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(jiǎn)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(jì)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(guò)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(jì)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(jì)算 13塔徑的計(jì)算

2、13泛點(diǎn)率校核： 14液體噴淋密度得校核： 143.4 填料層高度的計(jì)算 14傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 14傳質(zhì)單元高度的計(jì)算 15填料層高度的計(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 173.6.1 液體分布器的選型 183.6.2 布液孔數(shù)的計(jì)算 183.6.3 布液計(jì)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(jì)算203.8 . 1吸收塔的壓力降 20吸收塔的泛點(diǎn)率 21氣體動(dòng)能因子213.9附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇 21離心泵的選擇與計(jì)算 21吸收塔主要接管尺寸選擇與計(jì)

3、算 22工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說(shuō)明23設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論26主要參考文獻(xiàn) 27結(jié)束語(yǔ)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?dú)怏w吸收過(guò)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(shí)發(fā)生傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氣液混合物的分離。一般說(shuō)來(lái)，完整的吸收過(guò)程應(yīng)包括吸收 和解吸兩部分。在化工生產(chǎn)過(guò)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(guò)程。填料塔因?yàn)槠渫看?，阻力小，壓降低，操作彈?大，塔內(nèi)持液量小，填料易用耐腐蝕材料制造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，使得其在某些處理量大要求壓降小的分離過(guò)

4、程中得到了廣泛的應(yīng)用并作為主要設(shè)備之一，越來(lái)越受到青 睞。本設(shè)計(jì)任務(wù)是用20C清水洗收錄其中的。對(duì)于氣體的吸收應(yīng)該采用氣液傳質(zhì)設(shè)備填料塔，因?yàn)樗哂休^高的比表面積。用水吸收I屬中等溶解度的吸收過(guò)程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。在此吸收過(guò)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(duì)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(jiǎn)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(jiàn)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(guò)程。吸收過(guò)程通常在吸收塔中進(jìn)行。根據(jù)氣、液兩相的流動(dòng)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(dòng)，與從下向上流動(dòng)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(lái)的過(guò)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(jiǎn)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(lái)，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(jiǎn)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(jí)接觸型和微分接觸型兩類。板式塔屬 于逐級(jí)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(guò)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(guò)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(lái)蒸餾原油，改進(jìn)了原來(lái)的釜式蒸餾技術(shù)，促進(jìn)了石油工業(yè)的發(fā)展。但因?yàn)楫?dāng)時(shí) 對(duì)填料兩相的流動(dòng)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(lái)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(duì)填料塔的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)才進(jìn)一步不 斷加深，制造了多種形式的填料；對(duì)填料塔的壓降和泛點(diǎn)得出了較為可靠的關(guān)聯(lián)式，為設(shè)計(jì) 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(rùn)濕性、耐腐蝕、一定的機(jī)械強(qiáng)度、 密度小、價(jià)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(jì)提供了基礎(chǔ)。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。其中金屬與 塑料波紋板

10、造價(jià)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(duì)液體負(fù)荷和允許壓降要求苛刻的過(guò)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(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；脈沖填料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使之在大流量、大塔徑下也不會(huì)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(lái)，項(xiàng)目界對(duì)填料塔進(jìn)行了大量的研究工作，主要集中在以下幾個(gè)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(dòng)及分布規(guī)律；(4) 蒸餾過(guò)程的模擬。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

11、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性能內(nèi)件的開發(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 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(jià)值的物質(zhì)，通過(guò)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(duì)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(guò)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(jì)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(shí)在，主要考慮以下幾點(diǎn)：(1 溶解度大 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度越大，則傳質(zhì)推動(dòng)力越大，吸收速率越快，且吸收 劑的耗用量越少，操作費(fèi)用較低。（2 選擇性好 吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對(duì)混合氣體中的其它組分溶解度甚 微，否則不能實(shí)現(xiàn)有效的分離。（3 揮發(fā)性好

13、 在吸收過(guò)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(dòng)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(wú)毒性、無(wú)腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易 得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)安全 1 。在實(shí)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(duì)可供選擇 的吸收劑做全面的評(píng)價(jià)，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(guò)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(guò)程分類氣體吸收過(guò)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(guò)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(gè)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(guò)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(guò)程看成是氣體溶質(zhì)單純地溶解于液相溶劑的物理過(guò)程，則稱為物理吸收。相反，如 果在吸收過(guò)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(guò)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(shí)，常因?yàn)槿芙鉄峄蚧瘜W(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(guò)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(shí)移出吸收過(guò)程所產(chǎn)生的熱量， 此時(shí)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(diǎn)是，傳質(zhì)平均推動(dòng)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(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。并流操作通常用于以下情況：當(dāng)吸收過(guò)程的平 衡曲線

16、較平坦時(shí)，流向?qū)ν苿?dòng)力影響不大；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(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。該流程特別適宜于相平蘅常數(shù) m 植很小的情況，通過(guò)吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑 的使用效率。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(dòng)力要低，且需要設(shè)置 循環(huán)泵，操作費(fèi)用增加。4）多塔串聯(lián)操作 若設(shè)計(jì)的填料層高度過(guò)大，或

17、因?yàn)樗幚砦锪系仍蛐枰?jīng)常清理調(diào)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(guò)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(guò)大，操作氣速勢(shì)必很小 否則易引起塔的液泛），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。用水吸收二氧化硫?qū)僦械热芙舛鹊奈者^(guò)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(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，

