水吸收二氧化硫填料吸收塔設(shè)計(jì)說明書完整版

1、吉林化工學(xué)院 化工原理 課 程 設(shè) 計(jì)題目 處理量為2500m3/h水吸收二氧化硫過程填料吸收塔 的設(shè)計(jì) 教 學(xué) 院 化工與材料工程學(xué)院 專業(yè)班級 化學(xué)工程與工藝0804班 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 08110430 指導(dǎo)教師 徐洪軍 2010 年 12 月 15 日 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè) 化學(xué)工程與工藝 班級 化工0804 設(shè)計(jì)人 鄭大朋一設(shè)計(jì)題目處理量為2500m3/h水吸收二氧化硫過程填料吸收塔的設(shè)計(jì)二原始數(shù)據(jù)及條件 生產(chǎn)能力：年處理空氣二氧化硫混合氣2.3萬噸（開工率300天年）。 原料：二氧化硫含量為5%（摩爾分率，下同）的常溫氣體。 分離要求：塔頂二氧化硫含量不高于0.26% 。

2、塔底二氧化硫含量不低于0.1% 。 建廠地址：河南省永城市。三設(shè)計(jì)要求 （一）編制一份設(shè)計(jì)說明書，主要內(nèi)容包括: 1. 摘要； 2. 流程的確定和說明（附流程簡圖）； 3. 生產(chǎn)條件的確定和說明； 4. 吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算； 5. 附屬設(shè)備的選型和計(jì)算； 6. 設(shè)計(jì)結(jié)果列表； 7. 設(shè)計(jì)結(jié)果的討論和說明； 8. 主要符號說明； 9. 注明參考和使用過的文獻(xiàn)資料； 10. 結(jié)束語 (二) 繪制一個(gè)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。 （三） 繪制吸收塔的工藝條件圖。四設(shè)計(jì)日期： 2010 年 11 月 22 日 至 2010 年 12 月 15 日目錄摘要.iv第一章 緒論.1 1.1 吸收技術(shù)概況.1 1.2

3、 吸收設(shè)備發(fā)展.1 1.3 吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用.3第二章 吸收塔的設(shè)計(jì)方案.4 2.1 吸收劑的選擇.4 2.2 吸收流程選擇.5 2.2.1 吸收工藝流程的確定.5 2.2.2 吸收工藝流程圖及工藝過程說明.6 2.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇7 2.3.1 吸收塔設(shè)備的選擇.7 2.3.2 填料的選擇.8 2.4 吸收劑再生方法的選擇.10 2.5 操作參數(shù)的選擇.11 2.5.1 操作溫度的確定.11 2.5.2 操作壓強(qiáng)的確定.11第三章 吸收塔工藝條件的計(jì)算.12 3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù).12 3.1.1 液相物性數(shù)據(jù).12 3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù).12 3.1.3 氣液兩相平衡時(shí)

4、的數(shù)據(jù).12 3.2 物料衡算.12 3.3 填料塔的工藝尺寸計(jì)算.13 3.3.1 塔徑的計(jì)算.13 3.3.2 泛點(diǎn)率校核和填料規(guī)格.14 3.3.3 液體噴淋密度校核.15 3.4 填料層高度計(jì)算.15 3.4.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算.15 3.4.2 傳質(zhì)單元高度的計(jì)算.16 3.4.3 填料層高度的計(jì)算.17 3.5 填料塔附屬高度的計(jì)算.18 3.6 液體分布器的簡要設(shè)計(jì).18 3.6.1 液體分布器的選型.18 3.6.2 分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算.19 3.6.3 塔底液體保持管高度的計(jì)算.20 3.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇.21 3.7.1 填料支撐板.21 3.7.2 填料

5、壓緊裝置與床層限制板.21 3.7.3 氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置.21 3.8 流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算.22 3.8.1 填料層壓力降的計(jì)算.22 3.8.2 泛點(diǎn)率.23 3.8.3 氣體動(dòng)能因子.23 3.9 附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇.23 3.9.1 吸收塔主要接管的尺寸計(jì)算.23 3.9.2 離心泵的計(jì)算與選擇.24工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號說明.26設(shè)計(jì)方案討論.31附錄（計(jì)算程序及有關(guān)圖表）32參考文獻(xiàn).34結(jié)束語.35帶控制點(diǎn)的工藝流程圖.36設(shè)備條件圖.37化工原理課程設(shè)計(jì)教師評分表.38摘要吸收是利用混合氣體中各組分在液體中的溶解度的差異來分離氣態(tài)均相混合物的一種單元操作。在化工生

