化工原理課程設(shè)計_水吸收氨氣en(2)

1、 摘 要吸收操作是在化工中一項重要的分離方法，本次設(shè)計遵循設(shè)計書上的要求，采用水吸收空氣中的少量氨氣，以除去空氣中的氨氣。用水吸收氨氣為提高傳質(zhì)效率，采用的是逆流吸收的方法。本設(shè)計采用的是填料塔，塔高14.6米，塔徑1米。工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，具有通量大，阻力小，傳質(zhì)效率高等優(yōu)點，可以達到較好的分離效果。關(guān)鍵詞： 水 填料塔 吸收 氨氣 2吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計28第一章 緒 論1.1吸收技術(shù)概況氣體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

2、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)備的發(fā)展對于吸收過程，能夠完成分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種，如何從眾多的塔設(shè)備中選擇合適類型是進行工藝設(shè)計的首要

3、任務(wù)。而進行這一項工作則需對吸收過程進行充分的研究后，并經(jīng)多方面對比方能得到滿意的結(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，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，便于安裝、操作和維修等。但是吸收過程，一般具有液氣比大的特點，因而更適用填料塔。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。近年來隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模的吸收設(shè)備已經(jīng)廣泛用于實際生產(chǎn)當(dāng)中。具有了很高的吸收效率，以及在節(jié)能方面也日趨完善。填料塔的工藝設(shè)計內(nèi)容是在明確了裝置的處理量，操作溫

4、度及操作壓力及相應(yīng)的相平衡關(guān)系的條件下，完成填料塔的工藝尺寸及其他塔內(nèi)件設(shè)計。在今后的化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)中，對吸收設(shè)備的要求及效率將會有更高的要求，所以日益完善的吸收設(shè)備會逐漸應(yīng)用于實際的工業(yè)生產(chǎn)中。1.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.3.1吸收的應(yīng)用概況吸收操作廣泛地用于氣體混合物的分離，其在工業(yè)上的具體應(yīng)用大致有以下幾種：（1）原料氣的凈化。為出去原料氣中所含的雜質(zhì)，吸收可說是最常見的方法。就雜質(zhì)的濃度來說，多數(shù)很底，但因為危害大而仍要求高的凈化率。例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳，用丙酮脫除裂解氣中的乙炔等。（2）有用組分的回收。如從合成氨廠的放空氣中用水回收氨；從焦?fàn)t煤氣中以洗油回收

5、粗苯（包括苯、甲苯、二甲苯等）蒸氣和從某寫干燥廢氣中回收有機溶劑蒸氣等。（3）某些產(chǎn)品的制取。將氣體中需用的成分以指定的溶劑吸收出來，成為溶液態(tài)的產(chǎn)或半成品。如制酸工業(yè)中從含鹽酸、氮氧化物、三氧化硫的氣體制取鹽酸、硝酸、硫酸；在甲醇|（乙醇）蒸氣經(jīng)氧化后，用水吸收以制成甲醛（乙醛）半成品等。（4）廢氣的治理。很多工業(yè)廢氣中含有二氧化硫、氮氧化物（主要是一氧化氮及二氧化氮）、汞蒸氣等有害成分雖然濃度一般很底，但對人體和環(huán)境的危害甚大而必須進行治理。這類環(huán)境保護問題在我國已愈來愈受重視。選擇適當(dāng)?shù)墓に嚭腿軇┻M行吸收，是廢氣治理中應(yīng)用教廣的方法。 當(dāng)然，以上目的有時也難于截然分開，如干燥廢氣中的有機

6、溶劑，能回收下來就很有價值，任其排放則會然大氣。1.3.2典型吸收過程煤氣脫苯為例:在煉焦及制取城市煤氣的生產(chǎn)過程中，焦?fàn)t煤氣內(nèi)含有少量的苯、甲苯類低碳氫化合物的蒸汽（約35）應(yīng)予以分離回收，所用的吸收溶劑為該工業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，即焦煤油的精制品稱為洗油?；厥毡较滴镔|(zhì)的流程包括吸收和解吸兩個大部分。含苯煤氣在常溫下由底部進入吸收塔，洗油從塔頂淋入，塔內(nèi)裝有木柵等填充物。在煤氣與洗油接觸過程中，煤氣中的苯蒸汽溶解于洗油，使塔頂離去的煤氣苯含量降至某允許值(<)，而溶有較多苯系物質(zhì)的洗油1 (稱富油)由吸收塔底排出。為取出富油中的苯并使洗油能夠再次使用(稱溶劑的再生)，在另一個稱為解吸塔

