水吸收二氧化硫填料塔的設(shè)計

1、化 工 原 理 課 程 設(shè) 計題目 水吸收二氧化硫填料塔的設(shè)計 教 學 院 化工與材料工程學院 專業(yè)班級 化工 1001 學生姓名 學生學號 指導教師 2012年 11月30 日 課程設(shè)計任務(wù)書1、設(shè)計題目：處理量為3300m3/h水吸收二氧化硫過程填料吸收塔的設(shè)計；礦石焙燒爐送出的氣體冷卻到20后送入填料塔中，用20清水洗滌洗滌除去其中的SO2。入塔的爐氣流量為3300m3/h，其中進塔SO2的摩爾分率為0.05，要求SO2的吸收率為95。吸收塔為常壓操作，因該過程液氣比很大，吸收溫度基本不變，可近似取為清水的溫度。吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。2、工藝操作條件：（1）操作平均壓力 常壓

2、（2）操作溫度 t=20 （3）選用填料類型及規(guī)格自選。3、設(shè)計任務(wù)：完成干燥器的工藝設(shè)計與計算，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計和選型，繪制吸收系統(tǒng)的工藝流程圖和吸收塔的工藝條件圖，編寫設(shè)計說明書?；ぴ斫萄惺?2012年11月4目錄第1章 緒論11.1吸收技術(shù)概況11.2吸收設(shè)備的發(fā)展11.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用2第2章 設(shè)計方案22.1吸收劑的選擇42.2吸收流程的選擇42.2.1吸收工藝流程的確定42.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇42.3.1吸收塔的設(shè)備選擇42.3.2填料的選擇52.4吸收劑再生方法的選擇62.5操作參數(shù)的選擇7第3章 吸收塔的工藝計算93.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)93.1.1液相物性數(shù)據(jù)9

3、3.1.2氣相物性數(shù)據(jù)93.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)93.2物料衡算103.3填料塔的工藝尺寸的計算113.3.1塔徑的計算113.3.2泛點率校核113.3.3填料規(guī)格校核:113.3.4液體噴淋密度校核113.4填料塔填料高度計算123.4.1傳質(zhì)單元高度計算123.4.2傳質(zhì)單元數(shù)的計算143.5填料塔附屬高度計算143.6 液體分布器計算15 3.6.1 液體分布器153.6.2布液孔數(shù)173.6.3 液體保持管高度173.7其他附屬塔內(nèi)件的選擇173.7.1填料支承板173.7.2除沫器（除霧器）173.7.3管口結(jié)構(gòu)183.8吸收塔的流體力學參數(shù)的計算193.8.1吸收塔的壓力降193

4、.8.2吸收塔的泛點率203.8.3氣體動能因子203.9附屬設(shè)備的計算與選擇20 3.9.1離心泵的選擇與計算20 3.9.2吸收塔的主要接管尺寸的計算21 工藝設(shè)計主要符號說明22評述與討論24 結(jié)束語25參考文獻26摘 要吸收是分離氣體混合物的單元操作，其分離原理是利用氣體混合物中各組分在液體溶劑中溶解度的差異來實現(xiàn)不同氣體的分離。一個完整的吸收過程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分。氣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。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

5、過程。本次化工原理課程設(shè)計的目的是根據(jù)設(shè)計要求采用填料吸收塔的方法處理含有二氧化硫的混合物，使其達到排放標準，采用填料吸收塔吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液傳質(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收易于進行，填料塔有通量大，阻力小，壓降低，操作彈性大，塔內(nèi)持液量小，耐腐蝕，結(jié)構(gòu)簡單，分離效率高等優(yōu)點，從而使吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。在設(shè)計中,以水吸收混合氣中的二氧化硫，在給定的操作條件下對填料吸收塔進行物料衡算。本次設(shè)計包括設(shè)計方案的選取、主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算-物料衡算、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算、工藝流程圖、主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。第1章 緒論1.1吸收技術(shù)概

