清水吸收SO2煙氣的填料塔設(shè)計

1、清水吸收SOSO2 2煙氣的填料塔設(shè)計設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)1 1、氣體處理量、氣體處理量15001500mm3 3/h/h（3030，100kpa100kpa）2 2、進塔氣體的組成：、進塔氣體的組成：9%9%（體積分?jǐn)?shù)）（體積分?jǐn)?shù)）SOSO2 2， 其余可視為空氣其余可視為空氣3 3、回收其中所含、回收其中所含SOSO2 2的的92%92%4 4、吸收塔的操作溫度為、吸收塔的操作溫度為3030，壓力為，壓力為 100kpa100kpa5 5、液氣比為最小液氣比的、液氣比為最小液氣比的1.21.2倍倍6 6、空塔氣速取泛點氣速的、空塔氣速取泛點氣速的0.650.65倍倍7 7、填料自選、填料自選章

2、節(jié)設(shè)置章節(jié)設(shè)置第一章：概述第一章：概述第二章：設(shè)計方案第二章：設(shè)計方案第三章：工藝計算第三章：工藝計算第四章：輔助設(shè)備的類型及作用第四章：輔助設(shè)備的類型及作用吸收技術(shù)的概況吸收技術(shù)的概況吸收設(shè)備的分類吸收設(shè)備的分類吸收劑的選擇吸收劑的選擇 填料的類型與選擇填料的類型與選擇吸收裝置的流程吸收裝置的流程吸收系統(tǒng)工藝流程吸收系統(tǒng)工藝流程操作參數(shù)的選擇操作參數(shù)的選擇物料衡算物料衡算吸收劑用量吸收劑用量塔底吸收液濃度塔底吸收液濃度塔徑計算塔徑計算填料層高度的計算填料層高度的計算第一章第一章u吸收是吸收是分離氣體混合物分離氣體混合物的單元操作。的單元操作。u用適當(dāng)?shù)囊后w吸收劑處理氣體混合物，用適當(dāng)?shù)囊后w吸

3、收劑處理氣體混合物，利用利用混合氣體中各組分在液體溶劑中溶解度的不混合氣體中各組分在液體溶劑中溶解度的不同同而分離混合氣體混合物的操作。而分離混合氣體混合物的操作。u操作性質(zhì)：氣液相間的傳質(zhì)過程，（操作性質(zhì)：氣液相間的傳質(zhì)過程，（單向單向傳傳質(zhì)）質(zhì)）u分離對象：氣體混合物。（分離對象：氣體混合物。（ SO2 SO2煙氣）煙氣）1.11.1吸收技術(shù)的概況吸收技術(shù)的概況吸收操作吸收操作吸收劑：清水吸收劑：清水吸收液：吸收液： SO SO2 2+ +清水清水混合氣體：混合氣體： SO SO2 2+ +空氣空氣吸收尾氣：吸收尾氣： SO SO2 2+ +空氣空氣清水吸收清水吸收SOSO2 2煙氣煙氣

4、吸吸收收塔塔吸收劑（吸收劑（s s）混合氣體混合氣體（A+BA+B）吸收液（吸收液（A+SA+S）吸收尾氣吸收尾氣（A+BA+B）1.21.2吸收設(shè)備的分類吸收設(shè)備的分類表面吸收器表面吸收器鼓泡吸收器鼓泡吸收器噴灑吸收器噴灑吸收器吸收設(shè)備應(yīng)具有較大的氣液接觸面，按吸收表吸收設(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)備可分為下列幾類面的形成方式，吸收設(shè)備可分為下列幾類a a水平液面的表面吸收器水平液面的表面吸收器b b液膜吸收器液膜吸收器c c填料吸收器填料吸收器D D機械液膜吸收器機械液膜吸收器1.1.填料吸收器一般作填料吸收器一般作成塔狀，塔內(nèi)裝有支成塔狀，塔內(nèi)裝有支撐板，板上

5、堆放填料撐板，板上堆放填料層。層。2.2.噴淋的液體通過分噴淋的液體通過分布器灑向填料。布器灑向填料。3.3.在填料吸收器中，在填料吸收器中，氣體和液體的運動經(jīng)氣體和液體的運動經(jīng)常是逆流的常是逆流的。第二章第二章2.1吸收劑的選擇吸收劑的選擇1.1.溶解度溶解度：溶解度越：溶解度越大大，吸收速率越，吸收速率越大大，吸收劑用量越，吸收劑用量越少少2.2.選擇性選擇性：要求選用的：要求選用的吸收劑應(yīng)對溶質(zhì)有較大的溶解度吸收劑應(yīng)對溶質(zhì)有較大的溶解度，而對其，而對其 它組分則溶解度要小或基本不溶。否則不能實現(xiàn)有效的分離。它組分則溶解度要小或基本不溶。否則不能實現(xiàn)有效的分離。3.3.揮發(fā)性揮發(fā)性：操作溫