7、的設(shè)備中進行與吸收相反的操作-解吸。為此，可先將富油預(yù)熱到170左右由解吸塔頂淋下，塔底通入過熱水蒸氣。洗油中的苯在高溫下逸出而被水蒸氣帶走，經(jīng)冷凝分層將水除去，最終可得苯類液體（粗苯），而脫除溶質(zhì)的洗油（稱貧油）經(jīng)冷卻后可作為吸收溶劑再次送入吸收塔循環(huán)使用. 第二章 設(shè)計方案2.1吸收劑的選擇    吸收劑又叫溶劑，吸收過程是依靠氣體在吸收劑中的溶解來實現(xiàn)的，因此，選擇良好的吸收劑是吸收過程的重要一環(huán)選擇吸收劑的基本要求:    1. 吸收劑應(yīng)具有較大溶解度，以提高吸收速率減少吸收劑用量，降低輸送與再生的能耗。  

8、;  2. 選擇性好，吸收劑對混合氣體的溶質(zhì)要有良好的吸收能力，而對其它組分不吸收或吸收甚微。以提高吸收速率，減小吸收劑用量。     3. 操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，以為離開吸收設(shè)備的氣體往往被吸收劑所飽和，吸收劑的揮發(fā)度愈大，則在吸收和再生過程中吸收劑損失愈大。    4. 粘度要低，以利于傳質(zhì)與輸送；有利于氣液接觸，提高吸收速率。    5. 具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，以減少吸收劑的降解和變質(zhì)，尤其在使用化學(xué)吸收劑時。  

9、;  6. 其它，所選用的吸收劑還應(yīng)滿足無毒性，無腐蝕性，不易燃易爆，不發(fā)泡，冰點低，廉價易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。2.2吸收操作參數(shù)的選擇  吸收塔的操作參數(shù)主要指操作壓力和操作溫度2.2.1 操作壓力的選擇 吸收壓力高     優(yōu)點: 提高吸收過程的推動力,減少了氣體的體積流量,可以減小塔徑;     缺點: 降低了吸收劑的選擇性; 吸收塔的造價可能升高.     吸收壓力低則相反.    

10、一般應(yīng)該從過程的經(jīng)濟性角度出發(fā),必須兼顧吸收和解吸以及整個工藝的操作條件,選擇合適的操作壓力.2.2.2 吸收溫度的選擇  對于物理吸收     吸收溫度低:    優(yōu)點 溶質(zhì)的溶解度增大,減少溶劑用量, 推動力增大,降低塔高度,減輕解吸塔的負荷.    缺點 低于常溫的操作會增加操作費用.  對于化學(xué)吸收     吸收溫度高     優(yōu)點 化學(xué)反應(yīng)速度快;  

11、60;  缺點 傳質(zhì)推動力降低.     一般情況下,常溫下的吸收和解吸操作,過程的操作費用最低2.3 填料的選擇 2.3.1 填料層填料塔內(nèi)充以某種特定形狀的固體填料以構(gòu)成填料層。填料層是塔實現(xiàn)氣、液接觸的主要部位。填料的主要作用是：填料層內(nèi)空隙體積所占比例很大，填料間隙形成不規(guī)則的彎曲通道，氣體通過時可達到很高的湍動程度；單位體積填料層內(nèi)提供很大的固體表面，液體分布于填料表面呈膜狀流下，增大了氣、液之間的接觸面積。填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費用最低。2.3.2

12、填料種類的選擇填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選擇填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費用較低。填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]以下幾個方面：(1)傳質(zhì)效率要高 一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料(2)通量要大 在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料(3)填料層的壓降要低(4)填料抗污堵性能強，拆裝、檢修方便2.3.3 填料規(guī)格的選擇填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。（1）散裝填料規(guī)格的選擇 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，

13、但阻力增加，通量減少，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應(yīng)大于8。（2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也明顯增加。選用時應(yīng)從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術(shù)要求，又具有經(jīng)濟合理性。應(yīng)予指

14、出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。設(shè)計時應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟統(tǒng)一的原則來選擇填料的規(guī)格。2.3.4 填料材質(zhì)的選擇填料的類型1拉西環(huán)填料優(yōu)點：易于制造，價格低廉，且對它的研究較為充分，所以在過去較長的時間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。缺點：由于高徑比大，堆積時填料間易形成線接觸，因此液體在填料層流動時，常存在嚴重的溝流和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面潤濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高 2階梯環(huán)填料（Stair ring）填料的階梯環(huán)結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上