6、況 在化學工業(yè)中，經(jīng)常需將氣體混合物中的個各組分加以分離。氣體的吸收是用適當?shù)囊后w吸收劑與氣體混合物接觸，吸收器氣體混合物中一個或幾個組分，使其中的各組分得以分離的一種操作。在化工生產(chǎn)中，它主要用于原料氣的凈化、有用組分的回收。制取氣體的溶液作為成品，以及廢氣的治理等方面，因此吸收操作是一種重要的分離方法，在化學工業(yè)中應(yīng)用相當普遍。 吸收操作利用氣體混合物各組分在某種溶劑中溶解度不同而達到分離的目的。氣體吸收是物質(zhì)自氣相到液相的轉(zhuǎn)移，這是一種傳質(zhì)過程?；旌蠚怏w中某一組分能否進入液相，既取決于氣相中該組分的分壓，也取決于溶液里該組分的平衡蒸氣壓。如果混合氣體中該氣體的分壓大于溶液中該組分的平衡蒸

7、氣壓，這個組分便可自氣相轉(zhuǎn)移到液相，即被吸收。轉(zhuǎn)移的結(jié)果，溶液里這個組分的濃度便升高，它的平衡蒸汽壓也隨著升高，到最后，可以升高到等于它的氣相中的分壓，傳質(zhì)過程于是停止，這時稱為氣液兩相達到平衡。根據(jù)兩相的平衡關(guān)系可以判斷傳質(zhì)過程的方向與極限。另外，傳質(zhì)速率與推動力成正比，與阻力成反比，兩相的濃度距離平衡濃度越大，則傳質(zhì)的推動力越大，傳質(zhì)速率與越大。吸收技術(shù)是從氣液兩相的平衡關(guān)系與傳質(zhì)速率關(guān)系著手，利用氣體混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同的基本原理，最終實現(xiàn)各組分分離的目的。1.2吸收設(shè)備的發(fā)展 吸收設(shè)備有多種類型，如填料塔、板式塔、噴灑塔和鼓泡塔等。最常用的有填料塔與板式塔。填

8、料塔中裝有諸如瓷環(huán)之類的填料；氣液接觸在填料中進行。板式塔中裝有篩孔塔板，氣液亮相在塔板上鼓泡進行接觸。 工業(yè)模型的填料塔始于1881年的蒸餾操作中，1904年采用于煉油工業(yè)，當時的填料是碎磚瓦、小石塊和管子縮節(jié)等。20世紀初，填料塔進入了一個新的發(fā)展階段。在瓷環(huán)填料亦稱拉西環(huán)填料被廣泛采用后，弧鞍形填料相繼問世，特別是出現(xiàn)了斯特曼填料后，便大大的促進了規(guī)整填料的發(fā)展，除了各種填料大大涌現(xiàn)外，還發(fā)展了多管塔、乳化塔等被成為高效填料塔的新塔型。從20世紀60年代起新型填料有了較多的發(fā)展，屬于顆粒型填料的有: 海佐涅爾填料、階梯環(huán)填料、多角螺旋填料、金屬鞍環(huán)填料、比阿雷茨基環(huán)、萊瓦填料以及它們的改

9、進形式。屬于規(guī)整填料的有：蘇采爾填料、重疊式絲網(wǎng)波紋板填料、重疊式金屬波形板填料、格里希柵格填料、格子填料、拉伸金屬網(wǎng)填料、塑料蜂窩填料、Z形格子填料、Perform噴射式填料和脈沖填料等。同時，還創(chuàng)建了使小球浮動來強化傳質(zhì)的湍球塔。進入20世紀70年代后，至于新型填料的研究，希望找到有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的填料。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。在今后的化學工業(yè)的生產(chǎn)中，對

10、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 吸收在工業(yè)上的應(yīng)用大致有以下幾種：（1） 原料氣的凈化 為除去原料氣中所有的雜質(zhì)，吸收可說是最常用的方法。（2） 有用組分的回收 如從焦爐煤氣中用水回收氨，再用洗油回收粗苯蒸氣（包括苯、甲苯、二甲苯等），以及從某些干燥廢氣中回收有機溶劑蒸氣等。（3） 液體產(chǎn)品的制取 將氣體中需要的成分以指定的溶劑吸收出來，成為溶液態(tài)的成品或半成品。如制酸工業(yè)中含HCL、NOX(氮氧化物)或SO3的氣體制取鹽酸、硝酸或硫酸；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）

