化工原理課程之二氧化硫吸收設(shè)計說明

1、 .DOC資料. 化工原理課程之二氧化硫吸收設(shè)計作者：日期： HYPERLINK / HYPERLINK / 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc217197945 目錄 PAGEREF _Toc217197945 h 1 HYPERLINK l _Toc217197946 摘要 PAGEREF _Toc217197946 h 3 HYPERLINK l _Toc217197947 第1章 緒論 PAGEREF _Toc217197947 h 5 HYPERLINK l _Toc217197948 11吸收技術(shù)概況 PAGEREF _Toc217197948

2、h 5 HYPERLINK l _Toc217197949 12 吸收設(shè)備的發(fā)展 PAGEREF _Toc217197949 h 6 HYPERLINK l _Toc217197950 1.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc217197950 h 7 HYPERLINK l _Toc217197951 第2章 設(shè)計方案 PAGEREF _Toc217197951 h 7 HYPERLINK l _Toc217197952 2.1吸收劑的選擇 PAGEREF _Toc217197952 h 7 HYPERLINK l _Toc217197953 2.2 吸收流程的選擇 PAGER

3、EF _Toc217197953 h 8 HYPERLINK l _Toc217197954 2.2.1 氣體吸收過程分類 PAGEREF _Toc217197954 h 8 HYPERLINK l _Toc217197955 2.2.2吸收裝置的流程 PAGEREF _Toc217197955 h 9 HYPERLINK l _Toc217197956 2.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇 PAGEREF _Toc217197956 h 9 HYPERLINK l _Toc217197957 2.3.1 吸收塔設(shè)備 PAGEREF _Toc217197957 h 9 HYPERLINK l _Toc

4、217197958 2.3.2 填料的選擇 PAGEREF _Toc217197958 h 10 HYPERLINK l _Toc217197959 2.4 吸收劑再生方法的選擇 PAGEREF _Toc217197959 h 10 HYPERLINK l _Toc217197960 2.5 操作參數(shù)的選擇 PAGEREF _Toc217197960 h 11 HYPERLINK l _Toc217197961 第3章 吸收塔的工藝計算 PAGEREF _Toc217197961 h 11 HYPERLINK l _Toc217197962 3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc217

5、197962 h 11 HYPERLINK l _Toc217197963 3.1.1 液相物性數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc217197963 h 11 HYPERLINK l _Toc217197964 3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc217197964 h 12 HYPERLINK l _Toc217197965 3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc217197965 h 12 HYPERLINK l _Toc217197966 3.2物料衡算 PAGEREF _Toc217197966 h 12 HYPERLINK l _Toc217197967 3.3

6、塔徑計算 PAGEREF _Toc217197967 h 13 HYPERLINK l _Toc217197968 3.3.1 塔徑的計算 PAGEREF _Toc217197968 h 13 HYPERLINK l _Toc217197969 3.3.2泛點率校核： PAGEREF _Toc217197969 h 14 HYPERLINK l _Toc217197970 3.3.4液體噴淋密度得校核： PAGEREF _Toc217197970 h 14 HYPERLINK l _Toc217197971 3.4 填料層高度的計算 PAGEREF _Toc217197971 h 14 HYP

7、ERLINK l _Toc217197972 3.4.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計算 PAGEREF _Toc217197972 h 14 HYPERLINK l _Toc217197973 3.4.2傳質(zhì)單元高度的計算 PAGEREF _Toc217197973 h 15 HYPERLINK l _Toc217197974 3.4.3填料層高度的計算 PAGEREF _Toc217197974 h 16 HYPERLINK l _Toc217197975 3.5 填料塔附屬高度的計算 PAGEREF _Toc217197975 h 17 HYPERLINK l _Toc217197976 3.6 液體

8、分布器計算 PAGEREF _Toc217197976 h 17 HYPERLINK l _Toc217197977 3.6.1液體分布器的選型 PAGEREF _Toc217197977 h 18 HYPERLINK l _Toc217197978 3.6.2布液孔數(shù)的計算 PAGEREF _Toc217197978 h 18 HYPERLINK l _Toc217197979 3.6.3布液計算 PAGEREF _Toc217197979 h 18 HYPERLINK l _Toc217197980 3.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇 PAGEREF _Toc217197980 h 18 HYP