6、產(chǎn)中主要用于原料氣的凈化，有用組分的回收等。氣液兩相的分離是通過它們密切的接觸進(jìn)行的，在正常操作下，氣相為連續(xù)相而液相為分散相，氣相組成呈連續(xù)變化，氣相中的成分逐漸被分離出來。填料塔是氣液呈連續(xù)性接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備，屬微分接觸逆流操作過程。塔的底部有支撐板用來支撐填料，并允許氣液通過。支撐板上的填料有整砌和亂堆兩種方式。填料層的上方有液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑于填料層上。填料層的空隙率超過90%，一般液泛點(diǎn)較高，單位塔截面積上填料塔的生產(chǎn)能力較高，研究表明，在壓力小于0.3mpa時(shí)，填料塔的分離效率明顯優(yōu)于板式塔。這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是用水吸收空氣中的二氧化硫，然后再進(jìn)行解吸處理得到二氧化

7、硫。要求設(shè)計(jì)包括塔徑、填料塔高度、塔管的尺寸等，需要通過物料衡算得到所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行所需尺寸的計(jì)算得到各種設(shè)計(jì)參數(shù)，為圖的繪制打基礎(chǔ)，提供數(shù)據(jù)參考。第一章 緒論1.1吸收技術(shù)概況當(dāng)氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，氣體中的一個(gè)或者幾個(gè)組分溶解與液體中，而不能溶解的組分仍留在氣體中，使氣體得以分離。吸收過程是化工生產(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。實(shí)際生產(chǎn)中，吸收過程所用的吸收劑常需回收利用，故一般來說，完整的吸收過程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分，因而在設(shè)計(jì)上應(yīng)將兩部分綜合考慮，才能得到較為理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。作為

8、吸收過程的工藝設(shè)計(jì)，其一般性問題是在給定混合氣體處理量、混合氣體組成、溫度、壓力以及分離要求的條件下，完成以下工作：（1）根據(jù)給定的分離任務(wù)，確定吸收方案；（2）根據(jù)流程進(jìn)行過程的物料和熱量衡算，確定工藝參數(shù)；（3）依據(jù)物料及熱量衡算進(jìn)行過程的設(shè)備選型或設(shè)備設(shè)計(jì)；（4）繪制工藝流程圖及主要設(shè)備的工藝條件圖；（5）編寫工藝設(shè)計(jì)說明書。1.2吸收設(shè)備發(fā)展在吸收過程中，質(zhì)量交換是在兩相接觸面上進(jìn)行的。因此，吸收設(shè)備應(yīng)具有較大的氣液接觸面，按吸收表面的形成方式，吸收設(shè)備可分為下列幾類：（1）表面吸收器 吸收器中兩相間的接觸面是靜止液面（表面吸收器本身的液面）或流動(dòng)的液膜表面（膜式吸收器）。這類設(shè)備中的

9、接觸表面在相當(dāng)大的程度上決定于吸收器構(gòu)件的幾何表面。這類設(shè)備還可分為以下幾種基本類型： 水平液面的表面吸收器：在這類吸收器中，氣體在靜止不動(dòng)或緩慢流動(dòng)的液面上通過，液面即為傳質(zhì)表面，由于傳質(zhì)表面不大，所以此種表面吸收器只適用于生產(chǎn)規(guī)模較小的場合。通常將若干個(gè)氣液逆流運(yùn)動(dòng)的吸收器串聯(lián)起來使用。為了能使液體自流，可將吸收器排列成階梯式，即沿流體的流向，后一個(gè)吸收器低于前一個(gè)吸收器。水平液面的表面吸收器的效率極低，現(xiàn)在應(yīng)用已很有限。只有從體積量不大的氣體中吸收易溶組分，并同時(shí)需要散除熱量的情況下才采用它們。這類吸收器有時(shí)還用于吸收高濃度氣體混合物中的某些組分。 液膜吸收器：在液膜吸收器中，氣液兩相在

10、流動(dòng)的液膜表面上接觸。液膜是沿著圓管或平板的縱向表面流動(dòng)的。已知有三種類型的液膜吸收器：列管式吸收器：液膜沿垂直圓管的內(nèi)壁流動(dòng)；板狀填料吸收器：填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的兩測流動(dòng)；升膜式吸收器：液膜向上（反向）流動(dòng)。目前，液膜吸收器應(yīng)用比較少，其中最常見的是列管式吸收器，常用于從高濃度氣體混合物同時(shí)取出熱量的易溶氣體（氯化氫，二氧化硫）的吸收。填料吸收器 填料吸收器是裝有各種不同形狀填料的塔。噴淋液體沿填料表面流下，氣液兩相主要在填料的潤濕表面上接觸。設(shè)備單位體積內(nèi)的填料表面積可以相當(dāng)大，因此，能在較小的體積內(nèi)得到很大的傳質(zhì)表面。但在很多情況下，填料的活性接觸表面小于其幾何表面。