11、廢棄的治理 很多工業(yè)廢氣中含有SO2 、NOX （主要是NO 及NO2）、汞蒸氣等有害成分，雖然濃度一般甚低，但對人體和環(huán)境仍危害甚大而必須進行治理。選擇適當?shù)墓に嚭腿軇┻M行吸收，使廢氣治理中應(yīng)用較廣的方法。當然，以上目的有時也難以截然分開，如干燥廢氣中的有機溶劑，能回收下來就很有價值，任其排放則會污染大氣。 第2章 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.(一)對溶質(zhì)的溶解度大所選的吸收劑多溶質(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

12、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。(二)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,而對其他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.(三)不易揮發(fā)吸收劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸氣壓,以避免吸收過程中吸收劑的損失,提高吸收過程的經(jīng)濟性.(四)再生性能好由于在吸收劑再生過程中,一般要對其進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

13、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=以上四個方面是選擇吸收劑時應(yīng)考慮的主要問題,其次,還應(yīng)注意所選擇的吸收劑應(yīng)具有良好的物理、化學性能和經(jīng)濟性.其良好的物理性能主要指吸收劑的粘要小,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.良好的化學性能主要指其具有良好的化學穩(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).吸收劑的經(jīng)濟性主要指應(yīng)盡可能選用廉價易得的溶劑.工業(yè)常用吸收劑溶質(zhì)吸收劑溶質(zhì)吸收劑氨水、硫酸硫化銨堿液、砷堿液、有機溶劑丙酮蒸汽水苯蒸汽煤油、洗油氯化氫水丁二烯乙醇二氧化碳水、堿液、

14、碳酸烯酯二氯乙烯煤油二氧化硫水一氧化碳銅氨液2.2吸收流程的選擇工業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同角度進行分類，從所選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步吸收流程，從所用的塔設(shè)備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程和多塔吸收流程，從塔內(nèi)氣液兩相的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。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，可以從不同角度進行分類，從所選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步吸收流程，從所用的塔設(shè)備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程和多塔吸收流程，從塔

15、內(nèi)氣液兩相的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）一步吸收流程和兩步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，難以用一步吸收達到規(guī)定的吸收要求，但過程的操作費用較高，從經(jīng)濟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。典型的

16、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，當液相噴淋量過小時，將降低填料塔的分離效率，因此當塔的液相負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，改善踏的操作條件。2.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇2.3.1吸收塔的設(shè)備選擇塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計的首要環(huán)節(jié)，選擇時應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件

17、、塔設(shè)備性能、以及塔設(shè)備的制造、安裝、運轉(zhuǎn)和維修等。（一） 與物性有關(guān)的因素：如易起泡的物系，處理量不大時，選填料塔為宜。具有腐蝕性的介質(zhì)，也可選用填料塔。具有熱敏性的物料須減壓操作，可采用裝填規(guī)整的散堆填料。粘性較大的物系，可以選用大尺寸填料。（二） 與操作條件有關(guān)的因素：氣相傳質(zhì)阻力大，宜采用填料塔。大的液體負荷，可選用填料塔。低的液體負荷，不宜采用填料塔。液氣比波動的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔。（三） 其它因素對于吸收過程,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)備中選出合適的類型是進行工藝設(shè)計的首要工作.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)多方案對比方能得到較滿

18、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.但作為吸收過程,一般具有操作液起比大的特點,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,使用填料塔不經(jīng)濟的情況下,以采用板式塔為宜.2.3.2填料的選擇 填料是填料塔中傳質(zhì)元件，它可以有各種不同的分類：如按性能分為通用填料和高效填料；按形狀分為顆粒型填料和規(guī)整填料。填料

19、品種很多，最古老的填料是拉西環(huán)；在國外被認為較為理想的是鮑爾環(huán)，矩鞍填料和波紋填料等工業(yè)填料，現(xiàn)經(jīng)測試驗證，已被推薦為我國今后推廣使用的通用型填料，填料的材質(zhì)可為金屬、陶瓷或塑料。各種填料的結(jié)構(gòu)差異較大，具有不同的優(yōu)缺點，因此在使用上應(yīng)根據(jù)具體情況選擇不同的塔填料。在選擇塔填料時，應(yīng)該考慮如下幾個問題： (1) 選擇填料材質(zhì) 選擇填料材質(zhì)應(yīng)根據(jù)吸收系統(tǒng)的介質(zhì)以及操作溫度而定，一般情況下，可以選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對于腐蝕性介質(zhì)應(yīng)采用相應(yīng)的抗腐蝕性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不銹鋼等，對于溫度較高的情況，應(yīng)考慮材料的耐溫性能。(2) 填料類型的選擇 填料類型的選擇是一個比較復雜的問題。