9、ERLINK l _Toc217197981 3.7.1填料支承裝置的選擇 PAGEREF _Toc217197981 h 18 HYPERLINK l _Toc217197982 3.7.2填料壓緊裝置 PAGEREF _Toc217197982 h 19 HYPERLINK l _Toc217197983 3.7.3塔頂除霧器 PAGEREF _Toc217197983 h 19 HYPERLINK l _Toc217197984 3.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計算 PAGEREF _Toc217197984 h 20 HYPERLINK l _Toc217197985 3.81 吸收塔的壓力

10、降 PAGEREF _Toc217197985 h 20 HYPERLINK l _Toc217197986 3.8.2 吸收塔的泛點率 PAGEREF _Toc217197986 h 21 HYPERLINK l _Toc217197987 3.8.3 氣體動能因子 PAGEREF _Toc217197987 h 21 HYPERLINK l _Toc217197988 3.9 附屬設(shè)備的計算與選擇 PAGEREF _Toc217197988 h 21 HYPERLINK l _Toc217197989 3.9.1 離心泵的選擇與計算 PAGEREF _Toc217197989 h 21 H

11、YPERLINK l _Toc217197990 3.9.2吸收塔主要接管尺寸選擇與計算 PAGEREF _Toc217197990 h 22 HYPERLINK l _Toc217197991 工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總與主要符號說明 PAGEREF _Toc217197991 h 23 HYPERLINK l _Toc217197992 設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論 PAGEREF _Toc217197992 h 26 HYPERLINK l _Toc217197993 主要參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc217197993 h 27 HYPERLINK l _Toc217197994 結(jié)束

12、語 PAGEREF _Toc217197994 h 28 HYPERLINK l _Toc217197995 吸收操作系統(tǒng)的工藝流程圖 PAGEREF _Toc217197995 h 29 HYPERLINK l _Toc217197996 吸收操作系統(tǒng)的設(shè)備條件圖 PAGEREF _Toc217197996 h 30摘要氣體吸收過程是利用氣體混合物中，各組分在液體中溶解度或化學(xué)反應(yīng)活性的差異，在氣液兩相接觸時發(fā)生傳質(zhì)，實現(xiàn)氣液混合物的分離。一般說來，完整的吸收過程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分。在化工生產(chǎn)過程中，原料氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體，保護(hù)環(huán)境等方面都廣泛應(yīng)用到氣體吸收過程。填料

13、塔由于其通量大，阻力小，壓降低，操作彈性大，塔內(nèi)持液量小，填料易用耐腐蝕材料制造，結(jié)構(gòu)簡單，分離效率高等優(yōu)點， 使得其在某些處理量大要求壓降小的分離過程中得到了廣泛的應(yīng)用并作為主要設(shè)備之一，越來越受到青睞。本設(shè)計任務(wù)是用20清水洗收錄其中的。對于氣體的吸收應(yīng)該采用氣液傳質(zhì)設(shè)備填料塔，因為它具有較高的比表面積。用水吸收屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。在此吸收過程中，操作溫度及操作壓力較低，選用塑料散裝填料。因塑料階梯環(huán)的綜合性能較好，所以選用DN8聚丙烯階梯環(huán)填料。梁型支承板的性能優(yōu)良，有利于氣液傳質(zhì)，因此選用梁型支承板。因該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對較低，故選

14、用槽式液體分布器。關(guān)鍵詞:吸收 填料塔- 逆流 第1章 緒論11吸收技術(shù)概況利用混合氣體中各組分在同一種溶劑（吸收劑）中溶解度的不同分離氣體混合物的單元操作稱為吸收。吸收是分離氣體混合物最常見的單元操作之一。工業(yè)吸收操作是在吸收塔內(nèi)進(jìn)行的。在吸收操作中，通常將混合氣體中能夠溶解于溶劑中的組分稱為溶質(zhì)或吸收質(zhì)，以A表示;而不溶或微溶的組分稱為載體或惰性氣體，以B表示；吸收所用的溶劑稱為吸收劑，以S表示；經(jīng)吸收后得到的溶液稱為吸收液;被吸收后排出吸收塔的氣體稱為吸收尾氣。吸收就是吸收質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)入液相的過程1。吸收過程通常在吸收塔中進(jìn)行。根據(jù)氣、液兩相的流動方向，分為逆流操作和并流操作兩類，工業(yè)生產(chǎn)

