水吸收二氧化硫課程設(shè)計

1、error! no text of specified style in document. 填料吸收塔課程設(shè)計說明書專 業(yè) 班 級 姓 名 班 級 學(xué) 號 指 導(dǎo) 老 師 日 期 2013-05-20 30化工單元操作課程設(shè)計任務(wù)書班級： 姓名： 學(xué)號： 常壓下，在填料吸收塔中用清水吸收爐氣中的二氧化硫一、設(shè)計條件1. 操作方式：連續(xù)操作；2. 生產(chǎn)能力：處理氣量：2402m3/h；3. 操作溫度：20；4. 操作壓力：常壓；5. 進(jìn)塔混合氣含量；二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為5.2；其余為空氣；6. 進(jìn)塔吸收劑：清水；7. 二氧化硫回收率：95；二、設(shè)計要求 1.流程布置與說明； 2.工藝過程計算；

2、 3.填料的選擇； 4.填料塔工藝尺寸的確定； 5.輸送機(jī)械功率的選型；三、設(shè)計成果 1.設(shè)計任務(wù)書一份； 2.設(shè)計圖紙：填料工藝條件圖四、設(shè)計時間2013年5月1日-2013年5月24日 （第12周第13周）五、主要參考資料1. 化工原理課程設(shè)計，湯金石，化學(xué)工程出版社，19902. 化工工藝設(shè)計手冊，上海醫(yī)院設(shè)計院3. 傳質(zhì)與分離技術(shù)，周立雪，化學(xué)工業(yè)出版社4. 流體流動與傳熱，張洪流，化學(xué)工業(yè)出版社5. 化工單元過程課程設(shè)計，王明輝主編，化學(xué)工業(yè)出版社6. 化工單元過程課程設(shè)計，劉兵主編，化學(xué)工業(yè)出版社 六、指導(dǎo)老師： 化工反應(yīng)及設(shè)備教研室2013年2月目錄第一章 前言11.1吸收技術(shù)概

3、況11.2吸收設(shè)備發(fā)展11.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用3第二章 吸收塔的設(shè)計方案42.1吸收劑的選擇42.2 吸收流程選擇52.2.1吸收工藝流程的確定52.2.2吸收工藝流程圖及工藝過程說明62.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇72.3.1吸收塔設(shè)備的選擇72.3.2填料的選擇82.4吸收劑再生方法的選擇102.5 操作參數(shù)的選擇112.5.1操作溫度的確定112.5.2操作壓力的確定11第三章 吸收塔的設(shè)計內(nèi)容123.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)123.1.1液相物性數(shù)據(jù)123.1.2 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133.3 操作線方程143.4 填料塔的工藝尺寸的計算153.4.

4、1 空塔氣速的確定153.4.1 液體噴淋密度的求法173.4.2 傳質(zhì)單元高度的計算183.4.3 傳質(zhì)單元數(shù)的計算213.4.4填料層高度213.5 填料層壓降的計算223.6 液體分布器計算233.6.1液體分布器233.6.2液體分布器簡要設(shè)計243.6.2.1液體分布器的選型243.7 塔底液體保持管高度的計算253.8其他附屬塔內(nèi)件的選擇263.8.1多孔型液體分布器263.8.2直管式多孔分布器263.8.3排管式多孔分布器263.8.4填料支撐板263.8.5填料壓板與床層限制板273.8.6氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置273.8.7人孔27參考文獻(xiàn)29設(shè)計方案總結(jié)30error!

5、 no text of specified style in document.化工原理課程設(shè)計第一章 前言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，氣體中的一個或者幾個組分溶解與液體中，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，實現(xiàn)各組分分離的單元操作。實際生產(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)計上應(yīng)將兩部分綜合考慮，才能得到較為理想的設(shè)計結(jié)果。作為吸收過程的工藝設(shè)計，其一般性問題是在給定混合氣體處理量、混合氣

6、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；（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）或流動的液膜表面（膜式吸收器）。這類設(shè)備中的接觸表面在相當(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

7、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，氣體在靜止不動或緩慢流動的液面上通過，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。通常將若干個氣液逆流運(yùn)動的吸收器串聯(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，后一個吸收器低于前一個吸收器。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，并同時需要散除熱量的情況下才采用它們。這類吸收器有時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，氣液兩相在流動的液膜表面上接觸。液膜是沿著圓管或平板的縱向表面流動的。已

8、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；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；升膜式吸收器：液膜向上（反向）流動。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。 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

9、料層。噴淋的液體通過分布器灑向填料。在吸收器內(nèi)，填料在整個塔內(nèi)堆成一個整體。有時也將填料裝成幾層，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，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顯著降低。這樣高的氣速在逆流時因為會造成液泛，是不可能達(dá)到的。如果兩相的運(yùn)動方向?qū)ν苿恿]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

