Aspen吸收塔的設(shè)計

1、礦石焙燒爐送出的氣體冷卻到25后送入填料塔中，用20清水洗滌以除去其中的SO2。入塔的爐氣流量為2400 m3 / h ，其中SO2 摩爾分率為，要求SO2 的吸收率為95%。吸收塔為常壓操作。試設(shè)計該填料吸收塔。解（ 1）設(shè)計方案的確定用水吸收 SO2 屬于中等溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收過程。因用水作為吸收劑，且SO2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?。?2）填料的選擇對于水吸收SO2 的過程，操作過程及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用聚丙烯階梯環(huán)填料。（ 3）工藝參數(shù)的計算步驟1：全局性參數(shù)設(shè)置。計算類型為“Fl

2、owsheet ”，選擇計量單位制，設(shè)置輸出格式。單擊“ Next”， 進(jìn)入組分輸入窗口，假設(shè)爐氣由空氣 （ AIR）和 SO2 組成。在“ ComponentID”中依次輸入H2O， AIR， SO2。步驟 2：選擇物性方法。選擇NRTL方程。步驟3：畫流程圖。選用“RadFrac”嚴(yán)格計算模塊里面的“ABSBR1”模型，連接好物料線。結(jié)果如圖3-1 所示。圖 3-1水吸收 SO2 流程圖步驟 4：設(shè)置流股信息。 按題目要求輸入進(jìn)料物料信息。初始用水量設(shè)定為400kmol/h 。步驟5：吸收塔參數(shù)的輸入。在“Blocks|B1|Setup ”欄目，輸入吸收塔參數(shù)。吸收塔初始模塊參數(shù)如表3-1

3、 所示。其中塔底氣相GASIN由第 14 塊板上方進(jìn)料， 相當(dāng)于第10 塊板下方。EquilibriuCalculation typemNumber of stages13CondenserNoneReboilerNoneVapor-LiquValid phasesidConvergenceStandardWATER1Feed stageGASIN14Pressure(kPStage 1a)表 3-1吸收塔初始參數(shù)至此， 在不考慮分離要求的情況下，本流程模擬信息初步設(shè)定完畢，運行計算，結(jié)果如圖 3-2 所示。此時SO2 吸收率為 308.49/ 319.6096.52% 。圖 3-2初步計算結(jié)

4、果步驟 6：分離要求的設(shè)定，塔板數(shù)固定時，吸收劑用量的求解。運用“Design Specifications”功能進(jìn)行計算，在“ Blocks|B1|Design Spec ”下，建立分離要求“ 1”。在“ Blocks|B1|Design Spec|1| Specifications”頁面，定義分離目標(biāo)。按題目要求進(jìn)行設(shè)定。結(jié)果如圖3-3所示。在“ Blocks|B1|Design Spec|1|Components”頁面，選定“SO2”為目標(biāo)組分；在“Feed/Product Streams ”頁面，選擇“LOUT”為參考物流。圖 3-3 Design Spec-1的定義圖 3-4 Var

5、y-1的定義在“ Blocks|B1|Vary ”下， 定義變量“ 1”。 在“ Blocks|B1|Vary|1|Specifications”頁面，設(shè)定進(jìn)料流量“ Feed rate ”為變量，上下限分別為5、 1000。結(jié)果如圖3-4 所示。至此，分離要求已設(shè)置完畢，運行計算，結(jié)果如圖3-5 所示。當(dāng)塔板數(shù)為13 時，要達(dá)到 95%的吸收率，需用水h。圖 3-5吸收劑用量計算結(jié)果步驟 6：吸收塔的優(yōu)化，吸收劑用量對塔板數(shù)靈敏度分析。使用“ Sensitivity”功能進(jìn)行分析。在“ ModleAnalysisTools|Sensitivity”目錄，創(chuàng)建一個靈敏度分析文件“S- 1”。在