15、中以逆流操作為主，吸收劑以塔頂加入自上向下流動，與從下向上流動的氣體接觸，吸收了吸收質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。吸收塔操作示意圖如圖片2-1所示。在工業(yè)生產(chǎn)中，除以制取溶液產(chǎn)品為目的的吸收(如用水吸收HCl氣制取鹽酸等)之外，大都要將吸收液進(jìn)行解吸，以便得到純凈的溶質(zhì)或使吸收劑再生后循環(huán)使用。解吸也稱為脫吸，它是使溶質(zhì)從吸收液中釋放出來的過程，解吸通常在解吸塔中進(jìn)行。圖片2-2所示為洗油脫除煤氣中粗苯的流程簡圖。圖中虛線左側(cè)為吸收部分，在吸收塔中，苯系化合物蒸汽溶解于洗油中，吸收了粗苯的洗油(又稱富油)由吸收塔底排出，被吸收后的煤氣由吸收塔頂排出。圖中虛線右側(cè)為解吸部分，在解收

16、塔中，粗苯由液相釋放出來，并為水蒸汽帶出，經(jīng)冷凝分層后即可獲得粗苯產(chǎn)品，解吸出粗苯的洗油(也稱為貧油)經(jīng)冷卻后再送回吸收塔循環(huán)使用。吸收塔設(shè)備是氣液接觸的傳質(zhì)設(shè)備，一般可分為逐級接觸型和微分接觸型兩類。板式塔屬于逐級接觸型的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它是在塔體內(nèi)按照一定距離設(shè)置許多塔盤，氣體以鼓泡或噴射的方式穿過塔盤上的液層。填料塔屬于微分接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，它是在塔體內(nèi)裝有一定數(shù)量的填料，填料的作用是提供氣液間的傳質(zhì)面積。在塔內(nèi)液體沿填料表面下流，形成一層薄膜，氣體沿填料空隙上升，在填料表面的液層與氣體的界面上進(jìn)行傳質(zhì)過程2。12 吸收設(shè)備的發(fā)展 吸收操作主要在填料塔和板式塔中進(jìn)行，幾種常用的吸收塔有填

17、料塔、湍球塔、板式塔等。其中填料塔的應(yīng)用較為廣泛。 填料塔的歷史較久，早在19世紀(jì)中期已開始用于生產(chǎn)，到20世紀(jì)初，人們以碎石、短管段等為填料用來蒸餾原油，改進(jìn)了原來的釜式蒸餾技術(shù)，促進(jìn)了石油工業(yè)的發(fā)展。但由于當(dāng)時對填料兩相的流動研究很少，塔的優(yōu)越性未能全部發(fā)揮，故不久就為泡罩塔所取代。后來隨著石油、酸堿、肥料、石油化工等工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對填料塔的實踐和認(rèn)識才進(jìn)一步不斷加深，制造了多種形式的填料；對填料塔的壓降和泛點得出了較為可靠的關(guān)聯(lián)式，為設(shè)計和操作提供了依據(jù)3。 填料塔，它由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進(jìn)出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料，也可

18、用塑料制造。填料是填料塔的核心，它提供了塔內(nèi)氣液兩相的接觸面，填料與塔的結(jié)構(gòu)決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定的機械強度、密度小、價格低廉等。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀(jì)80年代后開發(fā)的新型填料如QH1型扁環(huán)填料、八四內(nèi)弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規(guī)整板波紋填料、格柵填料等，為先進(jìn)的填料塔設(shè)計提供了基礎(chǔ)。塔填料的研究與應(yīng)用已獲得長足的發(fā)展，鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、萊佛厄派克環(huán)、金屬環(huán)矩鞍等的出現(xiàn)標(biāo)志著散裝填料朝高通量、高效率、低阻力方向發(fā)展有新的突破。規(guī)整填料在工業(yè)裝置大型化和要求高分離效率的情況下，倍受重視，已成為塔填