11、填料吸收器：填料吸收器一般作成塔狀，塔內(nèi)裝有支撐板，板上堆放填料層。噴淋的液體通過分布器灑向填料。在吸收器內(nèi)，填料在整個(gè)塔內(nèi)堆成一個(gè)整體。有時(shí)也將填料裝成幾層，每層的下邊都設(shè)有單獨(dú)的支撐板。當(dāng)填料分層堆放時(shí)，層與層之間常裝有液體再分布裝置。在填料吸收器中，氣體和液體的運(yùn)動(dòng)經(jīng)常是逆流的。而很少采用并流操作。但近年來對在高氣速條件下操作的并流填料吸收器給予另外很大的關(guān)注。在這樣高的氣速下，不但可以強(qiáng)化過程和縮小設(shè)備尺寸，而且并流的阻力降也要比逆流時(shí)顯著降低。這樣高的氣速在逆流時(shí)因?yàn)闀?huì)造成液泛，是不可能達(dá)到的。如果兩相的運(yùn)動(dòng)方向?qū)ν苿?dòng)力沒有明顯的影響，就可以采用這種并流吸收器。填料吸收器的不足之處是

12、難于除去吸收過程中的熱量。通常使用外接冷卻器的辦法循環(huán)排走熱量。曾有人提出在填料層中間安裝冷卻組件從內(nèi)部除熱的設(shè)想，但這種結(jié)構(gòu)的吸收器沒有得到推廣。 機(jī)械液膜吸收器：機(jī)械液膜吸收器可分為兩類。在第一類設(shè)備中，機(jī)械作用用來生成和保持液膜。屬于這一類的有圓盤式液膜吸收器。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到液面上方時(shí)，便被生成的液膜所覆蓋，吸收過程就在這一層液膜表面上進(jìn)行。圓盤的圓周速度為0.20.3米/秒。這種吸收器的傳質(zhì)系數(shù)與填料吸收器相近。 第一類設(shè)備沒有什么明顯的優(yōu)點(diǎn)，并由于有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的存在而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，同時(shí)還增加了能量消耗。因此這類設(shè)備沒有得到推廣。 第二類設(shè)備的實(shí)用意義較大。在這類設(shè)備中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)用來使兩相

13、混合，促使傳質(zhì)過程得到強(qiáng)化。這種設(shè)備稱之為“轉(zhuǎn)子液膜塔”，常用于熱穩(wěn)定性較差物質(zhì)的精餾。顯然，這種設(shè)備也可用于吸收操作。（2）鼓泡吸收器在這種吸收器中，接觸表面是隨氣流而擴(kuò)展。在液體中呈小氣泡和噴射狀態(tài)分布。這樣的氣體運(yùn)動(dòng)（鼓泡）是以其通過充滿液體的設(shè)備（連續(xù)的鼓泡）或通過具有不同形式塔板的塔來實(shí)現(xiàn)。在充填填料的吸收器中，也可看到氣體和液體相互作用的特征。這一類吸收器也包括以機(jī)械攪拌混合液體的鼓泡吸收器。鼓泡吸收器中，接觸表面是由流體動(dòng)力狀態(tài)（氣體和液體的流量）所決定的。（3）噴灑吸收器噴灑吸收器中的接觸表面是在氣相介質(zhì)中噴灑細(xì)小液滴的方法而形成的。接觸表面取決于流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)（液體流量）。這

14、一類的吸收器有：吸收器中液體的噴灑是用噴霧器（噴灑或空心的吸收器）；用高速氣體運(yùn)動(dòng)流的高速并流噴灑吸收器；或用旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的機(jī)械噴灑吸收器。在這些不同形式的設(shè)備中，現(xiàn)在最通用的是填料及鼓泡塔板吸收器。1.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用在化工生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)物粗產(chǎn)品等幾乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，為進(jìn)一步加工和使用，常需將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。對于均相物系，要想進(jìn)行組分間的分離，必須要造成一兩個(gè)物系，利用原物系中各組分間某種物性的差異，而使其中某個(gè)組分（或某些組分）從一相轉(zhuǎn)移到另一相，以達(dá)到分離的目的。物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程稱為物質(zhì)傳遞過程。吸收單元操作是化學(xué)工業(yè)中常