15、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。 3鮑爾環(huán)填料在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的鮑爾環(huán)是在的側(cè)壁上開一層或兩層長方形小孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而是形成向內(nèi)彎的葉片。同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同的比表面積和空隙率，但鮑爾環(huán)在其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通，使環(huán)內(nèi)壁面充分利用。比之拉西環(huán)，

16、鮑爾環(huán)不僅具有較大的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且分離效率較高，溝流現(xiàn)象也大大降低。鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣泛?？捎商沾?、金屬或塑料制成。 金屬英特洛克斯（Intalox）填料將環(huán)形結(jié)構(gòu)與鞍形結(jié)構(gòu)的特點集于一體而形成的一種獨特結(jié)構(gòu)的填料，具有生產(chǎn)能力大、壓降低、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高及操作彈性大等優(yōu)良性能，因而獲得廣泛應(yīng)用，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢更為顯著。網(wǎng)體填料（Wire gauze packings）上述幾種形式的填料屬實體填料，與之對應(yīng)的另一類金屬絲網(wǎng)制成的填料稱為網(wǎng)體填料。網(wǎng)體填料也有多種形式，如網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。優(yōu)點：因網(wǎng)絲細密，填料的空隙很高，比表面積很大。由于

17、毛細管作用，填料表面潤濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣體阻力小，傳質(zhì)速率高。缺點：造價很高，故多用于實驗室中難分離物系的分離。 規(guī)整填料規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。使用時根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。優(yōu)點：空隙大，故生產(chǎn)能力大，壓降小，且因流道規(guī)則，所以只要液體初始分布均勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填料幾乎無放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。缺點：造價較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難分離或分離要求很高的情況。 24 液體分布裝置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。噴頭式分布器如圖4-16（a）所示。

18、液體由半球形噴頭的小孔噴出，小孔直徑為310mm，作同心圈排列，噴灑角 80°，直徑為(1/31/5)D。這種分布器結(jié)構(gòu)簡單，只適用于直徑小于600mm的塔中。因小孔容易堵塞，一般應(yīng)用較少。盤式分布器有盤式篩孔型分布器、盤式溢流管式分布器等形式。如圖3-16（b）、（c）所示。液體加至分布盤上，經(jīng)篩孔或溢流管流下。分布盤直徑為塔徑的0.60.8倍，此種分布器用于D<800mm的塔中。管式分布器由不同結(jié)構(gòu)形式的開孔管制成。其突出的特點是結(jié)構(gòu)簡單，供氣體流過的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，彈性一般較小。管式液體分布器使用十分廣泛，多用于中等以下液體負荷的填料塔中。在減壓精餾及絲

19、網(wǎng)波紋填料塔中，由于液體負荷較小故常用之。管式分布器有排管式、環(huán)管式等不同形狀，如圖片3-16（d）、（e）所示。根據(jù)液體負荷情況，可做成單排或雙排。槽式液體分布器通常是由分流槽（又稱主槽或一級槽）、分布槽（又稱副槽或二級槽）構(gòu)成的。一級槽通過槽底開孔將液體初分成若干流股，分別加入其下方的液體分布槽。分布槽的槽底（或槽壁）上設(shè)有孔道（或?qū)Ч埽?，將液體均勻分布于填料層上。如圖片3-16（f）所示。槽式液體分布器具有較大的操作彈性和極好的抗污堵性，特別適合于大氣液負荷及含有固體懸浮物、粘度大的液體的分離場合。由于槽式分布器具有優(yōu)良的分布性能和抗污堵性能，應(yīng)用范圍非常廣泛。槽盤式分布器是近年來開發(fā)的

20、新型液體分布器，它將槽式及盤式分布器的優(yōu)點有機地結(jié)合一體，兼有集液、分液及分氣三種作用，結(jié)構(gòu)緊湊，操作彈性高達10:1。氣液分布均勻，阻力較小，特別適用于易發(fā)生夾帶、易堵塞的場合。槽盤式液體分布器的結(jié)構(gòu)如圖片3-16（g）所示。2.5 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法，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。（一）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)后的吸收劑進入再生塔并減壓，使得溶如吸收劑中的溶質(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