19、料的重要品種。其中金屬與塑料波紋板造價適中，抗污力強，操作性能好，并易于工業(yè)應(yīng)用，可作為通用填料使用；柵格填料對液體負(fù)荷和允許壓降要求苛刻的過程十分有利，并具有自凈機能，即使應(yīng)用在污垢系統(tǒng)也能長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)；脈沖填料獨特的結(jié)構(gòu)使之在大流量、大塔徑下也不會發(fā)生偏流，極易工業(yè)放大，從發(fā)展上看很有希望。 近年來，工程界對填料塔進(jìn)行了大量的研究工作，主要集中在以下幾個方面：開發(fā)多種形式、規(guī)格和材質(zhì)的高效、低壓降、大流量的填料；與不同填料相匹配的塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)；填料層中液體的流動及分布規(guī)律；蒸餾過程的模擬。 填料塔的基本特點是結(jié)構(gòu)簡單，壓力降小，傳質(zhì)效率高，便于采用耐腐蝕材料制造等。對于熱敏性及容易發(fā)泡的物料

20、，更顯出其優(yōu)越性。過去，填料塔多推薦用于0.60.7m以下的塔徑。近年來，隨著高效新型填料和其他性能內(nèi)件的開發(fā)，以及人們對填料流體力學(xué)，放大效應(yīng)及傳質(zhì)機理的深入研究，使填料塔技術(shù)得到了迅速發(fā)展4。1.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用氣體吸收在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用大致有以下幾種。 制備液體產(chǎn)品 如用水吸收HCL制備鹽酸，用水吸收甲醛蒸汽制福爾馬林溶液等，都是吸收操作。凈化氣體或精制氣體 如用水脫除合成氨原料中的CO2，用丙酮脫除石油裂解氣中的乙炔等，其目的是出去氣體中的有害成分，便于氣體在工序中能順利進(jìn)行。回收有用物質(zhì) 工藝尾氣中含有一些有價值的物質(zhì)，通過吸收可以為這些物質(zhì)找到新的用途，做到物盡其用。保護(hù)環(huán)

21、境 在排放到大氣的工藝尾氣中可能含有對人或其他生物有害的物質(zhì)，比如硫的化合物、氨的化合物等。這些有害物質(zhì)如果不除，將造成環(huán)境污染。通過吸收，可以在排放前除去這些有害物，做到達(dá)標(biāo)排放1。第2章 設(shè)計方案2.1吸收劑的選擇 吸收操作的好壞在很大程度上取決于吸收劑的性質(zhì)。選擇吸收劑時在，主要考慮以下幾點：(1) 溶解度大 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度越大，則傳質(zhì)推動力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少，操作費用較低。 (2) 選擇性好 吸收劑應(yīng)對溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對混合氣體中的其它組分溶解度甚微，否則不能實現(xiàn)有效的分離。 (3) 揮發(fā)性好 在吸收過程中，吸收尾氣往往為吸收劑蒸汽所飽和。故在

22、操作溫度下，吸收劑的蒸汽壓要低，以減少吸收劑的損失量。 (4) 粘度低 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動阻力越小，擴(kuò)散系數(shù)越大，這有助于傳質(zhì)速率的提高。（5）易再生 當(dāng)富液不作為產(chǎn)品時，吸收劑要易再生，以降低操作費用。要求溶解度對溫度的變化比較敏感，即不僅在低溫下溶解度要大，平衡分壓要??；而且隨著溫度升高，溶解度應(yīng)迅速下降，平衡分壓應(yīng)迅速上升，則被吸收的氣體解吸，吸收劑再生方便。 (6) 其它 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)安全1。在實際生產(chǎn)中滿足所有要求的吸收劑是不存在的。應(yīng)從滿足工藝要求出發(fā)，對可供選擇的吸收劑

23、做全面的評價，作出科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的選擇。綜上所述，考慮吸收劑的選用標(biāo)準(zhǔn)，在二氧化硫的吸收過程中，采用清水為吸收劑。2.2 吸收流程的選擇2.2.1 氣體吸收過程分類氣體吸收過程通常按以下方法分類。 (1) 單組分吸收與多組分吸收:吸收過程按被吸收組分?jǐn)?shù)目的不同，可分為單組分吸收和多組分吸收。若混合氣體中只有一個組分進(jìn)入液相，其余組分不溶（或微溶）于吸收劑，這種吸收過程稱為單組分吸收。反之，若在吸收過程中，混合氣中進(jìn)入液相的氣體溶質(zhì)不止一個，這樣的吸收稱為多組分吸收。 (2) 物理吸收與化學(xué)吸收: 在吸收過程中，如果溶質(zhì)與溶劑之間不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可以把吸收過程看成是氣體溶質(zhì)單純地溶解于液