15、見的傳質(zhì)過程。氣體的吸收在化工生產(chǎn)中主要用來達(dá)到以下幾種目的 ：(1)有用組分的回收。例如用硫酸處理焦?fàn)t氣以回收其中的二氧化硫，用氣油處理焦?fàn)t氣以回收其中的芳烴，用液態(tài)烴處理裂解氣以回收其中的乙烯、丙烯等。(2)原料氣的凈化。例如用水和堿液脫除合成二氧化硫原料氣中的二氧化碳，用丙酮脫除裂解氣中的乙炔等。(3)某些產(chǎn)品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氫以制備鹽酸，用水吸收甲醛以制備福爾馬林溶液等。(4)廢氣的治理。例如：電廠的鍋爐尾氣含二氧化硫。硝酸生產(chǎn)尾氣含一氧化氮等有害氣體，均須用吸收方法除去。第二章 吸收塔的設(shè)計(jì)方案2.1吸收劑的選擇對于吸收操作，選擇適宜的吸收劑，具有

16、十分重要的意義。其對吸收操作過程的經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的影響。一般情況下，選擇吸收劑，要著重考慮如下問題：1 對溶質(zhì)的溶解度大所選的吸收劑對溶質(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條件下，吸收劑的用量小，可以有效地減少吸收劑循環(huán)量，這對于減少過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，則可以提高吸收速率，減小塔設(shè)備的尺寸。2 對溶質(zhì)有較高的選擇性 對溶質(zhì)有較高的選擇性，即要求選用的吸收劑應(yīng)對溶質(zhì)有較大的溶解度，而對其它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

17、不易揮發(fā) 吸收劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸汽壓，以避免吸收過程中吸收劑的損失，提高吸收過程的經(jīng)濟(jì)性。4 再生性能好 由于在吸收劑再生過程中，一般要對其進(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，對吸收過程能耗的影響極大，選用具有良好再生性能的吸收劑，往往能有效地降低過程的能量消耗。以上四個(gè)方面是選擇吸收劑時(shí)應(yīng)該考慮的主要問題，其次，還應(yīng)該注意所選擇地吸收劑應(yīng)該具有良好的物理、化學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性。其良好的物理性能主要指吸收劑的粘度要小，不易發(fā)泡，以保證吸收劑具有良好的流動(dòng)性能和分布性能。良好的化學(xué)性能主要指具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以防止在使用中發(fā)生變質(zhì)，同時(shí)要求吸收劑盡

18、可能無毒、無易燃易爆性，對相關(guān)設(shè)備無腐蝕性（或較小的腐蝕性）。吸收劑的經(jīng)濟(jì)性主要指應(yīng)盡可能選擇用廉價(jià)易得的溶劑，兩種吸收劑如下：表2-1 物理吸收劑和化學(xué)吸收劑的選擇物理吸收劑化學(xué)吸收劑（1）吸收容量（溶解度）正比于溶質(zhì)分壓（2）吸收熱效應(yīng)很?。ń诘葴兀?）常用降壓閃蒸解吸（4）適于溶質(zhì)含量高，而凈化度要求不太高的場合（5）對設(shè)備腐蝕性小，不易變質(zhì)（1）吸收容量對溶質(zhì)分壓不太敏感（2）吸收熱效應(yīng)顯著（3）用低壓蒸汽氣提解吸（4）適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場合（5）對設(shè)備腐蝕性大，易變質(zhì)本設(shè)計(jì)采用水作為吸收劑，二氧化硫作為溶質(zhì)。 2.2 吸收流程選擇2.2.1吸收工藝流程的確定 工

19、業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同的角度進(jìn)行分類，從所用的吸收劑的種類看，有僅用一種吸收劑的一步吸收流程和使用兩種吸收劑的兩部吸收流程，從所用的塔設(shè)備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程很多塔吸收流程，從塔內(nèi)氣液兩相得流向可分為逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環(huán)流程。（一）一步吸收流程和兩部吸收流程一步流程一般用于混合氣體溶質(zhì)濃度較低，同時(shí)過程的分離要求不高，選用一種吸收劑即可完成任務(wù)的情況。若混合氣體中溶質(zhì)濃度較高且吸收要求也高，難以用一步吸收達(dá)到規(guī)定的吸收要求，但過程的操作費(fèi)用較高，從經(jīng)濟(jì)性的角度分析不夠適宜時(shí)，可以考慮采用兩步吸收流程。（二）單塔吸收流