21、于常壓條件下進行，若采用減壓再生，那么解吸操作需在真空條件下進行，則過程可能不夠經(jīng)濟。（二）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解吸溫度，因而，該方法最適用于常溫吸收或在接近于于常溫的吸收操作，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。一般采用水蒸汽作為加熱介質(zhì)，加熱方法可以依據(jù)具體情況采用直接蒸汽加熱或采用緝間接蒸汽加熱。第三章 吸收塔的工藝計算23.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.1液相物性數(shù)據(jù) 3.1.2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

22、 空氣黏度： 273K，101.3Kpa.氨氣在空氣中擴散系數(shù)： 3.2 物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成20，101.3Kpa下氨氣在水中的溶解度系數(shù) 進塔氣相摩爾比：出塔氣相摩爾比：對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成：混合氣體流量 ： kmol/h進塔惰性氣體流量： kmol/h吸收過程屬于底濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小氣液比可按下式計算： 取操作氣掖比為最小氣液比的2倍，可得吸收劑用量為： 根據(jù)全塔物料衡算式:液氣比 ： 3.3塔徑的計算3.3.1塔徑的計算考慮到填料塔內(nèi)塔的壓力降,塔的操作壓力為101.3采用貝恩-霍夫泛點關(guān)聯(lián)式: 取泛點率為0.7. 即 圓整后取 3.3.2泛

23、點率校核 在(50%-80%)之間,所以符合要求.3.3.3填料規(guī)格校核根據(jù)要求應(yīng)選擇環(huán)形填料中的塑料階梯環(huán).由于所選用的塔徑為10000,又根據(jù)填料與塔徑的對應(yīng)關(guān)系及實際操作要求,區(qū)尺寸為50的塑料階梯環(huán),此填料規(guī)格如下:公稱直徑:50 孔隙率:0.915比表面積a:121.8 填料因子:89 填料常數(shù)A:0.204所以有,即符合要求.見下圖：3-13.3.4液體噴淋密度校核最小的噴淋密度 故滿足最小噴淋密度的要求.3.4填料層高度計算3.4.1傳質(zhì)單元高度計算273K，101.3kpa下，氨氣在空氣中的擴散系數(shù).由,則293K，101.3kpa下，氨氣在空氣中的擴散系數(shù)293K，101.3

24、kpa下，氨氣在水中的擴散系數(shù) (查化工原理附錄)脫吸因數(shù)為：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： = =11.065氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：液體質(zhì)量通量為：氣體質(zhì)量通量為：故 =0.2432氣膜吸收系數(shù)：故 =0.09042液膜吸收系數(shù)查表得=1.45 故=0.090420.2432121.8=4.031=0.64320.2432121.8=22.11 0.556>0.5以下公式為修正計算公式： 則 （H為溶解度系數(shù)）； = =4.489由 = =0.553m3.4.2填料層高度的計算由 取上下活動系數(shù)為1.5故 故取填料層高度為10m.查化工原理課程設(shè)計120頁表4-24散裝填料

25、分段高度推薦值查得：塑料階梯環(huán) h/d815 取h/d=10 得 h=101=10m故 填料層需要分兩段，分別高度為5米。3.5 填料層壓降的計算 填料層壓降:氣體通過填料層的壓降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計算,其中橫坐標(biāo)為：=0.0474查得縱坐標(biāo)為 =0.0436查圖得3-2 Eckert圖填料層壓力降 第四章 塔附屬設(shè)備工藝計算34.1 塔附屬高度的計算取塔上部空間高度可取1.5m,塔底液相停留時間按5min考慮,則塔釜所占空間高度為考慮到氣相接管所占的空間高度,底部空間高度可取2.5m,所以塔的附屬高度可以取4.0m.填料層在中間高度取0.6m.所以塔高為 4.2 液體初始分布器和再分布器

26、的選擇與計算4.2.1 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填料塔效率影響很大，分布器的設(shè)計不當(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

27、；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)依據(jù)所用填料所需的質(zhì)量分布要求決定，噴淋點密度應(yīng)遵循填料的效率越高所需的噴淋點密度越大這一

28、規(guī)律。分布點密度計算：按Eckert建議值，D750時，噴淋點密度為170點m2，所以設(shè)計取噴淋點密度為170點m2?？偛家嚎讛?shù) 。取布液孔數(shù)為：134點布液計算： 由 取 =0.60 ，H=0.2 m取 由計算得，設(shè)計布液點數(shù)為134點，直徑為4 mm4.2.2 液體再分布器液體在亂堆填料層內(nèi)向下流動時，有一種逐漸向塔壁流動的趨勢，即壁流現(xiàn)象。為提高塔的傳質(zhì)效果，當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過某一數(shù)值時，填料層需分段。為改善壁流造成的液體分布不均，在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集來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。在填料層中每隔一定高度應(yīng)設(shè)置一液體再分布器。在通常情況