10、。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，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)動部件的存在而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，同時還增加了能量消耗。因此這類設(shè)備沒有得到推廣。 第二類設(shè)備的實用意義較大。在這類設(shè)備中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動用來使兩相混合，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

11、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（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力學(xué)狀態(tài)（液體流量）。這一類的吸收器有：吸收器中液體的噴灑是用噴霧器（噴灑或空心的吸收

12、器）；用高速氣體運(yùn)動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

13、：(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

14、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 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

15、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。以上四個方面是選擇吸收劑時應(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)，同時要求吸收劑盡可能無毒、無易燃易爆性，對相關(guān)設(shè)備無腐蝕性（或較小的腐蝕性）。

16、吸收劑的經(jīng)濟(jì)性主要指應(yīng)盡可能選擇用廉價易得的溶劑，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)很小（近于等溫）（3）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

17、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，可以考慮采用兩步吸收流程。（二）單塔吸收流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

18、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，所需要的塔體過高，或采用兩步吸收流程時，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)推動力大，分離效率高（具有多個理論級的分離能力）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，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，可以采用部分溶劑循環(huán)吸收流程，以提高液相噴淋量，改善塔的操作條件。

19、本設(shè)計采用單塔逆流操作。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，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

20、。設(shè)計填料吸收塔實體主體結(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)計得首要工作。而進(jìn)行這一項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

21、。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)

22、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 45的十字形葉片，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

23、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。矩鞍填料堆積時不會套疊，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)矩鞍填料（國外稱為intalox）是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)

24、構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計出的一種新型填料，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（a）所示的木格柵填料。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇

25、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。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精

26、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 filler)是另一種有代表性的板波紋填料。它與

27、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，造價高。（4）脈沖填料(pulse filler)是由帶縮頸的中空棱柱形個體，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。脈沖填料組裝后，會形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流

28、道交替收縮和擴(kuò)大，氣液兩相通過時產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動。在縮頸段，氣速最高，湍動劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段，氣速減到最小，實現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實現(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=0.204臨界張力 2.4吸收劑再生方法的選擇

29、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)得以解吸。由于再生溫度必須高于吸收溫度，因而，該

30、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)平衡的影響,使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度。而對本

31、設(shè)計而言，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

32、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101.325kpa。第三章 吸收塔的設(shè)計內(nèi)容3.1 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)

33、據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得，25時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為 粘度為 表面張力為 so2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 dl=1.72410-9m2/s=6.20610-6m2/h3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：混合氣體的平均密度為： 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得，25時空氣的粘度為：查手冊得so2在空氣中的擴(kuò)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25時，so2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 如圖3-1所示:圖3-1物料衡算圖示意圖全塔物料衡算是一個定態(tài)操作逆流接觸的吸收塔，圖中各符號的意義如下： 惰性氣體的流量，

34、; 純吸收劑的流量，; ,進(jìn)出吸收塔氣體的摩爾比; ,出進(jìn)吸收塔液體中溶質(zhì)物質(zhì)量的比；注意：本課程設(shè)計中塔底截面一律以下標(biāo)“1”表示，塔頂截面一律以下標(biāo)“2”表示。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：由設(shè)計任務(wù)知改吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算，即： 對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：帶入數(shù)值，得：取實際液氣比為最小液氣比的1.4倍，即：有： 得：由，求得吸收液出他濃度為：3.3 操作線方程依操作線方程,得： ，即 3.4 填料塔的工藝尺寸的計算3.4.1 空塔氣速的確定通常由泛點(diǎn)氣速來確定空塔操作氣速。

35、泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速的上限，填料塔的操作氣速必須小于泛點(diǎn)氣速，操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之比稱為泛點(diǎn)率。 填料的泛點(diǎn)氣速可由eckert通用關(guān)聯(lián)圖查得，氣相質(zhì)量流量為： 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即： 采用eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計算泛點(diǎn)氣速。通用填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖如下：圖3-2填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖圖中：u0空塔氣速，m /s； 濕填料因子，簡稱填料因子，1 /m； 水的密度和液體的密度之比； g重力加速度，m /s2； 分別為氣體和液體的密度，kg /m3； 分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg /s。 此圖適用于亂堆的顆粒形填料，如拉西環(huán)、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鮑

