水吸收二氧化硫填料塔課程設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目： 水吸收SO2填料塔的設(shè)計(jì) 姓 名 ： 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 2015年1月5日設(shè)計(jì)任務(wù)書1 設(shè)計(jì)題目： 水吸收SO2過程填料吸收塔的設(shè)計(jì)2 設(shè)計(jì)任務(wù)： 混合氣處理量：1950 m3/h 混合氣中SO2含量(體積分?jǐn)?shù))：33%操作壓力：常壓操作溫度：20 設(shè)計(jì)目的： SO2的回收率不低于：99% 吸收劑的用量與最小用量比：1.1-1.53 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）吸收塔的物料衡算； （2）吸收塔的工藝尺寸計(jì)算； （3）填料層壓降的計(jì)算； （4）液體分布器簡要設(shè)計(jì)； （5）吸收塔接管尺寸計(jì)算； （6）繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖； （7）對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題討論。目

2、錄第一章 緒論11.1吸收技術(shù)概況11.2吸收設(shè)備發(fā)展11.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用3第二章 設(shè)計(jì)方案42.1吸收劑的選擇42.2吸收流程的選擇52.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇62.3.1吸收塔的設(shè)備選擇62.3.2填料的選擇62.4吸收劑再生方法的選擇82.5操作參數(shù)的選擇8第三章 吸收塔的工藝計(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氣液相平衡數(shù)據(jù)103.2物料衡算113.3填料塔的工藝尺寸的計(jì)算123.3.1塔徑的計(jì)算123.3.2泛點(diǎn)率校核133.3.3填料規(guī)格校核:143.3.4液體噴淋密度校核143.4填料塔填料高度計(jì)算153.4.1

3、傳質(zhì)單元高度計(jì)算153.4.2傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算173.4.3填料層高度計(jì)算173.5填料塔附屬高度計(jì)算183.6 液體分布器計(jì)算183.6.1液體分布器183.6.2布液孔數(shù)213.6.3 液體保持管高度213.6.4 液體再分布器-升氣管式液體再分布器223.7其他附屬塔內(nèi)件的選擇223.7.1填料支承板223.7.2除沫器（除霧器）223.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)的計(jì)算233.8.1吸收塔的壓力降233.8.2吸收塔接管尺寸計(jì)算24第四章 附表與附圖25工藝設(shè)計(jì)主要符號(hào)說明27設(shè)計(jì)總結(jié)29主要參考文獻(xiàn)30第1章 緒論1.1吸收技術(shù)概況當(dāng)氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，氣體中的一個(gè)或者幾個(gè)組分溶解

4、與液體中，而不能溶解的組分仍留在氣體中，使氣體得以分離。吸收過程是化工生產(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，吸收過程所用的吸收劑常需回收利用，故一般來說，完整的吸收過程應(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。作為吸收過程的工藝設(shè)計(jì)，其一般性問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)行過程的設(shè)

5、備選型或設(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)說明書。1.2吸收設(shè)備發(fā)展在吸收過程中，質(zhì)量交換是在兩相接觸面上進(jìn)行的。因此，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：（1）表面吸收器 吸收器中兩相間的接觸面是靜止液面（表面吸收器本身的液面）或流動(dòng)的液膜表面（膜式吸收器）。這類設(shè)備中的接觸表面在相當(dāng)大的程度上決定于吸收器構(gòu)件的幾何表面。這類設(shè)備還可分為以下幾種基本類型： 水平液面的表面吸收器：在這類吸收器中，氣體在靜止不動(dòng)或緩慢流動(dòng)的液面上通過，液面即為傳質(zhì)表面，由于傳質(zhì)表面不大，所以此種表面吸收器只適用于生產(chǎn)規(guī)模較小的場合。