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(jì)過(guò)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(jì)的重要環(huán)節(jié)。在選擇塔填料時(shí)應(yīng)考慮如下幾個(gè)問(wèn)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(rùn)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(guò) 的能力大，氣體流動(dòng)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(duì)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(duì)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(gè)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(diǎn)接觸 為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，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(lái)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(guò)程中與來(lái)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(lái)，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(jì)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(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)。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。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(gè)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(guò) 程參數(shù)。吸收因子和解吸因子的取值大小對(duì)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性影響很大，

23、選用大的吸收因子，則 過(guò)程的設(shè)備費(fèi)用降低而吸收劑用量或循環(huán)量加大，操作費(fèi)用升高。若吸收因子較小，則過(guò)程 推動(dòng)力減小，塔必然很高。在設(shè)計(jì)上，兩者的數(shù)值應(yīng)該以過(guò)程的總費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行 設(shè)計(jì)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(jì)算3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 液相物性數(shù)據(jù)20 C時(shí)水的有關(guān)對(duì)低濃度吸收過(guò)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(cè)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(cè)得20C空氣的黏度為| 查手冊(cè)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(cè)查得，常壓下20r時(shí)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(jì)算塔徑的計(jì)算采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速Eckert關(guān)聯(lián)圖得橫坐標(biāo)為圓整塔徑，取泛點(diǎn)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(rùn)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(rùn) 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(rùn)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(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)

25、的計(jì)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(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: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(jì)算由得 1設(shè)計(jì)取填料層高度為一:查表5-16，對(duì)于階梯環(huán)填料，建議分段高度得條件為a取，則一二計(jì)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(jì)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(lái)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(shí)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(jì)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(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

27、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(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(duì)較小，故選用槽式液體分布器。布液孔數(shù)的計(jì)算按Eckert建議值，1時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)一，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋 點(diǎn)密度為120點(diǎn)一布液點(diǎn)數(shù)為占八、按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：二級(jí)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(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)亠點(diǎn)。363布液計(jì)算設(shè)計(jì)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(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。因?yàn)樘盍现С醒b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），并考慮填料空隙中的持

30、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。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(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12。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）；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)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(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，以防止因?yàn)樘盍?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?yàn)槭褂镁郾┨盍?，故選用床層限定板。塔頂除霧器因?yàn)闅怏w在塔頂離開填料塔時(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

33、的直徑由氣體通過(guò)絲網(wǎng)的最大氣速?zèng)Q定14。根據(jù)本吸收特點(diǎn)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(jì)計(jì)算如下：直徑3.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算3.8 . 1吸收塔的壓力降氣體通過(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。1）填料層壓降的計(jì)算可以利用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)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(diǎn)率泛點(diǎn)率校核流量/m3/ h揚(yáng)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(jì)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(shí)際流速2）液體進(jìn)口裝置對(duì)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(shí)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(shí)，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(jì)，并能防止氣體短路工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說(shuō)明吸收塔的吸收劑用量計(jì)算總表表-1項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)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(jì)算總表表-2項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)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(diǎn)總壓降a838.99 亠空塔氣速國(guó)0回0.59泛點(diǎn)率58.6 -

37、填料計(jì)算總表表-3項(xiàng)目符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位填料直徑338上泛點(diǎn)填料因子列170 0填料臨界表面張力兇33二1主要符號(hào)說(shuō)明表-4符號(hào)意義計(jì)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(diǎn)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(rùn)濕比表面積 壓降填料因子 氣體動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)率設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論對(duì)吸收單元的操作型設(shè)計(jì)與計(jì)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(jì) 合理與實(shí)用性好是必須的。為使化工生產(chǎn)更加便捷，操作費(fèi)用低廉，有些工藝材質(zhì)需要加以改進(jìn)，如塔填料。同時(shí)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(guò)程是艱辛的，也是快樂(lè)的。艱辛是因?yàn)槿鄙龠@方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，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(lái)是坎坎坷坷。快樂(lè)是因?yàn)樵谶@次設(shè)計(jì)中，我得 到了同學(xué)的無(wú)限幫助和鼓舞，并且學(xué)到了知識(shí)，增加了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。為了能更好的完成本次課 程設(shè)計(jì)，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(shí)我們要盡力開 拓自己的知識(shí)面。更重要的是，我明白了理論和實(shí)踐之間的差別，對(duì)我來(lái)說(shuō)，它們之間的距 離太大了。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中也出現(xiàn)了不少問(wèn)題，有設(shè)備的選擇上的，也有軟件應(yīng)用方面 的。出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，同學(xué)們給了我很大的幫助，也非常感謝老師給我們一個(gè)鍛煉自己的機(jī)會(huì)！

40、 讓我困惑的一個(gè)問(wèn)題是，輸送氣體時(shí)，要用到鼓風(fēng)機(jī)，那鼓風(fēng)機(jī)的計(jì)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(huì)更加注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，做到能用所學(xué)知識(shí)解決一些實(shí)際問(wèn)題， 并且爭(zhēng)取實(shí)踐機(jī)會(huì)。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(guò)程裝備基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社【3】黃英主編化工過(guò)程設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社【4】鄭津洋董其伍桑芝富主編過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社【5】化工設(shè)計(jì)全書編輯委員會(huì).金國(guó)淼等編.吸收設(shè)備化學(xué)工業(yè)出版社；【6】柴誠(chéng)敬，劉國(guó)維，李阿娜，化工原理課程設(shè)計(jì)，天津，天津科學(xué)技術(shù)出版社，1995【7】國(guó)外氣液傳質(zhì)設(shè)備的一些發(fā)展趨勢(shì)，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(huì)化工設(shè)備全書一一塔設(shè)備設(shè)計(jì)上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版 社 1998 【9】化工設(shè)計(jì)全書編輯委員會(huì) .金國(guó)淼等編 . 吸收設(shè)