24、相溶劑的物理過程，則稱為物理吸收。相反，如果在吸收過程中氣體溶質(zhì)與溶劑(或其中的活潑組分)發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)吸收。 (3) 低濃度吸收與高濃度吸收: 在吸收過程中，若溶質(zhì)在氣液兩相中的摩爾分率均較低（通常不超過0.1），這種吸收稱為低濃度吸收；反之，則稱為高濃度吸收。對于低濃度吸收過程，由于氣相中溶質(zhì)濃度較低，傳遞到液相中的溶質(zhì)量相對于氣、液相流率也較小，因此流經(jīng)吸收塔的氣、液相流率均可視為常數(shù)。 (4) 等溫吸收與非等溫吸收: 氣體溶質(zhì)溶解于液體時，常由于溶解熱或化學(xué)反應(yīng)熱，而產(chǎn)生熱效應(yīng)，熱效應(yīng)使液相的溫度逐漸升高，這種吸收稱為非等溫吸收。若吸收過程的熱效應(yīng)很小，或雖然熱效應(yīng)較大

25、，但吸收設(shè)備的散熱效果很好，能及時移出吸收過程所產(chǎn)生的熱量，此時液相的溫度變化并不顯著，這種吸收稱為等溫吸收6。 2.2.2吸收裝置的流程吸收裝置的流程主要有以下幾種。 （1）逆流操作 氣相自塔底進(jìn)入塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點是，傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。 （2）并流操作 氣液兩相均從塔頂流向塔底，此即并流操作。并流操作的特點是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常用于以下情況：當(dāng)吸收過程的平衡曲線較平坦時，流向?qū)ν苿恿τ绊懖淮螅灰兹軞怏w的吸收或處理的氣體不需要吸收很完全；吸

26、收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。 （3）吸收劑部分再循環(huán)操作 在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排出液體的一部分冷卻后與補充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以下情況：當(dāng)吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度；對于非等溫吸收過程，為控制塔內(nèi)的溫升，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平蘅常數(shù)m植很小的情況，通過吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。應(yīng)予指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動力要低，且需要設(shè)置循環(huán)泵，操作費用增加。（4）多塔串聯(lián)操作 若設(shè)計的填料層高度過大，或由于所處理物料等原因需要經(jīng)常清理調(diào)料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個串聯(lián)的塔內(nèi)，每個吸收

27、塔通過的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作。此種操作因塔內(nèi)需要留較大空間，輸液、噴淋、支承板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。（5）串聯(lián)并聯(lián)混合操作 若吸收過程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內(nèi)的噴淋密度過大，操作氣速勢必很?。ǚ駝t易引起塔的液泛），塔的生產(chǎn)能力很低。實際生產(chǎn)中可采用氣相作串聯(lián)、液相作并聯(lián)的混合流程。用水吸收二氧化硫?qū)僦械热芙舛鹊奈者^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，且二氧化硫不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?2.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇2.3.1 吸收塔設(shè)備對于吸收過程，塔設(shè)備有多種，如何選擇合適的類型是進(jìn)行工業(yè)設(shè)計的首要工作。而進(jìn)行這一項工作則

28、主要對吸收過程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)過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，一般具有操作液氣比大的特點，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，使用填料不很經(jīng)濟(jì)的情況下，以采用板式塔為宜。本設(shè)計過程采用填料塔作為吸收設(shè)備8。2.3.2 填料的選擇塔填料是填料塔中氣液

29、接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。在選擇塔填料時應(yīng)考慮如下幾個問題：（1）比表面積要大 比表面積a是指單位體積的填料層所具有的表面積，大的比表面積和良好的潤濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。（2）空隙率大 空隙率是指單位體積的填料所具有的空隙體積，填料的空隙率大，氣液通過的能力大，氣體流動的阻力小，填料的空隙率一般在0.45-0.95范圍。（3）堆積密度小 堆積密度是指單位體積填料的質(zhì)量，在機械強度允許的條件下，填料壁要盡量減薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。（4）填料的幾何形狀 填料的幾何形狀對填料的流體力

