水吸收二氧化硫過(guò)程填料塔設(shè)計(jì)

1、齊 齊 哈 爾 大 學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書水吸收SO2填料塔(3200m3/h)學(xué) 院：食品與生物工程學(xué)院 專 業(yè) 班： 生工112班 姓 名： 蔣燕妮 學(xué) 號(hào)： 2011053072 指導(dǎo)教師： 趙國(guó)君 設(shè)計(jì)時(shí)間：2014.06.2307.06 摘要 吸收是利用混合氣體中各組分在液體中的溶解度的差異來(lái)分離氣態(tài)均相混合物的一種單元操作。在化工生產(chǎn)中主要用于原料氣的凈化，有用組分的回收等。 氣液兩相的分離是通過(guò)它們密切的接觸進(jìn)行的，在正常操作下，氣相為連續(xù)相而液相為分散相，氣相組成呈連續(xù)變化，氣相中的成分逐漸被分離出來(lái)。填料塔是氣液呈連續(xù)性接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備，屬微分接觸逆流操作過(guò)程。塔的底部有

2、支撐板用來(lái)支撐填料，并允許氣液通過(guò)。支撐板上的填料有整砌和亂堆兩種方式。填料層的上方有液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑于填料層上。填料層的空隙率超過(guò)90%，一般液泛點(diǎn)較高，單位塔截面積上填料塔的生產(chǎn)能力較高，研究表明，在壓力小于0.3MPa時(shí)，填料塔的分離效率明顯優(yōu)于板式塔。這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是用水吸收空氣中的二氧化硫，然后再進(jìn)行解吸處理得到二氧化硫。要求設(shè)計(jì)包括塔徑、填料塔高度、塔管的尺寸等，需要通過(guò)物料衡算得到所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行所需尺寸的計(jì)算得到各種設(shè)計(jì)參數(shù)，為圖的繪制打基礎(chǔ)，提供數(shù)據(jù)參考。關(guān)鍵詞：水；二氧化硫；吸收；填料塔；物料衡算Abstract Absorption is a

3、n important unit operation in the differences in solubility using mixture gas in the liquid in the separation of gaseous homogeneous mixture. In the chemical production is mainly used for purifying raw gas, recovery of valuable components etc. Separation of gas-liquid two-phase is close contact with

4、 them, in normal operation, the gas phase as the continuous phase and the liquid phase is dispersed phase, gas phase composition of a continuous change, the gas phase composition was gradually isolated. The tower is gas-liquid in gas-liquid mass transfer equipment of continuous contact, belonging to

5、 differential contact counter-current operation. At the bottom of the tower with a supporting plate for supporting the filler, and allow the liquid through the. The support plate and a whole masonry filler has two ways. The liquid distribution device above the filler layer, so that the liquid is uni

6、formly sprayed on the filler layer. Void filler layer rate exceeds 90%, the general flooding points higher, the tower unit cross-sectional area of packing tower production capacity is higher, research shows that, the pressure is less than 0.3MPa, the separation efficiency of packed tower is obviousl

7、y better than that of the plate tower. The curriculum design task is the absorption of sulfur dioxide in air with water, and then desorption with sulfur dioxide. Design requirements including the tower diameter, height of packed tower, tower tube size, need through the material balance to get basic

8、data needed, and then calculate the required size of the various design parameters, for drawing foundation, to provide data for reference.Keywords: water; sulfur dioxide; absorption; packed tower; material balanceII目錄摘要IAbstractII設(shè)計(jì)任務(wù)書1第1章 緒論21.1吸收技術(shù)概況21.2吸收過(guò)程對(duì)設(shè)備的要求及設(shè)備的發(fā)展概況21.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用31.3.1吸收的應(yīng)用