6、通常將若干個(gè)氣液逆流運(yùn)動(dòng)的吸收器串聯(lián)起來使用。為了能使液體自流，可將吸收器排列成階梯式，即沿流體的流向，后一個(gè)吸收器低于前一個(gè)吸收器。水平液面的表面吸收器的效率極低，現(xiàn)在應(yīng)用已很有限。只有從體積量不大的氣體中吸收易溶組分，并同時(shí)需要散除熱量的情況下才采用它們。這類吸收器有時(shí)還用于吸收高濃度氣體混合物中的某些組分。 液膜吸收器：在液膜吸收器中，氣液兩相在流動(dòng)的液膜表面上接觸。液膜是沿著圓管或平板的縱向表面流動(dòng)的。已知有三種類型的液膜吸收器： 列管式吸收器：液膜沿垂直圓管的內(nèi)壁流動(dòng)；板狀填料吸收器：填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的兩測流動(dòng)；升膜式吸收器：液膜向上（反向）流動(dòng)。目前，液膜吸收器

7、應(yīng)用比較少，其中最常見的是列管式吸收器，常用于從高濃度氣體混合物同時(shí)取出熱量的易溶氣體（氯化氫，二氧化硫）的吸收。填料吸收器 填料吸收器是裝有各種不同形狀填料的塔。噴淋液體沿填料表面流下，氣液兩相主要在填料的潤濕表面上接觸。設(shè)備單位體積內(nèi)的填料表面積可以相當(dāng)大，因此，能在較小的體積內(nèi)得到很大的傳質(zhì)表面。但在很多情況下，填料的活性接觸表面小于其幾何表面。 填料吸收器：填料吸收器一般作成塔狀，塔內(nèi)裝有支撐板，板上堆放填料層。噴淋的液體通過分布器灑向填料。在吸收器內(nèi)，填料在整個(gè)塔內(nèi)堆成一個(gè)整體。有時(shí)也將填料裝成幾層，每層的下邊都設(shè)有單獨(dú)的支撐板。當(dāng)填料分層堆放時(shí)，層與層之間常裝有液體再分布裝置。在填

8、料吸收器中，氣體和液體的運(yùn)動(dòng)經(jīng)常是逆流的。而很少采用并流操作。但近年來對在高氣速條件下操作的并流填料吸收器給予另外很大的關(guān)注。在這樣高的氣速下，不但可以強(qiáng)化過程和縮小設(shè)備尺寸，而且并流的阻力降也要比逆流時(shí)顯著降低。這樣高的氣速在逆流時(shí)因?yàn)闀?huì)造成液泛，是不可能達(dá)到的。如果兩相的運(yùn)動(dòng)方向?qū)ν苿?dòng)力沒有明顯的影響，就可以采用這種并流吸收器。填料吸收器的不足之處是難于除去吸收過程中的熱量。通常使用外接冷卻器的辦法循環(huán)排走熱量。曾有人提出在填料層中間安裝冷卻組件從內(nèi)部除熱的設(shè)想，但這種結(jié)構(gòu)的吸收器沒有得到推廣。 機(jī)械液膜吸收器：機(jī)械液膜吸收器可分為兩類。在第一類設(shè)備中，機(jī)械作用用來生成和保持液膜。屬于這一

9、類的有圓盤式液膜吸收器。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到液面上方時(shí)，便被生成的液膜所覆蓋，吸收過程就在這一層液膜表面上進(jìn)行。圓盤的圓周速度為0.20.3米/秒。這種吸收器的傳質(zhì)系數(shù)與填料吸收器相近。第一類設(shè)備沒有什么明顯的優(yōu)點(diǎn)，并由于有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的存在而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，同時(shí)還增加了能量消耗。因此這類設(shè)備沒有得到推廣。第二類設(shè)備的實(shí)用意義較大。在這類設(shè)備中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)用來使兩相混合，促使傳質(zhì)過程得到強(qiáng)化。這種設(shè)備稱之為“轉(zhuǎn)子液膜塔”，常用于熱穩(wěn)定性較差物質(zhì)的精餾。顯然，這種設(shè)備也可用于吸收操作。（2）鼓泡吸收器在這種吸收器中，接觸表面是隨氣流而擴(kuò)展。在液體中呈小氣泡和噴射狀態(tài)分布。這樣的氣體運(yùn)動(dòng)（鼓泡）是以其通過充滿液體