20、一般來說，同一類填料塔中，比表面積大的填料雖然具有較高的分離效率，但是由于在同樣的處理量下，所需要的塔徑較大，塔體造價升高。(3) 填料尺寸的選擇 實踐表明，填料塔的塔徑與填料直徑的比值應(yīng)保持不低于某一下限值，以防止產(chǎn)生較大的壁效應(yīng)，造成塔的分離效率下降。一般來說，填料尺寸大，成本低，處理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往難以抵償其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔經(jīng)常使用50mm的填料。但在大塔中使用小于2025mm填料時，效率并沒有較明顯的提高，一般情況下，可以按表選擇填料尺寸。因此對于水吸收S02的過程、操作、溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用所了散裝填料。

21、在所了散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用塑料階梯環(huán)填料。表22 填料尺寸與塔徑的對應(yīng)關(guān)系塔徑/填料尺寸/D300300D900D900202525385080相關(guān)的填料數(shù)據(jù)如下：表2-3散裝填料類型以及關(guān)聯(lián)常數(shù)A,K值散裝填料類型AK規(guī)整填料類型AK塑料鮑爾環(huán)0.09421.75金屬絲網(wǎng)波紋填料0.301.75金屬鮑爾環(huán)0.11.75塑料絲網(wǎng)波紋填料0.42011.75塑料階梯環(huán)0.2041.75金屬網(wǎng)孔波紋填料0.1551.47金屬階梯環(huán)0.1061.75金屬孔板波紋填料0.2911.75瓷矩鞍0.1761.75塑料孔板波紋填料0.2911.563金屬環(huán)矩鞍0.062251.

22、75表24聚丙烯階梯環(huán)幾何數(shù)據(jù)規(guī)格比表面積m2/m3空隙率堆積個數(shù)堆積重量填料因子m-116*8.9*13700.85299136135.6602.625*12.5*1.22280.908150097.8312.838*19*1.2132.50.912720057.5175.850*25*1.5114.20.9271074054.8143.176*37*2.6900.929342068.4112.32.4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

23、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

24、直接蒸汽加熱或采用緝間接蒸汽加熱。（三）氣提再生氣提再生是在再生塔的底部通入惰性氣體，使吸收劑表面溶質(zhì)的分壓降低，使吸收劑得以再生。常用氣提氣體是空氣和水蒸氣。2.5操作參數(shù)的選擇吸收過程的操作參數(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（或解析因子），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)。（一）操作壓力的選擇對于物理吸收,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

25、而為氣體加壓,從過程的經(jīng)濟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。（二）操作溫度的選擇對于物理吸收而言,降低操作溫度,對吸收有利。但低于環(huán)境溫度的操作溫

26、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必須采用低于環(huán)境的溫度操作。對于化學吸收,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學反應(yīng)的性質(zhì)而定,既要考慮溫度對化學反應(yīng)速度常數(shù)的影響,也要考慮對化學平衡的影響,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。（三）吸收因子的選擇吸收因子是一個關(guān)聯(lián)了氣體處理量，吸收劑用量以及氣液相平衡常數(shù)的綜合的過程參數(shù).式中 -氣體處理量, ；L-吸收劑用量，； m-氣體相平衡常數(shù)。第3章 吸收塔的工藝計算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

27、數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由參考書查得，20時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為 粘度為 =3.6 kg/(m·h)表面張力為 SO2在水中的擴散系數(shù)為 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混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，由參考書查得，20時空氣的粘度為查參考書得，SO2在空氣中的擴散系數(shù)為 =0.039 m2/h3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)由參考書查得，常壓下20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 進塔氣相摩爾比為出塔氣相摩爾比比為進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算，即對于

28、純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為取操作液氣比為3.3填料塔的工藝尺寸的計算3.3.1塔徑的計算采用貝恩（Bain）-霍根（Hongen）關(guān)聯(lián)式氣相質(zhì)量流量為液相質(zhì)量流量可以近似按純水的流量計算，即 取 圓整塔徑后取 3.3.2泛點率校核 (在允許范圍50%80%內(nèi))3.3.3填料規(guī)格校核有即符合要求.3.3.4液體噴淋密度校核對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率（Lw）min=0.08m3/(m·h) 對于直徑大于75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率（Lw）min=0.12m3/(m·h)所以，取最小潤濕速率為：查參考書附錄五得故滿足最小噴淋密度的要求.經(jīng)以上校