36、爾環(huán)等，其上還繪制了整砌拉西環(huán)和弦柵填料兩種規(guī)整填料的泛點(diǎn)曲線。對于其他填料，尚無可靠的填料因子數(shù)據(jù)。eckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為： 查圖3-2查得縱坐標(biāo)值為： 表3-1 散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值填料類型填料因子，1/mdn16dn25dn38dn50dn76金屬鮑爾環(huán)410117160金屬環(huán)矩鞍170150135120金屬階梯環(huán)160140塑料鮑爾環(huán)55028018414092塑料階梯環(huán)260170127瓷矩鞍1100550200226瓷拉西環(huán)1300832600410查得：對于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗值為=0.50.85取 由圓整塔徑，取泛點(diǎn)率校核：由于泛點(diǎn)率校核：由于泛點(diǎn)附近流體力

37、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，而對于易起泡的物系可低于40%：（在允許范圍內(nèi)）填料規(guī)格校核（在允許范圍內(nèi)填料規(guī)格校核:階梯環(huán)的徑比要求：8有即符合要求注上式中：泛點(diǎn)氣速，； 空塔氣速；液體密度，；氣體密度，；，氣液相質(zhì)量流量，；g重力加速度，9.81；液體黏度，； -填料因子，1/ m；3.4.1 液體噴淋密度的求法填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計算式為：式中：液體噴淋密度，； 液體噴淋量，； 填料塔直徑，。為使填料能獲得良好的潤濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以表示。最小噴淋密度的校核：

38、求得液體噴淋密度為：所以液體噴淋密度符合要求，即填料塔直徑d=1200mm合理。3.4.2 傳質(zhì)單元高度的計算干填料比表面積為，實際操作中潤濕的填料比表面積為，由于只有在潤濕的填料表面才可能發(fā)生氣、液傳質(zhì)，故值具有實際意義。下面介紹計算的恩田（onda）公式，該公式為： 式中：-單位體積填料層的潤濕面積，；填料的總比表面積，；液體表面張力，； 填料上液體鋪展開的最大表面張力，； -液體通過空塔的截面的質(zhì)量流速，； ， 液體的粘度，； 液體的密度，；g重力加速度，9.81。表3-2常見材質(zhì)的臨界表面張力值材質(zhì)碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯鋼石蠟表面張力, mn /m56617333407520得：氣膜吸

39、收系數(shù)由下式計算：氣膜吸收系數(shù)計算公式：氣體質(zhì)量通量：所以氣膜吸收系數(shù)為：帶入數(shù)值得：液膜傳質(zhì)系數(shù)由下式計算： 式中： 液體的密度，；液體的質(zhì)量流速ms液相的黏度，；g重力加速度，9.81；液體通過空塔截面的質(zhì)量流速，；單位體積填料層的潤濕面積，；溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)， 。代入數(shù)值得:由 表3-3常見填料塔的形狀系數(shù)填料類型球形棒形拉西環(huán)弧鞍開孔環(huán)值0.720.7511.191.45本設(shè)計填料類型為開孔環(huán) 所以,則因為50%需要按下式進(jìn)行校正，即可得：則由3.4.3 傳質(zhì)單元數(shù)的計算解吸因數(shù)為：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：3.4.4填料層高度根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，填料層的設(shè)計高度一般為式中:設(shè)計時的填料高度

40、，m；工藝計算得到的填料層高度，m。設(shè)計取填料層高度為查表四：散裝填料分段高度推薦值填料類型h/dhmax/m拉西環(huán)2.54矩鞍586鮑爾環(huán)5106階梯環(huán)8156環(huán)矩鞍5156對于階梯環(huán)填料，；取，則 計算的填料塔高度為6590,不需要分段3.5 填料層壓降的計算在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)，在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。散裝填料的壓降可采用eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算。計算時，先根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出

41、橫坐值，再根據(jù)操作空塔系數(shù)u及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)值，通過作圖得出交點(diǎn)，讀出過焦點(diǎn)的等壓線數(shù)值，即得到每米填料層降壓值。查表五：散裝填料壓降填料子平均值填料類型填料因子, 1/mdn16dn25dn38dn50dn76金屬鮑爾環(huán)306-11498-金屬環(huán)矩鞍-13893.47136金屬階梯環(huán)-11882-塑料鮑爾環(huán)34323211412562塑料階梯環(huán)-17611689-瓷矩鞍環(huán)700215140160-瓷拉西環(huán)1050576450288-經(jīng)查得，橫坐標(biāo)： 縱坐標(biāo)：查化工過程及設(shè)備設(shè)計手冊得從eckert通用關(guān)聯(lián)圖中可查得 填料塔壓降為： 其他塔內(nèi)件的壓力降很小可以忽略，所以填料層壓降為1