20、程和多塔吸收流程單塔吸收流程是吸收過程中最常用的流程，如過程無特別需要，則一般采用單塔吸收流程。若過程的分離要求較高，使用單塔操作時(shí)，所需要的塔體過高，或采用兩步吸收流程時(shí)，則需要采用多塔流程（通常是雙塔吸收流程）（三）逆流吸收與并流吸收吸收塔或再生塔內(nèi)氣液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有傳質(zhì)推動(dòng)力大，分離效率高（具有多個(gè)理論級的分離能力）的顯著優(yōu)點(diǎn)而 廣泛應(yīng)用。工程上，如無特別需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶劑循環(huán)吸收流程由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大，當(dāng)液相噴淋量過小時(shí)，將降低填料塔的分離效率，因此當(dāng)塔的液相負(fù)荷過小而難以充分潤濕填料表面時(shí)，可以

21、采用部分溶劑循環(huán)吸收流程，以提高液相噴淋量，改善塔的操作條件。本設(shè)計(jì)采用單塔逆流操作。2.2.2吸收工藝流程圖及工藝過程說明 圖2-1吸收so2的流程包括吸收和解吸兩大部分?；旌蠚怏w冷卻至20 下進(jìn)入吸收塔底部，水從塔頂淋下，塔內(nèi)裝有填料以擴(kuò)大氣液接觸面積。在氣體與液體接觸的過程中，氣體中的so2 溶解于水，使離開吸收塔頂?shù)臍怏w二氧化硫含量降低至允許值，而溶有較多二氧化硫的液體由吸收塔底排出。為了回收二氧化硫并再次利用水，需要將水和二氧化硫分離開，稱為溶劑的再生。解吸是溶劑再生的一種方法，含二氧化硫的水溶液經(jīng)過加熱后送入解吸塔，與上升的過熱蒸汽接觸，二氧化硫從液相中解吸至氣相。二氧化硫被解吸后

22、，水溶劑得到再生，經(jīng)過冷卻后再重新作為吸收劑送入吸收塔循環(huán)使用。設(shè)計(jì)填料吸收塔實(shí)體主體結(jié)構(gòu)示意圖如下： 圖 2-22.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇2.3.1吸收塔設(shè)備的選擇對于吸收過程，能夠完成其分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種，如何從眾多的塔設(shè)備中選擇合適的類型是進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)得首要工作。而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則需對吸收過程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)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(jià)低，易于制造、安裝、操作和維修等。在液體流率很低難以充分潤濕

23、填料，或塔徑過大，使用填料塔不很經(jīng)濟(jì)的情況下，以采用板式塔為宜。但作為吸收過程，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，有利于過程節(jié)能，所以對于吸收過程來說，以采用填料塔居多。 本次吸收塔設(shè)計(jì)選擇填料吸收塔。2.3.2填料的選擇塔填料是填料塔中的氣液相間傳質(zhì)組件，是填料塔的核心部分。其種類繁多，性能上各有差異。 圖 2-31.散堆填料 目前散堆填料主要有環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料。所用的材質(zhì)有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金屬等（1）拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料于1914年由拉西（f. rashching）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)，如圖片拉西環(huán)所示。拉西

24、環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應(yīng)用。（2） 鮑爾環(huán)填料如圖片鮑耳環(huán)所示，鮑爾環(huán)是對拉西環(huán)的改進(jìn)，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)壁的一側(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，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。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。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種應(yīng)用較廣的填料。（3） 階梯環(huán)(stairs wreath)填料如圖片階梯環(huán)所示，填料的階梯環(huán)結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯(cuò) 45的十字形葉片

25、，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。（4） 矩鞍填料如圖片矩鞍填料所示，將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時(shí)不會(huì)套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場合，均已被瓷矩鞍填料所取代。（5） 金屬環(huán)矩鞍填料如圖片金屬換環(huán)聚鞍填料所示，環(huán)矩

26、鞍填料（國外稱為intalox）是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，在散裝填料中應(yīng)用較多。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，以整砌的方式裝填在塔體中。規(guī)整填料主要包括板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、格利希格柵、脈沖填料等，其中尤以板波紋填料和絲網(wǎng)波紋填料所用材料主要有金屬絲網(wǎng)和塑料絲網(wǎng)。（1）格柵填料(space grid filler)是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用最早的格柵填料為如圖片3-12

27、（a）所示的木格柵填料。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以圖片3-12（b）所示的格里奇格柵填料最具代表性。格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負(fù)荷大及防堵等場合。（2）波紋填料(ripples filler)目前工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30和45兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤填料間交錯(cuò)90排列。波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬

28、絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價(jià)高，但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。（d）所示，金屬板波紋填料是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液體、加強(qiáng)橫向混合的作用。波紋板片上軋成細(xì)小溝紋，可起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場合。（3）金屬壓延孔板波紋填料(the metals presses to postpone the bore plank ripples

29、filler)是另一種有代表性的板波紋填料。它與金屬孔板波紋填料的主要區(qū)別在于板片表面不是沖壓孔，而是刺孔，用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為0.40.5mm小刺孔。其分離能力類似于網(wǎng)波紋填料，但抗堵能力比網(wǎng)波紋填料強(qiáng)，并且價(jià)格便宜，應(yīng)用較為廣泛。波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大（常用的有125、150、250、350、500、700等幾種）。波紋填料的缺點(diǎn)是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價(jià)高。（4）脈沖填料(pulse filler)是由帶縮頸的中空棱柱形個(gè)體，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料，如圖片3-12（e）所示。脈沖

30、填料組裝后，會(huì)形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大，氣液兩相通過時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動(dòng)。在縮頸段，氣速最高，湍動(dòng)劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段，氣速減到最小，實(shí)現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過程。脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，故特別適用于大塔徑的場合。工業(yè)上常用規(guī)整填料的特性參數(shù)可參閱有關(guān)手冊。由于該過程處理量不大，所以所用的塔直徑不會(huì)太大，以采用填料塔較為適宜，所以采用聚丙烯塑料階梯環(huán)填料。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

31、=0.204臨界張力 2.4吸收劑再生方法的選擇依據(jù)所用的吸收劑不同可以采用不同的再生方案，工業(yè)上常用的吸收劑再生方法主要有減壓再生、加熱再生及氣提再生等。a. 減壓再生（閃蒸）吸收劑的減壓再生是最簡單的吸收劑再生方法之一。在吸收塔內(nèi)，吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔并減壓，使得融入吸收劑中的溶質(zhì)得以再生。該方法最適用于加壓吸收，而且吸收后的后續(xù)工藝處于常壓或較低壓力的條件，如吸收操作處于常壓條件下進(jìn)行，若采用減壓再生，那么解吸操作需要在真空條件下進(jìn)行，則過程可能不夠經(jīng)濟(jì)b. 加熱再生加熱再生也是吸收劑再生最常用的方法。吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔內(nèi)并加熱使其升溫，溶入吸收劑中的溶質(zhì)得

32、以解吸。由于再生溫度必須高于吸收溫度，因而，該方法最適用于常溫吸收或在接近于常溫的吸收操作，否則，若吸收溫度較高，則再生溫度必然更高，從而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸氣作為加熱介質(zhì)，加熱方法可依據(jù)具體情況采用直接蒸汽加熱或采用間接蒸汽加熱。2.5 操作參數(shù)的選擇2.5.1操作溫度的確定對于物理吸收而言,降低操作溫度,對吸收有利.但低于環(huán)境溫度的操作溫度因其要消耗大量的制冷動(dòng)力而一般是不可取的,所以一般情況下,取常溫吸收較為有利.對于特殊條件的吸收操作方可采用低于或高于環(huán)境的溫度操作.對于化學(xué)吸收,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定,既要考慮溫度對化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的影響,也要考慮對化學(xué)平

33、衡的影響,使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度.對于再生操作,較高的操作溫度可以降低溶質(zhì)的溶解度,因而有利于吸收劑的再生.而對本設(shè)計(jì)而言，由吸收過程的氣液關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應(yīng)有吸收系統(tǒng)的具體情況決定。依據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，操作溫度定為20。2.5.2操作壓力的確定操作壓力的選擇根據(jù)具體情況的不同分為三種：對于物理吸收,加壓操作一方面有利于提高吸收過程的傳質(zhì)推動(dòng)力而提高過程的傳質(zhì)速率,另一方面,也可以減小氣體的體積流率,減小吸收塔徑.所以操作十分有利.但工程上,專門為吸收操作而為氣體加壓,從過程的經(jīng)濟(jì)性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的壓力參數(shù)下

34、可以進(jìn)行吸收操作的情況下,一般是以前道工序的壓力作為吸收單元的操作壓力.對于化學(xué)吸收,若過程由質(zhì)量傳遞過程控制,則提高操作壓力有利,若為化學(xué)反應(yīng)過程控制,則操作壓力對過程的影響不大,可以完全根據(jù)前后工序的壓力參數(shù)確定吸收操作壓力,但加大吸收壓力依然可以減小氣相的體積流率,對減小塔徑仍然是有利的.對于減壓再生(閃蒸)操作,其操作壓力應(yīng)以吸收劑的再生要求而定,逐次或一次從吸收壓力減至再生操作壓力,逐次閃蒸的再生效果一般要優(yōu)于一次閃蒸效果.本設(shè)計(jì)中由吸收過程的氣液平衡可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即加壓有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加，綜合考慮，采用常壓