29、核可知，填料塔直徑選用D=1400mm合理。3.4填料塔填料高度計算3.4.1傳質(zhì)單元高度計算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：查參考書表5-13得液體質(zhì)量通量為氣膜吸收系數(shù)有下式計算：氣體質(zhì)量通量為： 液膜吸收系數(shù)由下式計算：由 ，查參考書表5-14得則 由 得由 3.4.2傳質(zhì)單元數(shù)的計算 脫吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：3.4.3填料層高度計算由 得 設(shè)計取填料層高度為查參考書表5-16得， 對于階梯環(huán)填料， h/D=815, 取，則 計算得填料層高度8000mm，故需要分兩段，每段4000mm。3.5填料塔附屬高度計算塔上部空間高度可取1.2m,塔底液相停留時間按1min考慮,

30、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2.1m,所以塔的附屬高度可以取4.57m.則： 塔的總高度為8+4.57=12.57 m,即塔的總高度大約為13 m。經(jīng)參考書查得；直徑D=1400mm的橢圓封頭總深度H為375mm。3.6 液體分布器計算 3.6.1液體分布器 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。1. 液體分布器設(shè)計的基本要求。性能優(yōu)良的液體分布器設(shè)計時必須滿足以下幾點：（1）液體分布均勻 評價液體分布的標準是：足夠的分布點密度；分布點的幾何均勻性；降液點間流動的均勻性。 分布點密度 液體分布器分布

31、點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)，各種文獻推薦的值也相差較大。大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點密度越小;液體噴淋密度越小，分布點密度越大，對于散裝填料，填料尺寸越大，分布點密度越小。表3-1列出了散裝填料塔的分布點密度推薦值表3-1 Eckert的散裝填料塔分布點密度推薦值塔徑，mm分布點密度，塔截面D=400330D=750170D120042分布點的幾何均勻性 分布點在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點密度更為重要的問題。設(shè)計中，一般需要通過反復計算和繪圖排列，進行比較，選擇最佳方案。分布點的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降液點間流動的均勻性 為保證各分布點的

32、流動均勻需要分布器總體的設(shè)計合理。精細的制作和正確的安裝，高性能的液體分布器，要求各分部點與平均流動的偏差小于6%（2）操作彈性大 液體分布器的操作彈性，是指液體的最大負荷與最小負荷之比。設(shè)計中，一般要求液體分布器的操作彈性為24，對于液體負荷變化很大的工藝過程，有時要求操作彈性達到10以上，此時，分布器必須特殊設(shè)計。（3）自由截面積大 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。（4）其他 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。按Eckert建議值，D1200mm時，噴淋點密度為42點m2，因該塔液相負荷較大，設(shè)計取噴淋點密度為100點m2。2.液體

33、分布裝置也稱為液體噴淋裝置。填料塔操作時，在任一橫截面上保證氣液的均勻分布十分重要。液體分布裝置的作用是使液體的初始分布盡可能地均勻，設(shè)計液體分布裝置的原則應(yīng)該是能均勻分散液體，通道不易堵塞、結(jié)構(gòu)簡單、制造檢修方便等。為了使液體初始分布均勻，原則上應(yīng)增加單位面積上的噴淋點數(shù)，但是，由于結(jié)構(gòu)的限制，不可能將噴淋點設(shè)計的很多，同時如果噴淋點數(shù)過多，必然使每股的液流的流量過小，也難以保證均勻分配。此外，不同填料對液體均勻分布的要求也有差異。如高效填料因流動不均勻?qū)π实挠绊懯置舾校掠坝休^為嚴格的均勻分布要求。常用的填料噴淋點數(shù)可參照下列指標：時，每30cm 2塔截面設(shè)計一個噴淋器時，每60cm