9、概況31.3.2典型吸收過(guò)程3第2章 設(shè)計(jì)方案42.1吸收方法及吸收劑的選擇42.1.1吸收方法42.1.2吸收劑的選擇42.2吸收工藝的流程52.2.1吸收工藝流程的確定52.2.2吸收工藝流程圖62.3操作參數(shù)的選擇72.3.1操作溫度的選擇72.3.2操作壓力的選擇72.3.3吸收因子的選擇72.4吸收塔設(shè)備及填料的選擇82.4.1吸收塔的設(shè)備選擇82.4.2填料的選擇9第3章 吸收塔工藝的計(jì)算103.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)103.1.1液相物性數(shù)據(jù)103.1.2氣相物性數(shù)據(jù)103.1.3氣液平衡數(shù)據(jù)103.2物料衡算113.3塔徑的計(jì)算123.4填料層高度計(jì)算143.4.1傳質(zhì)單元高度計(jì)算14

10、3.4.2填料層高度Z的計(jì)算163.4.3填料層壓降P的計(jì)算:163.5液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)18 3.5.1選型183.5.2分布點(diǎn)密度計(jì)算193.5.3布液計(jì)算193.6填料塔附屬高度計(jì)算193.6.1塔上部空間高度193.6.2塔底液體保持高度193.7其他附屬塔內(nèi)件的選擇193.7.1液體分布器203.7.2液體再分布器213.7.3填料支撐板213.7.4填料壓板與床層限制板213.7.5氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置21結(jié)論22參考文獻(xiàn)24附錄25致謝26化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目水吸收二氧化硫過(guò)程填料吸收塔設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1、 設(shè)計(jì)任務(wù)生產(chǎn)能力（入塔爐氣流量） 3200

11、m3h二氧化硫吸收率 95% 入塔爐氣組成(含二氧化硫) 0.07 （摩爾分率）2、 操作條件入塔爐氣溫度 25 洗滌除去二氧化硫的清水溫度 20 操作壓強(qiáng) 常壓 吸收溫度 基本不變,可近似取為清水的溫度 3、填料類型 階梯環(huán)填料,填料規(guī)格自選 4、廠 址 齊齊哈爾地區(qū) 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說(shuō)明2、吸收塔的物料衡算3、吸收塔工藝尺寸計(jì)算4、填料層壓降的計(jì)算5、液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)6、填料吸收塔裝配圖(1號(hào)圖紙)7、設(shè)計(jì)評(píng)述8、參考資料 指導(dǎo)教師：趙國(guó)君 2014年 06 月 23日第1章 緒論1.1吸收技術(shù)概況在化學(xué)工業(yè)中，利用不同氣體組分在液體溶劑中的溶解度的差異，對(duì)其進(jìn)行選擇

12、性溶解，從而將混合物各組分分離的傳質(zhì)過(guò)程稱為吸收。氣體吸收過(guò)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(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作。實(shí)際生產(chǎn)中，吸收過(guò)程所用的吸收劑常需回收利用，故一般來(lái)說(shuō)，完整的吸收過(guò)程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分，因而在設(shè)計(jì)上應(yīng)將兩部分綜合考慮，才能得到較為理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。作為吸收過(guò)程的工藝設(shè)計(jì)，其一般性問(wèn)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(jìn)行過(guò)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(jìn)行過(guò)程的設(shè)備

13、選型或設(shè)備設(shè)計(jì)；（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(jì)說(shuō)明書。1.2吸收過(guò)程對(duì)設(shè)備的要求及設(shè)備的發(fā)展概況近年來(lái)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中。對(duì)于吸收過(guò)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(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則需對(duì)吸收過(guò)程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)多方面對(duì)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(guò)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(jiǎn)單，造價(jià)低，便于安裝、操作和維修等。 但是吸收

14、過(guò)程，一般具有液氣比大的特點(diǎn)，因而更適用填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過(guò)程節(jié)能。所以對(duì)于吸收過(guò)程來(lái)說(shuō)，以采用填料塔居多。近年來(lái)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(shí)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(jì)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(jì)。在今后的化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)中，對(duì)吸收設(shè)備的要求及效率將會(huì)有更高的要求，所以日益完善的吸收設(shè)備會(huì)逐漸應(yīng)用于實(shí)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)用概況在化工生產(chǎn)中，原料氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣

15、體保護(hù)環(huán)境等方面得到了廣泛的應(yīng)用，在研究和開發(fā)過(guò)程中，在方法上多從吸收過(guò)程的傳質(zhì)速率著手，希望在整個(gè)設(shè)備中，氣液兩相為連續(xù)微分接觸過(guò)程，這一特點(diǎn)則與填料塔得到了良好的結(jié)合，由于填料塔的通量大，阻力小，使得其在某些處理量大要求壓降小的分離過(guò)程中備受青睞，尤其近年高效填料塔的開發(fā)，使得填料塔在分離過(guò)程中占據(jù)了重要的位置。吸收在化工的應(yīng)用大致有以下幾種：（1） 原料氣的凈化。（2） 有用組分的回收。（3） 某些產(chǎn)品的制取。（4） 廢氣的處理。1.3.2典型吸收過(guò)程煤氣脫苯為例:在煉焦及制取城市煤氣的生產(chǎn)過(guò)程中，焦?fàn)t煤氣內(nèi)含有少量的苯、甲苯類低碳?xì)浠衔锏恼羝s35）應(yīng)予以分離回收，所用的吸收溶劑為

16、該工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(gè)大部分。含苯煤氣在常溫下由底部進(jìn)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(guò)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(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(gè)稱為解吸塔的設(shè)備中進(jìn)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(guò)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

17、）經(jīng)冷卻后可作為吸收溶劑再次送入吸收塔循環(huán)使用.27第2章 設(shè)計(jì)方案 吸收過(guò)程的設(shè)計(jì)方案主要包括吸收劑的選擇、吸收流程的選擇、解吸方法選擇、設(shè)備類型選擇、操作參數(shù)的選擇等內(nèi)容.用水吸收S02屬中等溶解度的吸收過(guò)程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且S02不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?.1吸收方法及吸收劑的選擇2.1.1吸收方法 完成同一吸收任務(wù)，可選用不同吸收劑，從而構(gòu)成了不同的吸收方法，如以合成氨廠變換器脫CO2的為例，若配合焦?fàn)t氣為原料的制氫工藝，宜選用水，碳酸丙烯酯，冷甲酸等作吸收劑，既能脫CO2，又能脫除有機(jī)雜質(zhì)。后繼配以堿洗和低溫液氨洗構(gòu)成了一個(gè)完整的凈化體系，若以

18、天然氣為原料制H2和N2時(shí)，宜選用催化熱碳酸鉀溶液作吸收劑，凈化度高。后繼再配以甲烷化法，經(jīng)濟(jì)合理。其中，前者為物理吸收，后者則為化學(xué)吸收。一般而言，當(dāng)溶劑含量較低，而要求凈化度又高時(shí)，宜采用化學(xué)吸收法；若溶質(zhì)含量較高，而凈化度又不很高時(shí)，宜采用物理吸收法。2.1.2吸收劑的選擇對(duì)于吸收操作,選擇適宜的吸收劑,具有十分重要的意義.其對(duì)吸收操作過(guò)程的經(jīng)濟(jì)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(wèn)題.(一)對(duì)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下,吸收劑的用量小,可以有效地減少吸收劑循環(huán)量,這對(duì)于減少過(guò)程功耗和

19、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(dòng)力大,則可以提高吸收效率,減小塔設(shè)備的尺寸.(二)對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性,即要求選用的吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度,而對(duì)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(guò)程中吸收劑的損失,提高吸收過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性.(四)再生性能好由于在吸收劑再生過(guò)程中,一般要對(duì)其進(jìn)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(duì)吸收過(guò)程能耗的影響極大,選用具有良好再生性能的吸收劑,往往能有效地降低

20、過(guò)程的能量消耗.以上四個(gè)方面是選擇吸收劑時(shí)應(yīng)考慮的主要問(wèn)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(xué)性能和經(jīng)濟(jì)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(dòng)性能和分布性能.良好的化學(xué)性能主要指其具有良好的化學(xué)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(shí)要求吸收劑盡可能無(wú)毒、無(wú)易燃易爆性,對(duì)相關(guān)設(shè)備無(wú)腐蝕性(或較小的腐蝕性).吸收劑的經(jīng)濟(jì)性主要指應(yīng)盡可能選用廉價(jià)易得的溶劑.表21 物理吸收劑和化學(xué)吸收劑的特性物理吸收劑化學(xué)吸收劑（1）吸收容量（溶解度）正比于溶質(zhì)分壓（2）吸收熱效應(yīng)很小（近于等溫）（3）常用降壓閃蒸解吸（4）適于溶質(zhì)含量高，而凈化度要求

