exp1 tll l l tl lt l l c a u g au a u at aw 又 2 /427680/33hkgcmdyn c 液體質(zhì)量通量 3 2 85348.31 75502.75/ 0.785 1.2 l ukgmh 0.050.2 0.750.1 22 8 42768075502.7575502.75132.575502.75 1 exp1.450.605 940896132.5 3.6998.2 1.27 10998.2 940896 132.5 t w a a 氣膜吸收系數(shù) rt da da u k vt vv v vt v g 3 1 7 . 0 237 . 0

40、又氣體質(zhì)量通量 2 2 2400 1.27 2711.25/ 0.785 1.2 v ukgmh 0.71/3 2 2711.250.065132.5 0.039 0.2370.03077/ 132.5 0.0651.277 0.0398.314 293 g kkmolmh kpa 液膜吸收系數(shù) 2/31/21/31/3 2/31/2 8 6 75502.753.63.6 1.27 10 0.00950.00951.135/ 0.605 132.5 3.6998.2 5.29 10998.2 lll l wllll ug km h ad 由 1 . 1 wgg akak 查表 5-4 得 45

41、 . 1 則 1 . 1 wgg akak 1.13 0.03077 0.605 132.5 1.453.712/kmolmh kpa 4 . 0 wll akak 0.4 1.135 0.605 132.5 1.45105.563/ h 58.6%50% f u u 由 ak u u ak g f g 4 . 1 5 . 05 . 91 1.4 3 1 9.50.5860.53.7124.849/kmolmh kpa ak u u ak l f l 2 . 2 5 . 06 . 21 2.2 12.6 0.5860.5105.563106.806/ h 則 ahkak ak lg g 1 1

42、 1 3 1 1.240/ 11 4.8490.0156 106.806 kmolmh kpa 由 apk v ak v h gy og 94.84 0.668 1.240 101.325 6.364 m 3.4.3 填料層高度的計算 由 0.668 6.3644.251 ogog zhnm 得 1.3 4.2515.526zm 設(shè)計取填料層高度為 5.6zm 查表 5-16，對于階梯環(huán)填料，建議分段高度得條件為 max 8 15,6 h hm d 取 9 h d ，則 9 120010800hmm 計算得填料層高度為560mm，故不需分段。 3.53.5 填料塔附屬高度的計算填料塔附屬高度的

43、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 m21 . 0 2 . 1785 . 0 2 . 9983600/310.8534810 2 考慮到氣相接管的空間高度，底部空間高度取為 0.5 米，那么塔的附屬空間高度可以取為 1.7 m。吸收塔的總高度為 7.3m. 3.63.6 液體分布器計算液體分布器計算 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

44、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， 液體預分布不均，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

45、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。 3.6.1 液體分布器的選型 該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷

46、相對較小，故選用槽式液體分布器。 3.6.2 布液孔數(shù)的計算 按 eckert 建議值， 1200d 時，噴淋點密度為 42 點 2 /m ，因該塔液相負荷較大，設(shè)計取噴淋 點密度為 120 點 2 /m 布液點數(shù)為 136 6 . 1351202 . 1785 . 0 2 n 點 按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設(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 80mm，槽高度為 210mm，兩槽中心距為 160mm。分布點采用三角形排 列，實際設(shè)計布點數(shù) 132n 點。 3.6.3 布液計算 由 hgndl os 2 4 取 015 . 0 16 . 0 81 . 9 2

47、58. 013614 . 3 3600 2 . 998/31.853484 2 4 160,58 . 0 2/1 2/1 0 hgn l d mmh s 設(shè)計取 mmd15 0 3.73.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇其他附屬塔內(nèi)件的選擇 3.7.1 填料支承裝置的選擇 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，同時保證氣液兩 相順利通過。支承若設(shè)計不當，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

48、。自由截面太小，在操作中會產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強降，降低效率，甚 至形成液泛。由于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 液量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動，機械震動，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

49、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，保證氣體通量大，阻力小，故選用梁 型噴射式支承板。 支持板外徑 1116mm，分塊數(shù) 4，支承圈寬度 50，支承圈厚度 10，近似重量 400n. 3.7.2 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，防止高氣相負荷或負荷突然變動時填料層發(fā)生 松動，破壞填料

50、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，以防止由于填料 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)由于使用聚丙烯填料，故選用床層限定板。 3.7.3 塔頂除霧器 由于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

51、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降約為 120-250kp，絲網(wǎng)除沫器的直徑由氣體通過 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 m u v d s r 55 . 0 79 . 2 14 . 3 67 .