10、的設(shè)備（連續(xù)的鼓泡）或通過具有不同形式塔板的塔來實(shí)現(xiàn)。在充填填料的吸收器中，也可看到氣體和液體相互作用的特征。這一類吸收器也包括以機(jī)械攪拌混合液體的鼓泡吸收器。鼓泡吸收器中，接觸表面是由流體動(dòng)力狀態(tài)（氣體和液體的流量）所決定的。（3）噴灑吸收器噴灑吸收器中的接觸表面是在氣相介質(zhì)中噴灑細(xì)小液滴的方法而形成的。接觸表面取決于流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)（液體流量）。這一類的吸收器有：吸收器中液體的噴灑是用噴霧器（噴灑或空心的吸收器）；用高速氣體運(yùn)動(dòng)流的高速并流噴灑吸收器；或用旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的機(jī)械噴灑吸收器。在這些不同形式的設(shè)備中，現(xiàn)在最通用的是填料及鼓泡塔板吸收器。1.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用在化工生產(chǎn)中所處理的

11、原料中間產(chǎn)物粗產(chǎn)品等幾乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，為進(jìn)一步加工和使用，常需將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。對于均相物系，要想進(jìn)行組分間的分離，必須要造成一兩個(gè)物系，利用原物系中各組分間某種物性的差異，而使其中某個(gè)組分（或某些組分）從一相轉(zhuǎn)移到另一相，以達(dá)到分離的目的。物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程稱為物質(zhì)傳遞過程。吸收單元操作是化學(xué)工業(yè)中常見的傳質(zhì)過程。氣體的吸收在化工生產(chǎn)中主要用來達(dá)到以下幾種目的 ：(1)有用組分的回收。例如用硫酸處理焦?fàn)t氣以回收其中的二氧化硫，用氣油處理焦?fàn)t氣以回收其中的芳烴，用液態(tài)烴處理裂解氣以回收其中的乙烯、丙烯等。(2)原料氣的凈化。例如用水和堿液脫除合成

12、二氧化硫原料氣中的二氧化碳，用丙酮脫除裂解氣中的乙炔等。(3)某些產(chǎn)品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氫以制備鹽酸，用水吸收甲醛以制備福爾馬林溶液等。(4)廢氣的治理。例如：電廠的鍋爐尾氣含二氧化硫。硝酸生產(chǎn)尾氣含一氧化氮等有害氣體，均須用吸收方法除去。38第二章 設(shè)計(jì)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(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下,吸收劑的用量小,可以有效地減少吸

13、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(dòng)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(jì)性。(四)再生性能好由于在吸收劑再生過程中,一般要對其進(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,對吸收過程能耗的影響極大,選用具有良好再

14、生性能的吸收劑,往往能有效。以上四個(gè)方面是選擇吸收劑時(shí)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(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(jì)性主要指應(yīng)盡可能選用廉價(jià)易得的溶劑。表1 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(jī)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、碳酸烯酯二氯乙烯煤油二氧化硫水

15、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(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體溶質(zhì)濃度較低，同時(shí)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(dá)到規(guī)定的吸收要求，但過程的操作費(fèi)用較高，從經(jīng)濟(jì)性的角度分析不夠適宜時(shí)，可以

16、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(shí)，所需要的塔體過高，或采用兩步吸收流程時(shí)，則需要采用多塔流程。典型的是雙塔吸收流程。（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）的顯著優(yōu)點(diǎn)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(dāng)液相噴淋量過小時(shí)，將降低填料塔的分離效率，因此當(dāng)塔的液