21、不太高的場(chǎng)合（5）對(duì)設(shè)備腐蝕性小，不易變質(zhì)（1）吸收容量對(duì)溶質(zhì)分壓不太敏感（2）吸收熱效應(yīng)顯著（3）用低壓蒸汽氣提解吸（4）適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場(chǎng)合（5）對(duì)設(shè)備腐蝕性大，易變質(zhì)2.2吸收工藝的流程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(jìn)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。（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

22、體溶質(zhì)濃度較低，同時(shí)過(guò)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(dá)到規(guī)定的吸收要求，但過(guò)程的操作費(fèi)用較高，從經(jīng)濟(jì)性的角度分析不夠適宜時(shí)，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(guò)程中最常用的流程，如過(guò)程無(wú)特別需要，則一般采用單塔吸收流程。若過(guò)程的分離要求較高，使用單塔操作時(shí)，所需要的塔體過(guò)高，或采用兩步吸收流程時(shí)，則需要采用多塔流程（通常是雙塔吸收流程）（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(dòng)力大，分離效率高（具有多個(gè)理論級(jí)的分離能力）的

23、顯著優(yōu)點(diǎn)而 廣泛應(yīng)用。工程上，如無(wú)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(dāng)液相噴淋量過(guò)小時(shí)，將降低填料塔的分離效率，因此當(dāng)塔的液相負(fù)荷過(guò)小而難以充分潤(rùn)濕填料表面時(shí)，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。2.2.2吸收工藝流程圖2.3操作參數(shù)的選擇2.3.1操作溫度的選擇對(duì)于物理吸收而言,降低操作溫度,對(duì)吸收有利.但低于環(huán)境溫度的操作溫度因其要消耗大量的制冷動(dòng)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(duì)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(duì)于化學(xué)吸收,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)

24、反應(yīng)的性質(zhì)而定,既要考慮溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的影響,也要考慮對(duì)化學(xué)平衡的影響,使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度.對(duì)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.2.3.2操作壓力的選擇對(duì)于物理吸收,加壓操作一方面有利于提高吸收過(guò)程的傳質(zhì)推動(dòng)力而提高過(guò)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,專門為吸收操作而為氣體加壓,從過(guò)程的經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(duì)于化學(xué)吸收,若過(guò)程由質(zhì)量傳遞過(guò)程控制,則提高操作壓力有利,若為化學(xué)反應(yīng)

25、過(guò)程控制,則操作壓力對(duì)過(guò)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(duì)減小塔徑仍然是有利的.對(duì)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.2.3.3吸收因子的選擇吸收因子是一個(gè)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(guò)程參數(shù).式中 -氣體處理量, . m-氣體相平衡常數(shù).吸收因子的值的大小對(duì)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性影響很大,選取較大的吸收因子,則過(guò)程的設(shè)備費(fèi)用降低而操作費(fèi)用升高,在設(shè)計(jì)上,兩者的數(shù)值應(yīng)以過(guò)程的總費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)

26、計(jì)后確定.從經(jīng)驗(yàn)上看,吸收操作的目的不同,該值也有所不同.一般若以凈化氣體或提高溶質(zhì)的回收率為目的,則值宜在1.22.0之間,一般情況可近似取=1.4.而對(duì)于以制取液相產(chǎn)品為目的吸收操作, 值可以取小于1.工程上更常用的確定吸收劑用量(或氣提氣用量)的方法是利用求過(guò)程的最小液氣比(對(duì)于再生過(guò)程求最小氣液比),進(jìn)而確定適宜的液氣比,即 對(duì)于低濃度氣體吸收過(guò)程,由于吸收過(guò)程中氣液相量變化較小,則有 2.4吸收塔設(shè)備及填料的選擇2.4.1吸收塔的設(shè)備選擇對(duì)于吸收過(guò)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(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的首要工作.而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則需對(duì)吸收過(guò)程進(jìn)行充分的