52、0 44 smku g gl /79 . 2 3.8 吸收塔的流體力學參數(shù)計算吸收塔的流體力學參數(shù)計算 3.81 吸收塔的壓力降 氣體通過填料塔的壓強降，對填料塔影響較大。如果氣體通過填料塔的壓強降大，則操作過 程的消耗動力大，特別是負壓操作更是如此，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入填料的進口及出口壓力降，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)圖計算壓強降； 橫坐標為 996 . 0 2 . 998 279 . 1 08.3223 89614 g g g l 又查表 5

53、-18 得， 1 116 m p 縱坐標 0053 . 0 2 . 99881 . 9 1277 . 1 11659 . 0 2 . 02 2 . 0 2 l l vp g u 查圖 5-18 得 mpazp/72.117/ 填料層壓降為 pap23.6596 . 572.117 （2）氣體進出口壓力降 氣體出口壓降 取接管內(nèi)徑 250mm smu/ 7 . 13 25 . 0 785 . 0 3600/2400 2 則進口壓降為 paup84.119 7 . 13277 . 1 2 1 2 1 22 1 出口壓降 papp92.5984.1195 . 0 2 1 12 （3）其它塔內(nèi)件的壓力

54、降 p 較小，在此可忽略 所以總壓為 papppp99.83892.5984.11923.659 21 3.8.2 吸收塔的泛點率 泛點率校核 % 6 . 58%100 007. 1 59 . 0 f u u （允許范圍內(nèi)） 3.8.3 氣體動能因子 吸收塔內(nèi)氣體動能因子為 3 0.5 0.591.2770.667/ (/) g fum s kg m 氣體動能因子在常用的范圍內(nèi)。 3.93.9 附屬設(shè)備的計算與選擇附屬設(shè)備的計算與選擇 3.9.1 離心泵的選擇與計算 取液體流速為 u=2.0m/s mmmud l 123123 . 0 2 . 9980 . 231.8534801881 . 0

55、 01881 . 0 5 . 05 . 05 . 05 . 05 . 0 5 . 0 據(jù)根管材規(guī)范，該直徑 d 應(yīng)該選 mmmm0 . 4133 熱軋無縫鋼管，內(nèi)徑為 125mm 實際流速 smu/96 . 1 125 . 0 14 . 3 024 . 0 4 2 原料泵的選擇 壓頭 21 2 2 u hfhf gg p zh 又 mz6 . 5 papp f 99.838 4000244559 001 . 0 2 . 99896 . 1 125 . 0 du re （湍流） 取管壁絕對粗糙度 0024 . 0 125/3 . 0/,3 . 0dmm 由圖查知 024.0 m dg lu hf

56、3 . 0 81 . 9 125 . 0 2 896 . 1 024 . 0 2 2 2 1 選 2 個 90 彎頭 ，2 個截止閥全開。 m g u hf8 . 2 81 . 9 2 96 . 1 24 . 6275 . 0 2 2 2 2 .8 . 88 . 23 . 0 81 . 9 2 . 998 99.838 6 . 5 2 u 21 2 mhfhf gg p zh 流量 hmudvl/ 5 . 86360096. 1125 . 0 785 . 0 4 32 由于本設(shè)計中吸收劑使用的是水，因而，采用清水泵（可用于輸送各種工業(yè)用水以及物理性 質(zhì)、化學性質(zhì)類似于水的其他液體）既簡單又使用

57、。通過計算可知，吸收塔所要求的壓頭不 是很高，所以采用普通的單級單吸式即可，本設(shè)計中選用的型號為 is125-100-200,其具體參數(shù) 如下： 轉(zhuǎn)速 n/(r/min) 流量 /m3/ h 揚程 h/m 效率 %/ 軸功 率/kw 電機功 率/kw 必須汽蝕余量 mnush r/ )( 質(zhì)量 （泵/底 座）/kg 145010012.5764.487.52.5100/66 3.9.2 吸收塔主要接管尺寸選擇與計算 氣體管路直徑： 氣體進入塔內(nèi)的流速一般為 1018m/s，常壓塔氣體進出口管速度可取 1020m/s,高壓塔氣速低 于此值。為了防止突然擴大引起的壓頭損失，所以取氣體流速為 u=1

58、8m/s。 mud vvv 217 . 0 277 . 1 18 8 . 306401881 . 0 01881 . 0 5 . 05 . 05 . 0 5 . 0 5 . 0 5 . 0 據(jù)根管材規(guī)范，取管徑為： , 8 . 10 6 . 271mmmm 內(nèi)徑為 250mm 實際流速 smu/ 7 . 13 25 . 0 14 . 3 3600/24004 2 （2）液體進口裝置 對于直徑 1.5mm以下的塔，管口末端可制成向下的喇叭形擴大口，防止淋下的液體進入管內(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

59、除 液沫擋板。當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 smu/2 mud lll 123. 0 2 . 998231.8534801881 . 0 01881 . 0 5 . 05 . 05 . 0 5 . 0 5 . 0 5 . 0 據(jù)根管材規(guī)范，取管徑為： ,4133mmmm 其內(nèi)徑為 125mm。 （5）液體進口裝置 液體進口管應(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)有一定液封裝置高度而設(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

60、號數(shù)值與計量單位 混合氣體處理量v2400 3 /mh 氣液相平衡常數(shù)m35.04 進塔氣相摩爾比 1 0.0526 出塔氣相摩爾比 2 0.00263 進塔液相摩爾分率 2 x0 出塔液相摩爾分率 1 x0.001 最小液氣比/l g33.29 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 vm m30.706 molg 混合氣體的平均密度 vm 1.277 3 mkg 吸收劑用量 氣相質(zhì)量流量 液相質(zhì)量流量 l v l 4736.31 hkmol 3064.8kg/h 85348.31kg/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 d 1.2m 填料層高度 h 5.6m 填料塔上部空間高度