34、2塔截面設(shè)計一個噴淋器時，每240cm 2 塔截面設(shè)計一個噴淋器任何程度的壁流都會降低效率，因此在靠塔壁的10%塔徑區(qū)徑內(nèi)，所分布的流量不應(yīng)超過總流量的10%。液體噴淋裝置的安裝位置，通常需高于填料層表面150300mm，以提供足夠的自由空間，讓上身氣流不受約束地穿過噴淋器。液體噴淋裝置的類型很多，國內(nèi)常用的有下列幾種（一） 管式噴淋器幾種結(jié)構(gòu)簡單的管式噴淋器有彎管式、缺口式、液體直接向下流出，為避免水沖擊瓷環(huán)現(xiàn)象，在流出口下面加有一塊圓形擋板，這兩種噴射器一般只用于塔徑300mm以下的情況。多孔直管式（適用于600mm以下的塔），多孔盤管式（適用于直徑1.2mm以下的塔），在管底部鉆24排直

35、徑36mm的小孔，孔的總截面積大致與進液管截面積相等。必須注意，飯開有小孔的噴淋器都要求料液不含沉淀或其他懸浮顆粒，否則易于堵塞。（二） 蓮蓬式噴灑器蓮蓬式噴灑器是開有許多小孔的球面分布器。液體借助泵或高位槽的靜壓頭，經(jīng)分布器上的小孔噴出。噴灑半徑的大小隨液體壓頭和分布其高度不同而異，在探頭穩(wěn)定的場合，可達到較為而均勻的噴淋效果。蓮蓬式噴灑器結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較為廣泛，缺點是小孔容易堵塞，它一般用于直徑600mm以下的塔中。通常安裝在填料塔上方中央處，離開填料表面的距離為塔徑的1/21。蓮蓬頭直徑約為塔徑的20%30%。 小孔直徑為315mm。球面半徑為（0.51.0）d。噴灑角80o。噴灑外圈距

36、塔壁x=70100mm。蓮蓬高度y=（0.51.0）D。（三） 盤式分布器盤式分布器是一種分布效果較好的結(jié)構(gòu)。其作用原理是液體通過進液管加到淋灑盆內(nèi)，然后由淋灑盆圍板的上邊緣溢流或通過噴灑盆上的小孔或管子，是液體淋灑到填料上。盆式噴淋器的結(jié)構(gòu)簡單，液體通過時的阻力較小，其分布比較均勻，這種分布器適用于直徑大于0.8m的塔。（四） 沖擊式淋灑器沖擊式淋灑器，其優(yōu)點是噴灑半徑大（最高時可達3m），液體流量大約為50200m3/h, 結(jié)構(gòu)簡單，不會堵塞。缺點是改變液體流量或液體壓頭時會影響半徑，因此應(yīng)在操作比較恒定計較小直徑下使用。3.6.2布液孔數(shù)1液體分布器的選型：根據(jù)該吸收塔液相負荷較大，而氣

37、相負荷相對較低的物系性質(zhì)可選用槽式液體分布器。2分布點密度計算按Eckert建議值，D1200時，噴淋點密度為422，因該塔液相負荷較大，設(shè)計取噴淋點密度為1202 。總布液孔數(shù)為 點185點分布點采用三角形排列，實際設(shè)計布點數(shù)位n=132點。3.6.3 液體保持管高度液體保持管高度：取布液孔直徑為14mm，則液位保持管中的液位高度可得（為孔流系數(shù)）在200mm500mm之間符合要求。3.7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氣分布裝置,同時排放的凈化氣體中的液相夾帶要求嚴格,應(yīng)設(shè)除液沫裝置,為防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.3.7.1填料支

38、承板填料支承板既要具備一定的機械強度以承受填料層及其所持液的重量，又要立出足夠的空隙面積供氣、液流通，氣體通過支承板的空隙的線速度不能大于通過填料層空隙的線速度，否則便會在填料層內(nèi)尚未發(fā)生液泛之前，已在支承板處發(fā)生液泛，一般要求支承板的自由截面積與塔截面積之比大于填料層的孔隙率。最簡單的支承裝置是用扁鋼條制作的格柵或開孔的金屬板（亦有特制的陶瓷開孔板以適應(yīng)耐腐蝕要求）。格柵的間隙或孔板的孔徑如果過大，容易使填料落下，此時可用支承裝置上先鋪一層尺寸較大的同類填料。3.7.2除沫器（除霧器）若由塔設(shè)備出來的氣相沒有大量霧沫夾帶，則不需要考慮除霧問題，但在有些情況下，例如塔頂液體噴淋裝置產(chǎn)生的測液現(xiàn)