29、下，一般將液體收集器與液體分布器同時使用，構(gòu)成液體收集及再分布裝置。液體收集器的作用是將上層填料流下的液體收集，然后送至液體分布器進行液體再分布。液體收集再分布器的種類很多，大體上可分為兩類：一類是液體收集器與液體再分布器各自獨立，分別承擔(dān)液體收集和再分布的任務(wù)。另一類是集液體收集和再分布功能于一體而制成的液體收集和再分布器。液體再分布器有與百葉窗式集液器配合使用的管式或槽盤式液體再分布器、多孔盤式再分布器和截錐式液體再分布器。最簡單的液體再分布裝置為截錐式再分布器，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，一般多用于直徑小于0.6m的填料塔中，以克服壁流作用對傳質(zhì)效率的影響。 由于此次設(shè)計填料層高度為8m需分段

30、，根據(jù)實際情況選取多孔盤式液體再分布器。為防止上一填料層來的液體直接流入升氣管，應(yīng)于升氣管上設(shè)蓋帽。4.2.3 塔底液體保持管高度塔底液體保持管高度可以根據(jù)液體的流率及布液孔的直徑選定。由化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計匡國柱 史啟才編 北京化學(xué)工藝出版社 P277式（6-65）可知：塔底液位保持管高度與所需的布液孔直徑兩者之間的關(guān)系如下 布液孔直徑為4mm,液體保持管高度為 =0.0825mk為孔流系數(shù)，其值由小孔液體流動雷諾數(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,使各項參數(shù)均在一定范圍。對于重力式排管液體分布器，液位保持管的高度由液體最大

31、流率下的最高液位決定，一般取最高液位的1.12-1.15倍。故液體保持管高度為4.3 其它附屬塔內(nèi)件的選擇 填料塔的內(nèi)件主要有填料支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等，還有封頭、管法蘭、筒體等。合理地選擇和設(shè)計塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。4.3.1 填料支撐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，同時保證氣液兩相順利通過。支承若設(shè)計不當(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，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

32、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。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。（2） 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

33、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。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。（3） 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）；（4） 結(jié)構(gòu)簡單，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形和駝峰形及各種具有氣升管結(jié)構(gòu)的支承板。由設(shè)計條件，本次設(shè)計中選用柵板形支承板。4.3.2填料壓緊裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動，保持操作中填料床層為一恒定的固定床，從而必須保持均勻一致的空隙結(jié)構(gòu)，使操作正常、穩(wěn)定，故需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置。

34、 填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。對于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定；對于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設(shè)計中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于70。 填料壓板自由放置于填料層上端，靠自身重量將填料壓緊，它適用于陶瓷、石墨制成的散裝填料。它的作用是在高氣速（高壓降）和負荷突然波動時，阻止填料產(chǎn)生相對運動，從而避免填料松動、破損。由于填料易碎，當(dāng)碎屑淤積在床層填料的空隙間，使填料層的空隙率下降時，填料壓板可隨填料層一起下落，緊緊壓住填料而不會形成填料的松動、降低填料塔

35、的生產(chǎn)能力及分離效率。 床層限制板用于金屬散裝填料、塑料散裝填料及所有規(guī)整填料。它的作用是防止高氣速高壓降或塔的操作突然波動時填料向上移動而造成填料層出現(xiàn)空洞，使傳質(zhì)效率下降。由于金屬及塑料填料不易破碎，且有彈性，在裝填正確時不會使填料下沉，故床層限制板要固定在塔壁上。 為了便于安裝和檢修，填料壓緊裝置不能與塔壁采用連續(xù)固定方式，對于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。本次設(shè)計的填料塔采用押金網(wǎng)板，設(shè)置自由截面積為85%。采用支耳固定。4.3.3 氣體的進出口裝置填料塔的氣體進口裝置盡量使氣體分散均勻，同時還能防止塔內(nèi)下流的液體流入氣體管路中。常用的辦法是使進氣管伸至塔的中心線位置,管