6、度下應(yīng)具有較低的蒸汽壓，即：操作溫度下應(yīng)具有較低的蒸汽壓，即揮發(fā)度要小揮發(fā)度要小，以減少吸，以減少吸 收過程中吸收劑的損失。收過程中吸收劑的損失。4.4.再生性能再生性能：選用具有：選用具有良好再生性能的吸收劑良好再生性能的吸收劑，往往能有效地降低過程，往往能有效地降低過程 的能量消耗。的能量消耗。5.5.腐蝕性腐蝕性： 吸收劑若吸收劑若無腐蝕性無腐蝕性，則對設(shè)備材質(zhì)無過高要求，可以減少設(shè)，則對設(shè)備材質(zhì)無過高要求，可以減少設(shè) 備費用。備費用。6.6.黏性黏性：黏度越小黏度越小，流動性能越好，吸收速率越大。，流動性能越好，吸收速率越大。7.7.其他其他：吸收劑還應(yīng)具有較好的：吸收劑還應(yīng)具有較好的

7、化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生泡沫不易產(chǎn)生泡沫，無毒無毒性等性能性等性能。2.22.2吸收裝置的流程吸收裝置的流程l吸收裝置的流程吸收裝置的流程設(shè)計設(shè)計布置是指：布置是指：氣氣體和液體體和液體進進出吸收塔的流向安排。出吸收塔的流向安排。l主要有主要有逆流操作、逆流操作、并并流操作、吸收流操作、吸收劑劑部分再循部分再循環(huán)環(huán)操作、操作、單單塔和多塔串塔和多塔串聯(lián)聯(lián)操作。操作。l根據(jù)生根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)任任務(wù)務(wù)、工、工藝藝特點、特點、結(jié)結(jié)合各流程的合各流程的優(yōu)優(yōu)缺缺點、逆流操作點、逆流操作時傳質(zhì)時傳質(zhì)平均推平均推動動力大，分離程度力大，分離程度高，吸收高，吸收劑劑利用率高，所以利用率高，所以此次此次設(shè)計設(shè)計

8、采用常采用常規(guī)規(guī)逆流操作的流程。逆流操作的流程。2.32.3吸收系統(tǒng)工藝流程吸收系統(tǒng)工藝流程u本設(shè)計采用本設(shè)計采用單塔逆流單塔逆流吸收操作。吸收操作。u吸收裝置吸收裝置水經(jīng)流量計水經(jīng)流量計進入填料層塔頂，經(jīng)噴進入填料層塔頂，經(jīng)噴淋頭噴淋雜填料頂層淋頭噴淋雜填料頂層。風(fēng)機把風(fēng)機把混合氣體從填料混合氣體從填料層塔底送入填料層層塔底送入填料層，在，在塔內(nèi)與水接觸，進行質(zhì)塔內(nèi)與水接觸，進行質(zhì)量與熱量的交換。量與熱量的交換。u混合氣體中的混合氣體中的soso2 2融于融于水中，使從塔頂離去的水中，使從塔頂離去的soso2 2含量降低，而融有較含量降低，而融有較多多soso2 2的水從吸收塔低排的水從吸收

9、塔低排出。出。2.42.4填料的類型與選擇填料的類型與選擇形狀形狀材料材料堆放堆放環(huán)狀（拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)）環(huán)狀（拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)）鞍形（矩鞍形、弧鞍形）鞍形（矩鞍形、弧鞍形）波紋型（板波形、網(wǎng)狀波形）波紋型（板波形、網(wǎng)狀波形）陶瓷、金屬、塑料陶瓷、金屬、塑料整砌、亂堆整砌、亂堆拉西環(huán)的尺寸為拉西環(huán)的尺寸為252525252.5mm2.5mm比表面積為比表面積為190m2/m3190m2/m3空隙率空隙率( )0.78m3/m3( )0.78m3/m3堆填密度為堆填密度為505kg /m 3505kg /m 3填料因子填料因子400400（ ）/m/m2.52.5操作參數(shù)的選擇操作參