39、象較嚴重，操作中得空塔氣速過大，或者工藝過程不允許出來的氣相中夾帶霧滴，此時則需要考慮加裝除霧裝置，常用的除霧裝置介紹如下：（一） 折板除霧器這是一種最為簡單有效的結(jié)構(gòu)。除霧板由50mm *50mm*3mm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算（二） 絲網(wǎng)除霧器這是一種效率較高的除霧器，可除去大于5µm的液滴，效率可達98%99%，但壓強降較折流板式除霧器為大，約為0.245kpa，且不適用于氣液中含有粘結(jié)物或固體物質(zhì)（例如堿液或碳酸氫銨溶液等），因為液體蒸發(fā)后留下固體物質(zhì)容易堵塞絲網(wǎng)孔，影響塔的正常操作。 絲網(wǎng)盤高H一般取100150mm絲網(wǎng)可用金屬或塑料為

40、材料制成。支承絲網(wǎng)的柵板應(yīng)具有大于90%的自由截面積。 此外，填料塔常用的除霧器裝置還有干填料除霧器（在液體噴淋裝置與氣體出口管制見狀一段干填料），這種除霧方法用得較多，效果與折板除霧器相仿。3.7.3管口結(jié)構(gòu)一，氣體進、出口管1、氣體進口的結(jié)構(gòu)氣體進出口的結(jié)構(gòu)，要能防止液體淹沒氣體通過。填料塔對其流入塔的分布要求一般不平，但也不應(yīng)該是氣體直接由管接口或水平管中入塔內(nèi)。對于直徑500mm以下的小塔，可使進氣管水平伸到塔的中部。管的末端切成45o斜口（向下），或這類似的向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上，對于直徑1.1m以下的塔，管的末端可做成向下的喇叭形擴大。對于更大的塔，可以做成類似的盤關(guān)式。2、氣體

41、出口的結(jié)構(gòu) 氣體出口的結(jié)構(gòu)，要能防止液滴的帶出的積累，可采用同氣體進口結(jié)構(gòu)相似的開向下的引出管，或者在出口接管之前加裝除沫擋板或加裝一開口向上的分離袋囊，袋底磚有小孔，以泄去分離出來的液體，當氣體夾帶液滴較多時，則需要令裝除。二，液體進、出口管液體進出口管多是直接通向噴淋裝置，其結(jié)構(gòu)需要按噴淋裝置的要求而定。液體的出口裝置應(yīng)該便于塔內(nèi)液體的排放，不易堵塞，而且又能將塔設(shè)備的內(nèi)部與外部大氣相隔離。也提出扣裝置在負壓操作的塔設(shè)備中必須另裝液封裝置。例如倒U形管等。有時不另裝液封裝置而把塔的下部當作緩沖器用，即其中經(jīng)常貯有一定量的液體，并保持液面恒定，在有的塔設(shè)備中，液體出口裝置采用防渦流板，可以消

42、除鄰近出口處的旋渦，這一結(jié)構(gòu)也可用于液體不太清潔的場合，另外，也要注意防止瓷環(huán)碎片漏入液體出口管，使管道堵塞，可裝設(shè)擋網(wǎng)等。此外，填料卸出口可按塔徑大小，在人孔、手孔的標準尺寸中進行選擇。3.8吸收塔的流體力學參數(shù)的計算3.8.1吸收塔的壓力降填料塔的壓力降為：(1)氣體進出口壓降:取氣體進出口接管的內(nèi)徑為360mm,則氣體的進出口流速為則進口壓強為 （突然擴大 =1） 出口壓強為 （突然縮小 =0.5）(2)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,其中橫坐標為查參考書表5-18得縱坐標為查參考書圖5-21得填料層壓力降(3)其他塔內(nèi)件的壓降:其他塔內(nèi)件的壓降較小,在此處可

43、以忽略. 所以吸收塔的總壓降為:3.8.2吸收塔的泛點率吸收塔操作氣速為0.725m/s ，泛點氣速為1.13007m/s 所以泛點率為對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為：所以符合。3.8.3氣體動能因子 氣體動能因子在常用的范圍內(nèi)從以上的各項指標分析，該吸收塔的設(shè)計合理，可以滿足吸收操作的工藝要求。3.9附屬設(shè)備的計算與選擇3.9 .1離心泵的選擇與計算本設(shè)計中填料塔有多處接管，在此分別以液體進料管和氣體進料管的管徑計算為例進行說明。相關(guān)數(shù)據(jù)查參考書1、液體進料管進料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進料管、彎管進料管、T型進料管。本設(shè)計采用直管進料管，管徑計算如下：取氣速設(shè)計取進料管直徑所以查參考書取