42、400pa。3.6 液體分布器計算3.6.1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)的布液布液均勻性，各布液點(diǎn)上的液相組成的均勻性決定設(shè)計液體分布器主要是確定決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。為使液體分布器具有較好的分布性能，必須合理確定布液孔數(shù)，布液孔數(shù)應(yīng)依所用填料所需的質(zhì)量要求決定。在通常情況下，滿足各種填料質(zhì)量分布要求的適宜噴淋點(diǎn)見下表，在選擇填料的噴淋點(diǎn)密度時應(yīng)該遵循填料的效率越高，所需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律，依所選用的填料，確定單位面積的噴淋點(diǎn)后，在根據(jù)塔的截面積即可求得分布器的布液孔數(shù)。表六：eckert的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦值塔徑,mm分

43、布點(diǎn)密度,點(diǎn)/ m2塔截面d=400330d=750170d1200423.6.2液體分布器簡要設(shè)計3.6.2.1液體分布器的選型該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對較低，故選用槽式液體分布器。3.6.2.2分布點(diǎn)密度計算按eckert建議值，時，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)/m2，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計取噴淋點(diǎn)密度為120點(diǎn)/m2。布液點(diǎn)數(shù)為按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計。設(shè)計結(jié)果為：二級槽共設(shè)七道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為8mm，槽高度為210mm，兩槽中心矩為160mm。分布點(diǎn)采用三角形排列，實際設(shè)計布點(diǎn)數(shù)為n=132點(diǎn)，布液點(diǎn)示意圖如圖所示。3.6.2.3布液計算重力型液體分布器

44、布液能力計算由式中：液體流量，m3/s； 開孔數(shù)目(分布點(diǎn)數(shù)目)； 孔流系數(shù)，通常取0.550.60； 孔徑，m ； 開孔上方的液位高度，m。 取，圖3-3槽式液體分布器二級槽的布液點(diǎn)示意圖 3.7 塔底液體保持管高度的計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 重力加速度，m/s2 值由小孔液體流動雷諾數(shù)決定，可取，因此：取 根據(jù)經(jīng)驗 ，則液位保持管高度為： 3.8其他附屬塔內(nèi)件的選擇本裝置的直徑較小可采用簡單的進(jìn)氣分布裝置，同時排放的凈化氣體中的液相夾帶要求嚴(yán)格，應(yīng)設(shè)除液沫裝置，為防

45、止填料由于氣流過大而是翻，應(yīng)在填料上放置一個篩網(wǎng)裝置，防止填料上浮3.8.1多孔型液體分布器多孔型液體分布器系借助孔口以上的液體層靜壓或泵送壓力使液體通過小孔注入塔內(nèi)。3.8.2直管式多孔分布器根據(jù)直管液量的大小，在直管下方開24排對稱小孔，孔徑與孔數(shù)依液體的流量范圍確定，通常取孔徑26mm,，孔的總面積與及進(jìn)液管截面積大致相等，噴霧角根據(jù)塔徑采用30或45，直管安裝在填料層頂部以上約300mm。此形分布器用于塔徑600800mm，對液體的均布要求不高的場合。根據(jù)要求，也可以采用環(huán)形管式多孔分布器。3.8.3排管式多孔分布器支管上孔徑一般為35mm，孔數(shù)依噴淋點(diǎn)要求決定。支管排數(shù)、管心距及孔心

46、距依塔徑和液體負(fù)荷調(diào)整。一般每根支管上可開13排小孔，孔中心線與垂直線的夾角可取15、22.5、30或45等，取決于液流達(dá)到填料表面時的均布狀況。主管與支管直徑由送液推動力決定，如用液柱靜壓送液，中間垂直管和水平主管內(nèi)的流速為0.20.3m/s，支管流速取為0.150.2m/s；采用泵送液則流速可提高。3.8.4填料支撐板填料支撐板用于支撐塔填料及其所特有的氣體、液體的質(zhì)量，同時起著氣液流道及其體均布作用。故要求支撐板上氣液流動阻力太大，將影響塔的穩(wěn)定操作甚至引起塔的液泛。支撐板大體分為兩類，一類為氣液逆流通過的平板支撐板，板上有篩孔或為柵板式；另一類斯氣體噴射型，可分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支撐板和梁式氣體噴射型支撐板。平板型支撐板結(jié)構(gòu)簡單，但自由截面分率小，且因氣液流同時通過板上篩孔或柵縫，故板上存在液位頭。氣體噴射性支撐板氣液分道，即有利于氣體的均勻分配，又避免了液體在板上聚集。梁式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，裝卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允許氣液負(fù)荷較大，其應(yīng)用日益受到重視。當(dāng)塔內(nèi)氣液負(fù)荷較大或負(fù)荷波動較大時，塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動或相互撞擊，破壞塔的正常操作甚至損壞填料，為此，一般在填料層頂部設(shè)壓板或床層限制板。3.8.5填料壓板與床層限制板填料壓板系藉自身質(zhì)