30、學(xué)和傳質(zhì)性能有著重要的影響。（5）填料的材質(zhì) 工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類，不同的材質(zhì)適應(yīng)于不同的操作條件9。該流程的操作壓力及溫度較低，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DN38聚丙烯階梯環(huán)填料。 階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進(jìn)。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個錐形翻邊。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料表面由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中

31、最為優(yōu)良的一種。其主要性能參數(shù)為：比表面積 =132.5m孔隙率 =0.91形狀修正系數(shù) =1.45填料因子 =170mA=0.2042.4 吸收劑再生方法的選擇使溶解于液相中的氣體釋放出來的操作稱為解吸。其操作方法通常是使富液與惰性氣體或蒸汽逆流接觸，富液自解吸塔頂引入，在其下流過程中與來自塔底的惰性氣體或蒸汽相遇，吸收質(zhì)逐漸從溶液中釋放出來，在塔頂?shù)玫轿召|(zhì)與惰性氣體或蒸汽的混合物，在塔底得到較純凈的吸收劑。在本設(shè)計操作中，規(guī)定吸收二氧化硫后的水，經(jīng)富液泵送入再生塔頂，用燃料氣進(jìn)行氣提解吸操作，解吸后的水經(jīng)貧油泵，送回吸收塔，循環(huán)使用，氣提氣則進(jìn)入燃料處理系統(tǒng)9。2.5 操作參數(shù)的選擇吸收

32、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（或解吸因子）。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)，利用過程的模擬計算，經(jīng)過多方案對比優(yōu)化得出過程參數(shù)。操作壓力選擇本任務(wù)中已經(jīng)給出是常壓操作，所以不需要再對其進(jìn)行考慮。操作溫度選擇本任務(wù)中已經(jīng)給出操作溫度是20 吸收因子和解吸因子選擇吸收因子和解吸因子是一個關(guān)聯(lián)了氣體處理量，吸收劑用量以及氣液平衡常數(shù)的綜合過程參數(shù)。吸收因子和解吸因子的取值大小對過程的經(jīng)濟(jì)性影響很大，選用大的吸收因子，則過程的設(shè)備費用降低而吸收劑用量或循環(huán)量加大，操作費用升高。若吸收因子較小，則過程推動力減

33、小，塔必然很高。在設(shè)計上，兩者的數(shù)值應(yīng)該以過程的總費用最低為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行設(shè)計后確定10。根據(jù)公式m=E/p；A=；所以；第3章 吸收塔的工藝計算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，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得，20時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度黏度表面張力為SO2在水中的擴(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)量為混合氣體的密度為混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查手冊得20空氣的黏度為查手冊得SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得，常壓下20時SO2在水中的亨利系數(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

34、摩爾比為 出塔氣相摩爾比 進(jìn)塔惰性氣相流量 最小液氣比 液氣比 所以由 得 3.3塔徑計算3.3.1 塔徑的計算采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速氣相質(zhì)量流量為液相質(zhì)量流量為Eckert關(guān)聯(lián)圖得橫坐標(biāo)為由圓整塔徑，取3.3.2泛點率校核：3.3.3填料規(guī)格校核：3.3.4液體噴淋密度得校核：填料表面的潤濕狀況是傳質(zhì)的基礎(chǔ)，為保持良好的傳質(zhì)性能，每種填料應(yīng)維持一定的液體潤濕速率（或噴淋密度）。依Morris等推薦，d75mm的環(huán)形及其它填料的最小潤濕速率（）min為最小噴淋密度 噴淋密度經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。3.4 填料層高度的計算3.4.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計算脫吸因數(shù) 氣相總傳質(zhì)單