44、管徑為.2、氣體進料管采用直管進料:取氣速設(shè)計取進料管直徑所以查參考書取管徑為.3.9.2吸收塔的主要接管尺寸的計算計算過程如下 所選管為熱軋無縫鋼管 校核管內(nèi)流速 則雷諾數(shù) 查參考書得， 摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及相對粗糙度的關(guān)系局部阻力損失：三個標準截止閥全開 ; 三個標準90°彎頭 ；管路總壓頭損失 揚程 流量 經(jīng)查參考書附表二十二得 P296型號IS125-100-200 轉(zhuǎn)速的泵合適。附錄一 工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總及主要符號說明工藝設(shè)計計算匯總表序號項目數(shù)值備注1混合氣體處理量U（m3/h）33002進塔氣相摩爾比Y10.05263出塔氣相摩比Y20.002634進塔液相摩爾分率X2

45、（）05出塔液相摩爾分率X1 （） 0.0016混合氣體平均摩爾質(zhì)量（）30.757混合氣體的平均密度（）1.2788混合氣體的粘度（）0.0659吸收劑用量L（）6511.510氣相質(zhì)量流量（）4217.411液相質(zhì)量流量（）117337.212氣相總傳質(zhì)單元數(shù)（m）6.36413氣相總傳質(zhì)單元高度(m)0.96914空塔氣速u (m/s)0.78115泛點氣速u(m/s)1.1153216泛點率f53.42%17圓整塔徑D（m）1.418填料層高Z (m)819填料塔上部高度h (m)1.220填料塔下部高度h (m)2.121塔的附屬高度h(m)4.5722塔總高度H 13 工藝設(shè)計主要

46、符號說明1、英文字母填料層的有效傳質(zhì)比表面積（m²/m³）; 填料層的潤滑比表面積m²/m³；吸收因數(shù);無因次; 填料直徑，mm；填料當量直徑，mm; 擴散系數(shù)，m²/s； 塔徑; 亨利系數(shù)，KPa; 重力加速度，kg/(m².h);溶解度系數(shù)，kmol /(m³.KPa); 氣相傳質(zhì)單元高度 ，m;液相傳質(zhì)單元高度，m; 氣相總傳質(zhì)單元高度，m;液相總傳質(zhì)單元高度，m; 氣膜吸收系數(shù), kmol /(m³.s.KPa);吸收液質(zhì)量流速kg/(m².h); 液體噴淋密度;相平衡常數(shù)，無因次; 氣相傳質(zhì)單元

47、數(shù)，無因次;液相傳質(zhì)單元數(shù)，無因次; 氣相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次; 液相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次; 總壓，KPa ;分壓，KPa ; 氣體通用常數(shù)，kJ/(kmol.K) ;解吸因子; 溫度，0C;空塔速度，m/s ; 液泛速度，m/s ; 惰性氣體流量，kmol/s ; 混合氣體體積流量，m3/s;液膜吸收系數(shù) ，kmol/(m2.s.kmol/m3); 氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s);氣相總吸收系數(shù)kmol/(m².s); 液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s);氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kpa); 液相總吸收系數(shù)kmol/(m².s);吸收劑用量kmol/h;

48、kmol/s; 是吸收液量 kmol/h；吸收液質(zhì)量流量kg/h； 吸收液流量，m³/s密度kg/ m³ 填料因子， m-1 ; 2、下標液相的 氣相的混合氣流量 kmol/s 混合氣質(zhì)量流量x溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率 無因次 X溶質(zhì)組分在氣相中的摩爾比 無因次y溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率 無因次 Y溶質(zhì)組分在氣相中的摩爾比 無因次Z填料層高度 m Zs填料層分段高度 m3.希臘字母粘度 Pa.s 密度 kg/m3表面張力 N/m m平均的，對數(shù)平均的min最小的 max最大的評述與討論吸收塔在工業(yè)中有著它非常重要的位置，它的好壞也關(guān)乎到企業(yè)的利益，所以塔的設(shè)計也變的尤為的重要。吸收操作在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位,它的設(shè)計結(jié)構(gòu)、填料選擇等各個方面更是關(guān)系到吸收塔