35、101.325kpa。第三章 吸收塔工藝條件的計(jì)算3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.1液相物性數(shù)據(jù)對于低濃度的吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取純水的物性數(shù)據(jù)20時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度l=998.2(kg/m3)粘度l=0.001004(pa.s)=3.6kg/(m.h) 表面張力l=72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)so2在水中的擴(kuò)散系數(shù)dl=1.4710-5(2/s)=5.2910-6(m2/h)3.1.2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為mvm =0.0564.06+0.9529=30.75混合氣體的平均密度為1.278（kg/m3）混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度

36、，查手冊的20 c空氣的粘度為(mh) 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 m2/s)=0.039 (m2/h)3.1.3氣液兩相平衡時(shí)的數(shù)據(jù)常壓下20在水中的亨利系數(shù)為相平衡常數(shù)為 溶解度系數(shù)為3.2物料衡算因?yàn)楣絞b（y1-y2）=ls(x1-x2)無論是低濃度吸收還是高濃度吸收均適用，故物料衡算利用此式。（以下計(jì)算過程分別以g和l表示gb 和 ls）進(jìn)塔氣相摩爾比為出塔氣相摩爾比為進(jìn)塔惰性氣相流量為 該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡曲線可近似為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算，即對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為 取操作液氣比93l=49.9398.79=4932.58 (kmol/h) + x2=98.

37、79(0.0526-0.00263)/4932.58 +0 =0.0010 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 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速。液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即=4932.5818.02=88885.09kg/h氣相質(zhì)量流量為=25001.278=3195kg/heckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為查eckert通用關(guān)聯(lián)圖得（附錄四），式中：泛點(diǎn)氣速 m/s g：重力加速度 9.81m/s2 ，：氣相，液相密度 kg/m3 ：液體粘度 mpas （此處為1）本次設(shè)計(jì)選用的是塑料階梯環(huán)類型填料。查表5-11，其填料因子泛點(diǎn)氣速：對于散裝填料，泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為

38、，泛點(diǎn)率的選擇，對于加壓操作，選擇較高的泛點(diǎn)率，減壓操作選擇較低的泛點(diǎn)率，此處取圓整塔徑d取。3.3.2泛點(diǎn)率校核和填料規(guī)格泛點(diǎn)率校核(在允許范圍內(nèi))填料規(guī)格校核階梯環(huán)的徑比要求：8有即符合要求3.3.3液體噴淋密度校核取最小潤濕速率為：查化工原理課程設(shè)計(jì)（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)）附錄五得故滿足最小噴淋密度的要求.經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用d=1200mm合理3.4填料層高度計(jì)算3.4.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算解吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為3.4.2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)算查表(常見材質(zhì)的臨界表面張力值) ，液體質(zhì)量通量為氣體質(zhì)量通量為氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算

39、 液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算 由，查附得，則因?yàn)?，故需要校正。由，?則有 由3.4.3填料層高度的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層設(shè)計(jì)高度一般為 因此取所以設(shè)計(jì)取填料層高度為查附，對于階梯環(huán)填料，h/d=815,m 取則計(jì)算得填料層高度為5500mm，故不需要分段。3.5填料塔附屬高度的計(jì)算塔上部空間高度，通過相關(guān)資料可知，可取為1.3m，塔底液相停留時(shí)間按1.5min考慮，則塔釜液所占空間高度為： 考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取2.5m，所以塔的附屬空間高度可以取為1.3+2.5=3.8米。因此塔的實(shí)際高度取h=5.5+3.8=9.3(m)3.6液體分布器的簡要設(shè)計(jì)3.6.1液體分布器的

40、選型液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式、及槽盤式等。工業(yè)應(yīng)用以管式、槽式、及槽盤式為主。性能優(yōu)良的液體分布器設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足以下幾點(diǎn)：液體分布均勻 評價(jià)液體分布均勻的標(biāo)準(zhǔn)是：足夠的分布點(diǎn)密度；分布點(diǎn)的幾何均勻性；降液點(diǎn)間流量的均勻性。分布點(diǎn)密度。液體分布器分布點(diǎn)密度的選取與填料類型及規(guī)格、塔徑大小、操作條件等密切相關(guān)，各種文獻(xiàn)推薦的值也相差較大。大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點(diǎn)密度越??；液體噴淋密度越小，分布點(diǎn)密度越大。對于散裝填料，填料尺寸越大，分布點(diǎn)密度越小。表3-1列出了散裝填料塔的分布點(diǎn)密度推薦值表3-1 eckert的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦值塔徑，mm分布點(diǎn)密度，塔截面d

