Aspen吸收塔的設(shè)計(jì)

1、SO2吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算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，其中SO2摩爾分率為0.05，要求SO2的吸收率為95%。吸收塔為常壓操作。試設(shè)計(jì)該填料吸收塔。解 （1）設(shè)計(jì)方案的確定用水吸收SO2屬于中等溶解度的吸收過(guò)程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收過(guò)程。因用水作為吸收劑，且SO2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?。?）填料的選擇對(duì)于水吸收SO2的過(guò)程，操作過(guò)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(jì)算步驟1：全局性參數(shù)設(shè)置。計(jì)算類型為“Fl

2、owsheet”，選擇計(jì)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“Component ID”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(huà)流程圖。選用“RadFrac”嚴(yán)格計(jì)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所示。其中塔底氣相GASIN由第1

3、4塊板上方進(jìn)料，相當(dāng)于第10塊板下方。Calculation typeEquilibriumNumber of stages13CondenserNoneReboilerNoneValid phasesVapor-LiquidConvergenceStandardFeed stageWATER1GASIN14Pressure(kPa)Stage 1101.325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(yùn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3-2所示。此時(shí)SO2 吸收率為。圖3-2 初步計(jì)算結(jié)果步驟6：分離要求的設(shè)定，塔板數(shù)固定時(shí)，吸收劑用量的求解。運(yùn)用 “Design

4、Specifications”功能進(jìn)行計(jì)算，在“Blocks|B1|Design Spec”下，建立分離要求“1”。在“Blocks|B1|Design Spec|1| Specifications”頁(yè)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(yè)面，選定 “SO2”為目標(biāo)組分；在“Feed/Product Streams”頁(yè)面，選擇“LOUT”為參考物流。 圖3-3 Design Spec-1的定義 圖3-4 Vary-1的定義在“Blocks|B1|Vary”下，定義變量“1”。在“Blocks|B1|

5、Vary|1|Specifications”頁(yè)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(yùn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3-5所示。當(dāng)塔板數(shù)為13時(shí)，要達(dá)到95%的吸收率，需用水386.44kmol/h。圖3-5 吸收劑用量計(jì)算結(jié)果步驟6：吸收塔的優(yōu)化，吸收劑用量對(duì)塔板數(shù)靈敏度分析。使用“Sensitivity”功能進(jìn)行分析。在“Modle Analysis Tools|Sensitivity”目錄，創(chuàng)建一個(gè)靈敏度分析文件“S-1”。在“S-1|Input|Define”頁(yè)面，定義因變量“FLOW”，用于記錄進(jìn)塔水流量，結(jié)果如圖3-

6、6所示。圖3-6 定義靈敏度分析參數(shù)在“S-1|Input|Vary”頁(yè)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(yè)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(shí)，塔底氣體的進(jìn)料位置也隨之改變。運(yùn)用Calculator功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。在“Flowsheeting Options|Calculator”目錄，創(chuàng)建一個(gè)計(jì)算器文件“C-1”。在“C-1|Input|Define”頁(yè)面，定義2個(gè)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

7、塔板數(shù)。圖3-8 定義計(jì)算器變量在“C-1|Input|Calculate”頁(yè)面，編寫(xiě)塔底氣體進(jìn)料位置的Fortran語(yǔ)言計(jì)算語(yǔ)句，如圖3-9所示。圖3-9 編寫(xiě)Fortran計(jì)算語(yǔ)句在“C-1|Input|Sequence”頁(yè)面，定義計(jì)算器計(jì)算順序，如圖3-10所示。在塔B1前計(jì)算。圖3-10 定義計(jì)算器順序至此，吸收塔靈敏度分析計(jì)算所需要的信息已經(jīng)全部設(shè)置完畢，運(yùn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3-11、圖3-12所示。圖3-12為利用Aspen內(nèi)Plot功能，吸收劑用量對(duì)塔板數(shù)作圖結(jié)果。 圖3-11 靈敏度分析計(jì)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

8、板數(shù)為大于10時(shí)，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“Blocks|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(yùn)行計(jì)算。結(jié)果如圖3-13所示。此時(shí)，水用量為399.75kmol/h，7200kg/h。圖3-13 填料塔最終工藝計(jì)算結(jié)果（4）填料塔設(shè)計(jì)首先進(jìn)行塔徑計(jì)算。在“Blocks|B1|Pack Sizing”文件夾中，建立一個(gè)填料計(jì)算文件“1”。在“Pack Sizing|1|Specifications”頁(yè)面，填寫(xiě)填料位置、選用的填料型號(hào)、等板高度等信息，如圖3-14所示。其中填料為塑料階梯環(huán)（PLAS

9、TIC CMR），等板高度設(shè)定為0.45m。KOCH公司的塑料階梯環(huán)，在Aspen Plus7.2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(fèi)用也增多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)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(hào)，其濕填料因子為103.36（1/m）。運(yùn)行計(jì)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(jì)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0.62，最大負(fù)荷因子0.0537m/s，塔壓降0.0093bar，平均壓降1.73mmHg/m，液體最大表觀流速0.0046m/s，比表面積為164/m³。本例題填料塔初步計(jì)算塔徑為752mm，此時(shí)最大負(fù)荷分率為0.62，相對(duì)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(gè)填料核算文件“1”， 在“Pack Rating|1|Specifications”頁(yè)面，填寫(xiě)填料位置、選用的填料型號(hào)、等板高度等信息，如圖3-16所示。運(yùn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3-17所示。圖3-16 填料塔核算參數(shù)設(shè)置圖3-17 填料塔核算參數(shù)設(shè)置由圖3-17可知，當(dāng)