17、相負(fù)荷過小而難以充分潤濕填料表面時(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。2.3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(jì)的首要環(huán)節(jié)，選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能、以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)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(shí)，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(fù)荷，可選用填料塔。低的液體負(fù)荷，不宜采用填料塔

18、。液氣比波動(dòng)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(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的首要工作。而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則需對吸收過程進(jìn)行充分的研究后,并經(jīng)多方案對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(jià)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(diǎn),因而更適用于填料塔。此外,填料塔阻力小,效率高,有利于過程節(jié)能,所以對于吸收過程來說,以采用填

19、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(jì)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。填料品種很多，最古老的填料是拉西環(huán)；在國外被認(rèn)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(yàn)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(diǎn)，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(shí)，應(yīng)該考慮如下幾個(gè)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

20、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(gè)比較復(fù)雜的問題。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(jià)升高。(3) 填料尺寸的選擇 實(shí)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

21、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(shí)，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。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2 填料尺寸與塔徑的對應(yīng)關(guān)系塔徑/填料尺寸/D300300D900D9002025253850802.4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

22、生方法之一。在吸收塔內(nèi)，吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)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(jìn)行，若采用減壓再生，那么解吸操作需在真空條件下進(jìn)行，則過程可能不夠經(jīng)濟(jì)。（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(jìn)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

23、情況采用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(gè)過程的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，利用過程的模擬計(jì)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(dòng)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

24、為吸收操作而為氣體加壓,從過程的經(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。對于化學(xué)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(xué)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

25、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(xué)吸收,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定,既要考慮溫度對化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的影響,也要考慮對化學(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(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)。第三章 吸收塔的工藝計(jì)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，

26、溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得，20時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度為 L=998.2 kg/m3粘度為 L=0.001 Pas=3.6kg/(mh)表面張力為L=72.6dyn/cm=940896 kg/h2SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 DL=1.4710-5cm2/s=5.2910-6m2/h3.1.2氣相物性數(shù)據(jù)進(jìn)塔混合氣體溫度為20，M空氣=29kg/mol Mso2=64kg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，查手冊得20空氣的粘度為 G=1.81 10-5Pas=0.065kg/(mh)查手冊得SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 D

27、V=1.0810-5m2/s=0.039 m2/h3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得，常壓下20時(shí)SO2在水中的亨利系數(shù)為 E=3.55 103 kPa相平衡常數(shù)為 m=E/P=3.55103/101.3=35.04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比為進(jìn)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(jì)算，即對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)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(jì)算3.3.1塔徑的計(jì)算空塔氣速的確定通常由泛點(diǎn)氣速來確定空塔操作氣速。泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速的上限，填料塔的操作氣速必須小于泛點(diǎn)氣速，操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速

28、之比稱為泛點(diǎn)率。填料的泛點(diǎn)氣速可由Eckert通用關(guān)聯(lián)圖查得， 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(jì)算，即Eckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為： 圖一：填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖查圖得： 選用25mm25mm2.5mm亂堆瓷拉西環(huán)。 填料因子=450m-1 =1 取 由 圓整塔徑，取以上式中：泛點(diǎn)氣速，； -空塔氣速 ；液體密度，；氣體密度，；，氣液相質(zhì)量流量，；g重力加速度，9.81；液體黏度，； -填料因子，1/ m；3.3.2泛點(diǎn)率校核泛點(diǎn)率校核：（在允許范圍內(nèi)）對于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為：所以符合。3.3.3填料規(guī)格校核:填料規(guī)格校核 （在允許范圍內(nèi)）3.3.4液體噴淋

29、密度校核填料塔的液體噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計(jì)算式為： 式中：液體噴淋密度，； 液體噴淋量，； 填料塔直徑，。為使填料能獲得良好的潤濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以表示。對于散裝填料，其最小噴淋密度通常采用下式計(jì)算： 式中：最小噴淋密度，； 最小潤濕速率，； 填料的總比表面積，。最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。取最小潤濕速率:=0.08本次設(shè)計(jì)選用瓷拉西環(huán)填料，其=190，代入數(shù)值，得最小噴淋密度為：=最小噴淋密度的校核：求得液體噴淋密度為：= 所以液體噴淋密度符合要求，即填料塔直徑合理。3.4填料