36、端為向下的45o切口或向下的缺口。這樣氣體從切口或缺口處折轉(zhuǎn)向上。由于這種進氣管不能使氣體分布均勻，所以只能用于直徑在500以下的塔中。對于直徑較大的塔，進氣管的末端為向下的喇叭口，對于直徑更大的塔，則應(yīng)采取氣體均布措施。氣體的出口裝置既要保證氣流暢通，又要能除去被氣體夾帶的液體液霧。目前常用的除霧裝置有折板除霧器和絲網(wǎng)除霧器。折板除霧器，這種裝置較簡單，除霧效果較好。絲網(wǎng)除霧器，這種裝置效率高，可除去直徑大于5um的液滴。4.3.4 液體的出口裝置填料塔的出口裝置既能使液體通暢引（排）出外，還要保證形成對塔內(nèi)氣體的液封，并能防止液體夾帶氣體。常用的液體出口裝置可采用水封。本設(shè)計中塔內(nèi)外壓差較

37、大時，可采用倒U形管密封裝置。4.3.5 除沫裝置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。根據(jù)本吸收特點及要求，本吸收操

38、作選用金屬絲網(wǎng)除沫器。4.4 吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計算吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)主要包括氣體通過填料塔的壓力降、泛點率、氣體動能因子等，此外，還應(yīng)了解塔內(nèi)液體和氣體的分布狀況。4.4.1 吸收塔的壓力降 由4.5.2離心泵的選擇計算全塔壓降4.4.2 吸收塔的泛點率填料塔的泛點率是指塔內(nèi)操作氣速與泛點氣速的比值。操作氣速是指操作條件的空塔氣速，泛點氣速采用貝恩霍根關(guān)系式計算。盡管近年來，有些研究者認為填料塔在泛點附近操作時，仍具有較高的傳質(zhì)效率，但由于泛點附近流體力學(xué)性能的不穩(wěn)定性，一般較難穩(wěn)定操作，故一般要求泛點在之內(nèi)，而對于易起泡的物系可低至。吸收塔操作氣速為1.741m/s ，泛點氣速為3.1

39、29m/s 所以泛點率為對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為：=0.50.85所以符合。4.4.3氣體動能因子氣體動能因子是操作氣速與氣相密度平方根的乘積，簡稱F因子，其定義為故吸收塔內(nèi)氣體動能因子為 氣能因子在常用的范圍內(nèi)。從以上的各項指標(biāo)分析，該吸收塔的設(shè)計合理，可以滿足吸收操作的工藝要求。4.5 其他附屬設(shè)備的計算與選擇44.5.1 吸收塔的主要接管尺寸的計算 1、氣體進料管 由于常壓下塔氣體進出口管氣速可取1020，故若取氣體進出口流速近似為16m/s，則由公式可求得氣體進出口內(nèi)徑為 采用直管進料，由化工原理第三版 王志魁主編 化學(xué)工業(yè)出版社P381查得選擇熱軋無縫鋼管，則 （在符合范圍內(nèi)

40、）氣體進出口壓降: 進口：出口： 2、液體進料管 由于常壓下塔液體進出口管速可取，故若取液體進出口流速近似為2.6m/s，則由公式可求得液體進出口內(nèi)徑為 采用直管進料，由化工原理第三版 王志魁主編 化學(xué)工業(yè)出版社P381查得選擇熱軋無縫鋼管，則 （在符合范圍內(nèi)）4.5.2 離心泵的計算與選擇 計算過程如下： 管內(nèi)液體流速： 則雷諾數(shù)局部阻力損失：三個標(biāo)準截止閥全開 ; 三個標(biāo)準90°彎頭 ；管路總壓頭損失 填料塔壓降： 其它阻力壓降較小可忽略。揚程 流量 查 王志魁 編化工原理P382附表二十二 ，選型號IS50-32-250泵合適，該泵揚程20米，流量12.5立方米/小時，轉(zhuǎn)速29

41、00轉(zhuǎn)/分鐘。結(jié)論表吸收塔的吸收劑用量計算總表意義及符號結(jié)果混合氣體處理量G4920m3/h氣液相平衡常數(shù)m1.277進塔氣相摩爾分率y10.0363出塔氣相摩爾分率y20.00007254進塔液相摩爾分率x10.0160最小液氣比（L/V）min0.753混合氣體平均摩爾質(zhì)量M28.58g/mol混合氣體的密度1.188kg/m3混合氣體的粘度0.0181mPa.s吸收劑用量L 446.123kmol/h表塔設(shè)備計算總表意義及符號結(jié)果塔徑D1 m塔高H 14.6 m填料層高Z10 m填料塔上部高度h1 1.5 m填料塔下部高度2.5 m氣相總傳質(zhì)單元高度 0.345 m氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 11.065 m布液孔數(shù)n 48 個泛點氣速 3.129 m/s泛點率f 0.556表填料