41、=400330d=750170d120042分布點(diǎn)的幾何均勻性。分布點(diǎn)在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點(diǎn)密度更為重要的問題。設(shè)計(jì)中，一般需通過反復(fù)計(jì)算和繪圖排列，進(jìn)行比較，選擇較佳方案。分布點(diǎn)的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降夜點(diǎn)間流量的均勻性。為保證各分布點(diǎn)的流量均勻，需要分布器總體的合理設(shè)計(jì)、精細(xì)的制作和正確的安裝。高性能的液體分布器，要求個(gè)分布點(diǎn)與平均流量的偏差小于6%。操作彈性大 液體分布器的操作彈性是指液體的最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之比。設(shè)計(jì)中，一般要求液體分布器的操作彈性為24，對于液體負(fù)荷變化很大的工藝過程，有時(shí)要求操作彈性達(dá)到10以上，此時(shí)，分布器必須特殊設(shè)計(jì)。自由截面積大

42、 液體分布器的自由截面積是指氣體通道占塔截面積最小應(yīng)在35%以上。其它 液體分布器應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、制造容易、調(diào)整和維修方便由于該吸收塔的液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對較低，故選用槽式液體分布器。當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過某一數(shù)值時(shí)，填料層需分段。在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集自上一填料層來的液體，為下一填料層提供均勻的液體分布。由3.4.3節(jié)中知，本次設(shè)計(jì)的填料層不需要分段,故不需要安裝液體再分布器。3.6.2分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算按照eckert建議值，d1200mm 時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)/m2,因?yàn)樵撍合嘭?fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為120點(diǎn)/ m2 。布液點(diǎn)數(shù)為點(diǎn)按

43、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：二級槽共設(shè)七道，槽側(cè)面開孔，槽寬度為80mm,槽高度為210mm,兩槽中心矩為160mm,分布點(diǎn)采用三角形排列。實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為n=132點(diǎn)，(見示意圖)布液計(jì)算 ： 由 l: 液體流量 m3/sn: 開孔數(shù)目: 孔流系數(shù)，取0.550.60d0: 孔徑，m: 開孔上方的液位高度，m 取，m設(shè)計(jì)取 圖3-1 槽式液體分布器二級槽的布液點(diǎn)示意圖3.6.3塔底液體保持管高度的計(jì)算 取布液孔的直徑為15mm，則液位保持管中的液位高度可由公式：得，即： 式中：布液孔直徑，m l：液體流率，m3/s ：布液孔數(shù) ：孔流系數(shù) ：液體高度，m ：重力

44、加速度，m/s2 值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定 可取 因此，取 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ，則液位保持管高度為： 3.7其它附屬塔內(nèi)件的選擇3.7.1 填料支撐板填料支撐板的作用是支撐塔內(nèi)的填料。常用的填料支撐裝置由柵板型，孔管型，駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型，駝峰型支撐裝置；設(shè)計(jì)中，為防止在填料支撐裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料支撐裝置的自由截面積應(yīng)大于75% 。本次設(shè)計(jì)選用駝峰型支撐裝置。3.7.2 填料壓緊裝置與床層限制板對于散裝填料，可以選用壓緊柵板，也可以選用壓緊網(wǎng)板，在其下方根據(jù)填料的規(guī)格鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定。設(shè)計(jì)中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過高甚至發(fā)生液泛，要求壓

45、板或限制板自由截面分率大于70。本次設(shè)計(jì)選用壓緊網(wǎng)板。3.7.3氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置（1）氣體進(jìn)出口裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b置。氣體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，對除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。本設(shè)計(jì)中選用折板除霧器。折板除霧器的結(jié)構(gòu)簡單有效，除霧板由的角鋼組成，板間橫向距離為25mm，垂直流過的氣速可按下式計(jì)算：式中 氣速，m； 液相及氣相密度，； 系數(shù)，0.085-0.10；本設(shè)計(jì)中取 ，則流過的氣速所需除霧板組的橫斷面為 由上式確定的氣速范圍，除霧板的阻力為49-98pa，此時(shí)能除去的最小霧滴直徑約為0.05mm，即50.（2）排液裝置液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體