27、研究后,并經(jīng)多方案對(duì)比方能得到較滿意的結(jié)果.一般而言,吸收用塔設(shè)備與精餾過(guò)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(jiǎn)單,造價(jià)低,易于制造、安裝、操作和維修等.但作為吸收過(guò)程,一般具有操作液起比大的特點(diǎn),因而更適用于填料塔.此外,填料塔阻力小,效率高,有利于過(guò)程節(jié)能,所以對(duì)于吸收過(guò)程來(lái)說(shuō),以采用填料塔居多.但在液體流率很低難以充分潤(rùn)濕填料,或塔徑過(guò)大,使用填料塔不經(jīng)濟(jì)的情況下,以采用板式塔為宜.2.4.2填料的選擇 各種填料的結(jié)構(gòu)差異較大，具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在使用上應(yīng)根據(jù)具體情況選擇不同的塔填

28、料。在選擇塔填料時(shí)，應(yīng)該考慮如下幾個(gè)問(wèn)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(duì)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(duì)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(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，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(jià)升高。 （3）對(duì)于水吸收S02的過(guò)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。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

29、選用DN38聚丙稀階梯環(huán)填料。 第3章 吸收塔工藝的計(jì)算3 吸收塔的工藝計(jì)算 3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.1液體物料數(shù)據(jù)對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查的，20時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度： 粘度：表面張力：940896kg/h2 SO2在水中擴(kuò)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混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)得25空氣度為查手冊(cè)得二氧化硫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得，常壓下25時(shí)，二氧化硫在水中的亨利常數(shù)為 相平衡常數(shù)為 溶解度系數(shù)為 3.2 物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為 出塔氣相摩爾比為

30、進(jìn)塔惰性氣相流量為 該吸收過(guò)程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣量比可按下式計(jì)算，即對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為 取操作液氣比為： 3.3塔徑計(jì)算采用Eckert通過(guò)關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速氣相質(zhì)量流量為 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即Eckert通過(guò)關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為 查圖得 查表填料類型填料因子,1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬階梯環(huán)160140塑料鮑爾環(huán)55028018414092塑料階梯環(huán)260170127瓷距鞍1100550200226瓷拉西環(huán)1300832600410得： 取 由圓整塔徑，取泛點(diǎn)率校核： (在允許的范圍內(nèi))填料類型公稱直徑mm外徑

31、5;高×厚/mm比表面積m2 /m3空隙率個(gè)數(shù)m-2堆積密度kg/m3干填料因子m-1塑料階梯環(huán)2525×12.5×1.422890%8150097.83123838×19×10132.591%2720057.51755050×25×1.5114.282.7%1074054.81437676×38×3.09092.9%342068.4112填料規(guī)格校核： 液體噴淋密度校核：取最小潤(rùn)濕速率為 查附錄五得 ： 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。3.4填料層高度計(jì)算 脫吸因數(shù)為 3.4.1傳質(zhì)單元高度數(shù)計(jì)算

32、=7.022 氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算 查表得常見材質(zhì)的臨界表面張力值材質(zhì)碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯鋼石蠟表面張力，dyn/cm56617333407520得： 液體質(zhì)量通量為 氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： 氣體質(zhì)量通量為： 液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： 由 ，常見填料的形狀系數(shù)填料類型球形棒形拉西環(huán)弧鞍開孔換值0.720.7511.191.45得： 則 由 , 得 則 由 由 3.4.2 填料層填料層高度計(jì)算 查表可得填料類型h/Dhmax拉西環(huán)2.54m矩鞍586m鮑爾環(huán)5106m階梯環(huán)8156m環(huán)矩鞍8156m對(duì)于階梯環(huán)填料，h/D=815,hmax6mm取h/D=8，則h=8&#

33、215;12009600mm計(jì)算得填料層高度為6000mm，故不需要分段。 3.4.3填料層壓降P計(jì)算 采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降。 橫坐標(biāo)為 查表817得， 縱坐標(biāo)為 查表518散裝填料壓降填料因子平均值填料類型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾環(huán)30611498金屬環(huán)矩鞍13893.47136金屬階梯環(huán)11882塑料鮑爾環(huán)34323211412562塑料階梯環(huán)17611689瓷矩鞍環(huán)700215140160瓷拉西環(huán)1050576450288得： 填料層壓降為 3.5液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)3.51選型該吸收塔相負(fù)合較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式液