30、塔填料高度計(jì)算3.4.1傳質(zhì)單元高度計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：查參考書得液體質(zhì)量通量為氣膜吸收系數(shù)有下式計(jì)算：氣體質(zhì)量通量為： 液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：由 ，查參考書得則因?yàn)?，故需要校正。由，?則有 由3.4.2傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)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(jì)算由 得根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層設(shè)計(jì)高度一般為 因此取 設(shè)計(jì)取填料層高度為查拉西環(huán)高度推薦值表對于 ， hmax4取，則 計(jì)算得填料塔高度為7000mm，故不需分段.表1散裝填料分段高度推薦值填料類型拉西環(huán)矩鞍鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)矩鞍h/D2.558510815815/m466663.5填料塔附屬高度計(jì)

31、算塔上部空間高度可取1.2m,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空間高度，底部空間高度可取2m，所以塔的附屬空間高度可以取為1.2+2=3.2米。因此塔的實(shí)際高度取H=7+3.2=10.2（m）3.6 液體分布器計(jì)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(jì)的基本要求。性能優(yōu)良的液體分布器設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足以下幾點(diǎn)：（1）液體分布均勻 評價(jià)液體分布的標(biāo)準(zhǔn)是：足夠的分布點(diǎn)密度；分布點(diǎn)的幾何均勻性；降液點(diǎn)間流動(dòng)的均勻性。 分布點(diǎn)密度 液體分布器分布點(diǎn)密度的選取與填料類型及規(guī)

32、格、塔徑大小、操作條件等密切相關(guān)，各種文獻(xiàn)推薦的值也相差較大。大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點(diǎn)密度越小;液體噴淋密度越小，分布點(diǎn)密度越大，對于散裝填料，填料尺寸越大，分布點(diǎn)密度越小。表3-1列出了散裝填料塔的分布點(diǎn)密度推薦值表2 Eckert的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦值塔徑，mm分布點(diǎn)密度，塔截面D=400330D=750170D120042 分布點(diǎn)的幾何均勻性 分布點(diǎn)在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點(diǎn)密度更為重要的問題。設(shè)計(jì)中，一般需要通過反復(fù)計(jì)算和繪圖排列，進(jìn)行比較，選擇最佳方案。分布點(diǎn)的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。 降液點(diǎn)間流動(dòng)的均勻性 為保證各分布點(diǎn)的流動(dòng)均勻需要分布器總體的設(shè)

33、計(jì)合理。精細(xì)的制作和正確的安裝，高性能的液體分布器，要求各分部點(diǎn)與平均流動(dòng)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(fù)荷與最小負(fù)荷之比。設(shè)計(jì)中，一般要求液體分布器的操作彈性為24，對于液體負(fù)荷變化很大的工藝過程，有時(shí)要求操作彈性達(dá)到10以上，此時(shí)，分布器必須特殊設(shè)計(jì)。（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(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100點(diǎn)m2。2.液體分布裝置也稱為液體噴淋裝置

34、。填料塔操作時(shí)，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(jì)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(diǎn)數(shù)，但是，由于結(jié)構(gòu)的限制，不可能將噴淋點(diǎn)設(shè)計(jì)的很多，同時(shí)如果噴淋點(diǎn)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(dòng)不均勻?qū)π实挠绊懯置舾?，孤影有較為嚴(yán)格的均勻分布要求。常用的填料噴淋點(diǎn)數(shù)可參照下列指標(biāo)：時(shí)，每30cm 2塔截面設(shè)計(jì)一個(gè)噴淋器時(shí)，每60cm 2塔截面設(shè)計(jì)一個(gè)噴淋器時(shí)，