35、元數(shù) NOG 3.4.2傳質(zhì)單元高度的計算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：又液體質(zhì)量通量氣膜吸收系數(shù) 又氣體質(zhì)量通量 液膜吸收系數(shù)由 查表5-4得 則 由 則 由 3.4.3填料層高度的計算由得設(shè)計取填料層高度為查表5-16，對于階梯環(huán)填料，建議分段高度得條件為取，則計算得填料層高度為，故不需分段。3.5 填料塔附屬高度的計算塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器所需的空間高度，塔的底部空間高度等。塔的上部空間高度是為使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來而留取的高度，可取1.2m（包括除沫器高度）。設(shè)塔定液相停留時間為10s，則塔釜液所占空間高度為考慮到氣相接管的空

36、間高度，底部空間高度取為0.5米，那么塔的附屬空間高度可以取為1.7。吸收塔的總高度為7.3.3.6 液體分布器計算液體分布器可分為初始分布器和再分布器，初始分布器設(shè)置于填料塔內(nèi)，用于將塔頂液體均勻的分布在填料表面上，初始分布器的好壞對填料塔效率影響很大，分布器的設(shè)計不當(dāng)，液體預(yù)分布不均，填料層的有效濕面積減小而偏流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象增加，即使填料性能再好也很難得到滿意的分離效果。因而液體分布器的設(shè)計十分重要。特別對于大直徑低填料層的填料塔，特別需要性能良好的液體分布器。液體分布器的性能主要由分布器的布液點密度（即單位面積上的布液點數(shù)），各布液點均勻性，各布液點上液相組成的均勻性決定，設(shè)計液體分布

37、器主要是決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。對液體分布器的選型和設(shè)計，一般要求：液體分布要均勻；自由截面率要大；操作彈性大；不易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調(diào)整水平。液體分布器的種類較多，有多種不同的分類方法，一般多以液體流動的推動力或按結(jié)構(gòu)形式分。若按流動推動力可分為重力式和壓力式，若按結(jié)構(gòu)形式可分為多孔型和溢流型。其中，多孔型液體分布器又可分為：蓮蓬式噴灑器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和雙排管式多孔型分布器等。溢流型液體分布器又可分為：溢流盤式液體分布器和溢流槽式液體分布器。根據(jù)本吸收的要求和物系的性質(zhì)可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數(shù)應(yīng)應(yīng)依所用

38、填料所需的質(zhì)量分布要求決定，噴淋點密度應(yīng)遵循填料的效率越所需的噴淋點密度越大這一規(guī)律11。3.6.1液體分布器的選型該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對較小，故選用槽式液體分布器。3.6.2布液孔數(shù)的計算按Eckert建議值，時，噴淋點密度為42點，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計取噴淋點密度為120點布液點數(shù)為點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點設(shè)計。設(shè)計結(jié)果為：二級槽共七道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為80，槽高度為210，兩槽中心距為160。分布點采用三角形排列，實際設(shè)計布點數(shù)點。3.6.3布液計算由取 設(shè)計取3.7 其他附屬塔內(nèi)件的選擇3.7.1填料支承裝置的選擇填料支承裝置的作用是支承填料

39、以及填料層內(nèi)液體的重量，同時保證氣液兩相順利通過。支承若設(shè)計不當(dāng)，填料塔的液泛可能首先發(fā)生在支承板上。為使氣體能順利通過，對于普通填料塔，支承件上的流體通過的自由截面積為填料面的50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設(shè)計時應(yīng)取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承裝置本身對塔內(nèi)氣液的流動狀態(tài)也會產(chǎn)生影響，因此作為填料支承裝置，除考慮其對流體流動的影響外，一般情況下填料支承裝置應(yīng)滿足如下要求：（1） 足夠的強度和剛度，以支持填料及所持液體的重量（持液量），并考慮填料空隙中的持液

40、量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動，機械震動，溫度波動等因素。足夠的開孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撐處發(fā)生液泛；為使氣體能順利通過，對于普通填料塔，支承件上的流體通過的自由截面積為填料面的50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設(shè)計時應(yīng)取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強降，降低效率，甚至形成液泛12。結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于氣液相的均勻分布，同時不至于產(chǎn)生較大的阻力（一般阻力不大于20Pa）；結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造安裝和維修。要有一定的耐腐蝕性。因梁型氣體噴射式支承板可提供超過90%的自由截面，保證氣體通量