34、體分布器3.5.2分布點(diǎn)密度計(jì)算按Eckert建議值，D1200時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)/m2，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為120點(diǎn)/m2。布液點(diǎn)數(shù)為按分布點(diǎn)幾何均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：二級(jí)槽共設(shè)七道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為80mm，槽高度為210mm，兩槽中心距為160mm。分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)位n=132點(diǎn)，布液點(diǎn)示意圖如圖所示。3.5.3 布液計(jì)算由取=0.60，=160mm3.6填料塔附屬高度計(jì)算 3.6.1塔上部空間高度 塔上部空間高度可取1.59m,塔底液相停留時(shí)間按1min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

35、取1.5m,所以塔的附屬高度可以取4.60m.從而得知總高度為H=1.51+1.59+1.50+6.00=10.60m 3.6.2塔底液體保持高度液位高度的確定應(yīng)和布液孔徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，使各項(xiàng)參數(shù)均在適宜的尺寸范圍內(nèi)。最高液位的范圍通常在200500mm之間，而布液孔的直徑在3mm以上，k為孔流系數(shù)，其值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定，在雷諾數(shù)大于1000的情況下，可取0.600.62。取布液孔直徑為15mm，則液位高度可由下式求得。m液位保持的高度由液體最大流率的最高液位決定，一般取最高液位的1.121.15倍，則 在200500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(jiǎn)單的進(jìn)

36、氣分布裝置,同時(shí)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求嚴(yán)格,應(yīng)設(shè)除液沫裝置,為防止填料由于氣流過(guò)大而是翻,應(yīng)在填料上放置一個(gè)篩網(wǎng)裝置,防止填料上浮.3.7.1液體分布器液體在填料塔頂噴淋的均勻狀況是提供塔內(nèi)氣液均勻分布的先決條件，也是使填料達(dá)到預(yù)期分離效果的保證。為此，分布器設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）、為保證液體在塔截面上均布，顆粒型（散裝）填料的噴淋點(diǎn)數(shù)為4080個(gè)/m2（環(huán)形填料自分布性能差應(yīng)取高值），此外，為減少壁流效應(yīng)，噴淋孔的分布應(yīng)使近塔壁520區(qū)域內(nèi)的液體流量不超過(guò)總液量的10。規(guī)整填料一般為100200個(gè)/噴淋點(diǎn)。（2）、噴淋孔徑不宜小于2，以免引起堵塞，孔徑也不宜過(guò)大，否則液位高度難

37、維持穩(wěn)定。3.7.1.1多孔型液體分布器多孔型液體分布器系借助孔口以上的液層靜壓或泵送壓力使液體通過(guò)小孔注入塔內(nèi)。3.7.1.2直管式多孔分布器根據(jù)直管液量的大小，在直管下方開24排對(duì)稱小孔，孔徑與孔數(shù)依液體的流量范圍確定，通常取孔徑26，孔的總面積與及進(jìn)液管截面積大致相等，噴霧角根據(jù)塔徑采用30°或45°，直管安裝在填料層頂部以上約300。此形分布器用于塔徑600800，對(duì)液體的均布要求不高的場(chǎng)合。根據(jù)要求，也可以采用環(huán)形管式多孔分布器。3.7.1.3排管式多孔分布器支管上孔徑一般為35，孔數(shù)依噴淋點(diǎn)要求決定。支管排數(shù)、管心距及孔心距依塔徑和液體負(fù)荷調(diào)整。一般每根支管上可