10、數(shù)的選擇操作操作溫度溫度操作操作壓力壓力 對于物理吸收：對于物理吸收：降低操作溫度降低操作溫度, ,對吸收有利對吸收有利對于化學(xué)吸收：對本設(shè)計而言，對于化學(xué)吸收：對本設(shè)計而言，溫度降低可增加溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度溶質(zhì)組分的溶解度，即，即低溫有利于吸收低溫有利于吸收，但操作，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)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)計要求本次設(shè)計要求，操作溫度定為，操作溫度定為3030。 對于物理吸收對于物理吸收, ,加壓操作有利于提高吸收過程的加壓操作有利于提高吸收過程的傳質(zhì)推動力，提高過程的傳質(zhì)速率傳質(zhì)推動力，提高過程的傳質(zhì)速率。 對于化學(xué)吸收：

11、壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解對于化學(xué)吸收：壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即度，即加壓有利于吸收加壓有利于吸收。隨著操作壓力的升高，隨著操作壓力的升高，對設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加對設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加。綜合。綜合考慮，采用考慮，采用100kPa100kPa。 全塔物料衡算是一個定態(tài)操作逆流全塔物料衡算是一個定態(tài)操作逆流接觸的吸收塔，圖中各符號的意義接觸的吸收塔，圖中各符號的意義如下：如下：v v惰性氣體的流量，惰性氣體的流量， kmol/hL L純吸收劑的流量，純吸收劑的流量， kmol/hY Y1 1、Y Y2 2進出吸收塔氣體中溶質(zhì)進出吸收塔氣體中溶質(zhì)A A的比摩爾

12、分?jǐn)?shù)的比摩爾分?jǐn)?shù); ;X X1 1、X X2 2出進吸收塔液體中溶質(zhì)出進吸收塔液體中溶質(zhì)A A的比摩爾分?jǐn)?shù)；的比摩爾分?jǐn)?shù)；注意：本課程設(shè)計中塔底截面一律注意：本課程設(shè)計中塔底截面一律以下標(biāo)以下標(biāo)“1 1”表示，塔頂截面一律以表示，塔頂截面一律以下標(biāo)下標(biāo)“2 2”表示。表示。第三章第三章3.13.1物料衡算物料衡算2,XL2,YV1,XL1,YV物料衡算圖示意圖物料衡算圖示意圖1 1、 混合氣體的摩爾流量為：混合氣體的摩爾流量為： M M總總=59.5kmol/h=59.5kmol/h 進塔氣相摩爾比：進塔氣相摩爾比： Y1=0.0989 Y1=0.0989 出塔氣相摩爾比：出塔氣相摩爾比： Y

13、2=Y1(1- Y2=Y1(1- )=0.09)=0.09(1-0.92)=0.0079(1-0.92)=0.00792 2、混合氣體、混合氣體SOSO2 2的的摩爾流量摩爾流量 M1=M M1=M總總9 9=59.5=59.59 9=5.355kmol/h=5.355kmol/h3 3、混合氣體中、混合氣體中soso2 2的的質(zhì)量流量質(zhì)量流量 W1=M1 W1=M1MMSO2SO2=5.355=5.35564=342.72kg/h64=342.72kg/h4 4、混合氣體中惰性氣體、混合氣體中惰性氣體( (視為空氣視為空氣) )的的摩爾流量摩爾流量 M2=M M2=M總總-M1=59.5-5

14、.355=54.145kmol/h-M1=59.5-5.355=54.145kmol/h5 5、混合氣體中惰性氣體的、混合氣體中惰性氣體的質(zhì)量流量質(zhì)量流量 W2=M1 W2=M1MM空氣空氣=54.145=54.14529=1570.205kg29=1570.205kgh h6 6、混合氣體中進出塔的摩爾組成、混合氣體中進出塔的摩爾組成 進塔進塔y1=0.09y1=0.09 出塔出塔y2 =0.0078y2 =0.00787 7、混合氣體中進出塔的摩爾比組成、混合氣體中進出塔的摩爾比組成 進塔進塔Y1=0.0989Y1=0.0989 出塔出塔Y2=0.0079Y2=0.00798 8、出塔混合

15、氣體摩爾流量、出塔混合氣體摩爾流量MM總總 M M總總=M2+M1=M2+M1（1-0.921-0.92）=54.14+5.35=54.14+5.35（1-0.921-0.92） =54.568kmol/h =54.568kmol/h9 9、出塔混合氣體質(zhì)量流量、出塔混合氣體質(zhì)量流量WW總總 W W總總=W2+W1(1-0.92)=1570+342.72(1-0.92)=W2+W1(1-0.92)=1570+342.72(1-0.92) =1597.41kg/h =1597.41kg/h3.23.2吸收劑用量吸收劑用量查查P191,SOP191,SO2 2在在3030的亨利系數(shù)的亨利系數(shù)E=0

16、.85E=0.85104KPa 104KPa 1 1、相平衡常數(shù)、相平衡常數(shù)5 .481001000048. 0 PEm XY5 .48 2 2、吸收劑、吸收劑( (水水) )的用量的用量L L 當(dāng)當(dāng) 0989. 01 Y00204. 05 .480989. 011 mYX最小液氣比最小液氣比：6 .4400204. 00079. 00989. 02121min XXYYVLmin2 . 1 VLVL已知已知hkomlVVLL/2892145.54532.53532.536 .442 . 1VL所以所以3 3、液體的質(zhì)量流量、液體的質(zhì)量流量hkgMLWOHL/5205618289223.33.