6、“ S-1|Input|Define”頁面，定義因變量“FLOW”，用于記錄進(jìn)塔水流量，結(jié)果如圖3-6 所示。圖 3-6定義靈敏度分析參數(shù)在“ S-1 |Input|Vary”頁面，設(shè)置自變量及其變化范圍，這里假設(shè)塔板數(shù)變化，如圖3-7 所示。在“S- 1|Input|Tabulate”頁面，設(shè)置輸出格式。設(shè)置“FLOW”為輸出變量。圖 3-7 設(shè)置自變量變化范圍本題為吸收塔，在塔板數(shù)變化的同時，塔底氣體的進(jìn)料位置也隨之改變。運用Calculator功能，來實現(xiàn)這一過程。在“FlowsheetingOptions|Calculator”目錄，創(chuàng)建一個計算器文件“C - 1”。在“C-1 |In

7、put|Define”頁面，定義2 個變量，如圖3-8 所示。其中，“ FEED”記錄塔底氣體進(jìn)料位置，“NS”記錄吸收塔塔板數(shù)。圖 3-8定義計算器變量在“C- 1|Input|Calculate”頁面，編寫塔底氣體進(jìn)料位置的Fortran語言計算語句，如圖 3-9 所示。圖 3-9 編寫 Fortran 計算語句在“C- 1|Input|Sequence ”頁面，定義計算器計算順序，如圖 3-10 所示。在塔 B1 前計算。圖 3-10 定義計算器順序至此，吸收塔靈敏度分析計算所需要的信息已經(jīng)全部設(shè)置完畢，運行計算，結(jié)果如圖3-11 、圖 3-12 所示。圖3-12 為利用 Aspen 內(nèi)

8、 Plot 功能，吸收劑用量對塔板數(shù)作圖結(jié)果。圖 3-11靈敏度分析計算結(jié)果圖圖 3-12同塔板數(shù)所需吸收劑用量步驟 7：吸收塔的工藝參數(shù)。由圖3-12 可得，當(dāng)塔板數(shù)為大于10 時，隨著塔板數(shù)的增加，吸收劑用量減少不太明顯，因此選擇塔板數(shù)為10。在“ Blo cks|B1|Setup ”欄目，將塔板數(shù)改為10，塔底氣體進(jìn)料位置為11，隱藏“C- 1”和“S- 1”，運行計算。結(jié)果如圖3-13所示。此時，水用量為h， 7200kg/h 。圖 3-13填料塔最終工藝計算結(jié)果（ 4）填料塔設(shè)計首先進(jìn)行塔徑計算。在“Blocks|B1|Pack Sizing”文件夾中，建立一個填料計算文件“1”。在

9、“ Pack Sizing|1|Specifications”頁面，填寫填料位置、選用的填料型號、等板高度等信息，如圖 3-14 所示。其中填料為塑料階梯環(huán)（ PLASTIC CMR），等板高度設(shè)定為。KOCH公司的塑料階梯環(huán)， 在 Aspen 數(shù)據(jù)中有三種尺寸 1A，2A，3A。由于填料尺寸越小，分離效率越高， 但阻力增加，通量減少， 填料費用也增多。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(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此初始選擇2A 型號，其濕填料因子為（1/m）。運行計算，結(jié)果如圖3-15 所示。圖 3-14 填料塔信息設(shè)置圖 3-15 填料塔計算結(jié)果由圖 3-15 可知，填料塔塔徑為752mm，最大液相負(fù)荷分率，最大負(fù)荷因子s，塔壓降，平均壓降m，液體最大表觀流速s，比表面積為164 / m3。本例題填料塔初步計算塔徑為752mm，此時最大負(fù)荷分率為，相對保守，可以用塔徑700mm進(jìn)一步核核算。在“ Blocks|B1|Pack Rating”文件夾下，建立一個填料核算文件“1”，在“ PackRating|1|Specifications”頁面，填寫填料位置、選用的填料型號、等板高度等信息，如圖 3-16 所示。運行計算