38、開13排小孔，孔中心線與垂直線的夾角可取15°、22.5°、30°或45°等，取決于液流達(dá)到填料表面時(shí)的均布狀況。主管與支管直徑由送液推動(dòng)力決定，如用液柱靜壓送液，中間垂直管和水平主管內(nèi)的流速為0.20.3m/s，支管流速取為0.150.2m/s；采用泵送液則流速可提高。3.7.2液體再分布器當(dāng)塔頂噴淋液體沿填料層下流時(shí)，存在向塔壁流動(dòng)的趨勢(shì)，導(dǎo)致壁流增加。此外，塔體傾斜、保溫不良等也會(huì)加劇壁流現(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(guò)某一數(shù)值時(shí)，填料層需分段。在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集自傷以填料層來(lái)的液體，為下一填料層提供均勻的

39、液體分布。3.7.3填料支撐板填料支撐板用于支撐塔填料及其所特有的氣體、液體的質(zhì)量，同時(shí)起著氣液流道及其體均布作用。故要求支撐板上氣液流動(dòng)阻力太大，將影響塔的穩(wěn)定操作甚至引起塔的液泛。支撐板大體分為兩類，一類為氣液逆流通過(guò)的平板支撐板，板上有篩孔或?yàn)闁虐迨剑涣硪活愃箽怏w噴射型，可分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支撐板和梁式氣體噴射型支撐板。平板型支撐板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但自由截面分率小，且因氣液流同時(shí)通過(guò)板上篩孔或柵縫，故板上存在液位頭。氣體噴射性支撐板氣液分道，即有利于氣體的均勻分配，又避免了液體在板上聚集。梁式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，裝卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允許氣液負(fù)荷較大，其應(yīng)用日益受到重視。當(dāng)

40、塔內(nèi)氣液負(fù)荷較大或負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動(dòng)或相互撞擊，破壞塔的正常操作甚至損壞填料，為此，一般在填料層頂部設(shè)壓板或床層限制板。 3.7.4填料壓板與床層限制板填料壓板系藉自身質(zhì)量壓住填料但不致壓壞填料；限制板的質(zhì)量輕，需固定于塔壁上。一般要求壓板或限制板自由截面分率大于70。 3.7.5氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對(duì)500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對(duì)1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b置。氣體出口裝置既要保

41、證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡(jiǎn)單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口氣速可取0.81.5m/s（必要時(shí)可加大些）管徑依氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)定進(jìn)行圓整.結(jié)論結(jié)果匯總表水(20)密度998.2kg/黏度0.001 Pa.s=3.6kg/(m.h)表面張力 72.6dyn/cm=940896在水中的擴(kuò)散系數(shù)5.29混合氣體的平均摩爾質(zhì)量31.45kg/kmol混合氣體

42、的平均密度1.286空氣粘度(25)SO2(20水中)亨利系數(shù) 相平衡常數(shù)35.04溶解度系數(shù)進(jìn)塔氣相摩爾比0.0753出塔氣相摩爾比0.00377進(jìn)塔惰性氣相流量121.71最小液氣比46.61出塔液相組成0.0015進(jìn)塔液相組成0進(jìn)塔氣相組成0.0753出塔氣相組成0.00377氣相質(zhì)量流量為4115.2Kg/h液相質(zhì)量流量102112.2Kg/h液體密度校正系數(shù)1泛點(diǎn)填料因子170m泛點(diǎn)氣速1.197 m/s空塔氣速0.840 m/s塔徑1.2m最小潤(rùn)濕速率0.08填料的比表面積132.5最小噴淋密度10.6液體噴淋密度90.50脫吸因數(shù)0.752氣相總傳質(zhì)單元數(shù)7.022氣相總傳質(zhì)單元高度0.631m聚丙稀表面張力33dyncm=427680kgh2液體質(zhì)量通量102112.2(·h)氣體質(zhì)量通量4115.2(h)氣膜吸收系數(shù)0.0380kmol(hkPa)液膜吸收系數(shù)1.257mh總體積傳質(zhì)系數(shù)1.596 kmol/(m)塔高6m填料層壓降1648.08Pa塔上部空間高度1.59m塔釜1.51m氣體管所占高度1.5m塔總高=1.59+1.51+1.5+6=10.60m參考文獻(xiàn)1夏青、陳常貴主編.化工原理（上下冊(cè)）.天津大學(xué)出版社，19992化學(xué)工程手冊(cè)編輯委員會(huì).第12篇.氣體吸收.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,19823化學(xué)工程手冊(cè)