17、3塔底吸收液濃度塔底吸收液濃度塔底吸收液濃度（摩爾比）塔底吸收液濃度（摩爾比）x x1 1 因為因為 V(Y1-Y2)=L(X1-X2) V(Y1-Y2)=L(X1-X2) LYYVX)(211 +X X2 2=0.0017=0.0017操作線方程操作線方程 Y1= Y1= (Y2(Y2 ) ) =53.532X =53.532X0.00790.00792XVLXVL3.43.4塔徑計算塔徑計算采用采用 型的拉西環(huán)型的拉西環(huán)mm25 1 1、確定泛點氣速、確定泛點氣速UUF F填料塔泛點和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖填料塔泛點和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖FUFU橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)95.07 .995276.12 .157

18、072.34252056)(5 .05 .0v LVLPWWf LV ,LVWW , 分別為氣體和液體的密度，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，分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg /s縱坐標(biāo)值縱坐標(biāo)值0258.0)(2.02 LvFgU6913. 01276. 114007 .9958 . 9025. 0025. 02 . 02 . 0 LVFLFPgU F F濕填料因子，簡稱填料因子，濕填料因子，簡稱填料因子，400 /m400 /m； 水的密度和液體的密度之比，水的密度和液體的密度之比，1 12 2、確定空塔氣速、確定空塔氣速U U根據(jù)空塔氣速取泛點氣速的根據(jù)

19、空塔氣速取泛點氣速的0.650.65倍倍4493.06913.065.065.0Fuu3 3、管道直徑：、管道直徑： D= D=muqv0869. 14493. 014. 3)3600/1500(414. 34 圓整塔徑后取圓整塔徑后取 D=1.2m4 4、泛點率校核、泛點率校核 由于泛點附近流體力學(xué)性能的不穩(wěn)定性，一般較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，故一般要求泛點率在難穩(wěn)定操作，故一般要求泛點率在50%50%80%80%之間，之間，而對于易起泡的物系可低于而對于易起泡的物系可低于40%40%：smDquv45.00869.1785.0360015004422 %09.

20、65%100 x6913.045.0 Fuu（在允許的范圍之內(nèi)）（在允許的范圍之內(nèi)）5 5、填料規(guī)格校核填料規(guī)格校核848251200 dD（在允許范圍內(nèi)）（在允許范圍內(nèi)）6 6、液體噴淋密度校核、液體噴淋密度校核填料表面的濕潤狀況是傳質(zhì)的基礎(chǔ)，為保持良好的填料表面的濕潤狀況是傳質(zhì)的基礎(chǔ)，為保持良好的傳質(zhì)性能，每種填料應(yīng)維持一定的液體濕潤速率傳質(zhì)性能，每種填料應(yīng)維持一定的液體濕潤速率（或噴淋密度）（或噴淋密度）對于直徑不超過對于直徑不超過75mm75mm的散裝填料，可取最小潤的散裝填料，可取最小潤濕速率濕速率)/(08. 0)(3minhmmLw 23查查 得得32/5 .132mmat最小噴

21、淋密度為：最小噴淋密度為：hmmaLUtW23minmin/6 .105 .13208. 0)(噴淋密度：噴淋密度：min2224.462.1785.07.995/5205614.3/4UDWUL 水水經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1200mmD=1200mm合理合理。3.53.5填料層高度計算填料層高度計算脫因系數(shù)：脫因系數(shù)：0824. 00017. 05 .4811 mXY022 mXY填料層高度填料層高度 Z=Z=傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元高度898. 02892532.535 .48 LmVS1 1、氣相總傳質(zhì)單元數(shù)、氣相總傳質(zhì)單元數(shù) hkpamkmolSYYYYSInSNOG32221/618. 7898. 079989102. 0898. 011111 hkpamkmolWGaK325. 07 . 04/6146. 21081. 9 氣氣 hmkgDWGV 222/25.16922 . 114. 32 .157072.34244 即即 hmkgDWWL22./96.460504 查化工原理查化工原理P133P133有常數(shù)有常數(shù)a a值在值在3030為為0.01430.0143hlawak/32.9596.460500143. 082. 082. 0 液液