35、每240cm 2 塔截面設(shè)計(jì)一個(gè)噴淋器任何程度的壁流都會(huì)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排直徑36mm的小孔，孔的總

36、截面積大致與進(jìn)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(dá)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(diǎn)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。噴灑外圈距塔壁x=70100

37、mm。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(jìn)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(shí)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(diǎn)是噴灑半徑大（最高時(shí)可達(dá)3m），液體流量大約為50200m3/h, 結(jié)構(gòu)簡單，不會(huì)堵塞。缺點(diǎn)是改變液體流量或液體壓頭時(shí)會(huì)影響半徑，因此應(yīng)在操作比較恒定計(jì)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(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對較低

38、的物系性質(zhì)可選用槽式液體分布器。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422，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為1202 。總布液孔數(shù)為 n= 0.7851.42 120=184.6點(diǎn)185點(diǎn)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=185點(diǎn)。圖二：槽式液體分布器二級(jí)槽的布液點(diǎn)示意圖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，值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定可取因此，取.則液位保持管中的液位高度可得（為孔流系數(shù)）在150mm500mm之間符合要求。h*=1.15h=1.150.058=0.0667(m)=66.7(mm)3.6.4 液體再分布器-升

39、氣管式液體再分布器在離填料頂面一定距離處，噴淋的液體便開始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔中心處填料的不到好的潤濕，形成所謂的“干錐體”的不正?，F(xiàn)象，減少了氣液兩相的有效接觸面積。因此每隔一定的距離設(shè)置液體再分布裝置，以克服此現(xiàn)象。 由于塔徑為1400mm，因此可選用升氣管式再分布器，分布外徑1280mm，升氣管數(shù)8。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(jìn)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填料支承板填料支承板既要具備一定的機(jī)械強(qiáng)度以承受填料層及其所持液的重量，又要

40、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(huì)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(shí)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)象較嚴(yán)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

41、，此時(shí)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(jì)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5m的液滴，效率可達(dá)98%99%，但壓強(qiáng)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?yàn)橐后w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

42、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。3.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)的計(jì)算3.8.1吸收塔的壓力降(1)氣體進(jìn)出口壓降:取氣體進(jìn)出口接管的內(nèi)徑為152mm,則氣體的進(jìn)出口流速為則進(jìn)口壓強(qiáng)為 （突然擴(kuò)大 =1） 出口壓強(qiáng)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(jì)算,其中橫坐標(biāo)為查參考書得縱坐標(biāo)為Y=0.01175查通用關(guān)聯(lián)圖得：P/Z=0.2kPa/m 填料層壓力降P=0.27=1.4kPa(3)其他塔內(nèi)件的壓降:其他塔內(nèi)件的壓降較小,在此處可以忽略.所以吸收塔的總壓降為3.8.2吸

43、收塔接管尺寸計(jì)算一般管道為圓形，d為內(nèi)徑，水流速為0.53m/s常壓下氣體流速 1030m/s則氣體進(jìn)口直徑 氣體出口直徑 d2=d1=152mm噴液進(jìn)口直徑 噴液出口直徑 d4=d3=182mm排液口直徑 d5=d3/2=91mm第四章 附表與附圖附錄（一） 水的物性數(shù)據(jù)表溫度t/密度/kg/m3黏度/m.Pa.s表面張力0999.91.78975.65999.81.54774.910999.71.30574.115999.01.15573.420998.21.00572.6725997.080.893771.9530995.70.80171.235994.00.72770.440992.20.65369.6（查自：化工原理實(shí)驗(yàn)附表）附錄（二） 塔徑與填料公稱直徑的比值D/d的推薦值填料種類D/d的推薦值拉西環(huán)鞍環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)815環(huán)矩鞍D/d8（查自：化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)）附錄（三） 貝恩（Bain）-霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式中的A、K值散裝填料類型AK規(guī)整填料類型AK塑料鮑爾環(huán)0.09421.7