41、大，阻力小，故選用梁型噴射式支承板。支持板外徑1116，分塊數(shù)4，支承圈寬度50，支承圈厚度10，近似重量400.3.7.2填料壓緊裝置為保證填料塔在工作狀態(tài)下填料床能夠穩(wěn)定，防止高氣相負(fù)荷或負(fù)荷突然變動時填料層發(fā)生松動，破壞填料層結(jié)構(gòu)，甚至造成填料損失，必須在填料層頂部設(shè)置填料限定裝置。填料限定可分為類：一類是將放置于填料上端，僅靠自身重力將填料壓緊的填料限定裝置，稱為填料壓板；一類是將填料限定在塔壁上，稱為床層限定板。填料壓板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料發(fā)生移動撞擊，造成填料破碎。床層限定板多用于金屬和塑料填料，以防止由于填料層膨脹，改變其開始堆積狀態(tài)而造成的流體分布不均勻的現(xiàn)象。一般要求

42、壓板和限制板自由截面分率大于70%5。本任務(wù)由于使用聚丙烯填料，故選用床層限定板。3.7.3塔頂除霧器由于氣體在塔頂離開填料塔時，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液相，經(jīng)常需要在頂設(shè)置除沫器。常用的除沫器有以下幾種：折流板式除沫器，它是一種利用慣性使液滴得以分離的裝置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器，由幾塊固定的旋流板片組成，氣體通過時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，造成一個離心力場，液滴在離心力作用下，向塔壁運動實現(xiàn)了氣液分離。適用于大塔徑凈化要求高的場合。絲網(wǎng)除沫器，它由金屬絲卷成高度為100-150的盤狀使用。安裝方式多種多樣，氣體通過除霧沫器的壓強降約為120-250Kp，絲網(wǎng)除沫器的直徑由氣體通

43、過絲網(wǎng)的最大氣速決定14。根據(jù)本吸收特點及要求，本吸收操作選用金屬絲網(wǎng)除沫器。絲網(wǎng)除霧器的設(shè)計計算如下:直徑3.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計算3.81 吸收塔的壓力降 氣體通過填料塔的壓強降，對填料塔影響較大。如果氣體通過填料塔的壓強降大，則操作過程的消耗動力大，特別是負(fù)壓操作更是如此，這將增加塔的操作費用。氣體通過填料塔的壓力降主要包括氣體進(jìn)入填料的進(jìn)口及出口壓力降，液體分布器及再分布器的壓力降，填料支撐及壓緊裝置壓力降以及除沫器壓力降等。（1）填料層壓降的計算 可以利用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算壓強降；橫坐標(biāo)為又查表5-18得， 縱坐標(biāo)查圖5-18得填料層壓降為（2）氣體進(jìn)出口壓力降氣體出口壓

44、降 取接管內(nèi)徑250mm 則進(jìn)口壓降為 出口壓降 （3）其它塔內(nèi)件的壓力降較小，在此可忽略所以總壓為3.8.2 吸收塔的泛點率泛點率校核 （允許范圍內(nèi)）3.8.3 氣體動能因子吸收塔內(nèi)氣體動能因子為氣體動能因子在常用的范圍內(nèi)。3.9 附屬設(shè)備的計算與選擇3.9.1 離心泵的選擇與計算取液體流速為 u=2.0m/s據(jù)根管材規(guī)范，該直徑d應(yīng)該選熱軋無縫鋼管，內(nèi)徑為125實際流速原料泵的選擇壓頭又 （湍流）取管壁絕對粗糙度由圖查知選2個彎頭 ，2個截止閥全開。流量由于本設(shè)計中吸收劑使用的是水，因而，采用清水泵（可用于輸送各種工業(yè)用水以及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)類似于水的其他液體）既簡單又使用。通過計算可知

45、，吸收塔所要求的壓頭不是很高，所以采用普通的單級單吸式即可，本設(shè)計中選用的型號為IS125-100-200,其具體參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速n/(r/min)流量/m3/h揚程H/m效率軸功率/kW電機功率/kW必須汽蝕余量質(zhì)量（泵/底座）/kg145010012.5764.487.52.5100/663.9.2吸收塔主要接管尺寸選擇與計算氣體管路直徑：氣體進(jìn)入塔內(nèi)的流速一般為1018m/s，常壓塔氣體進(jìn)出口管速度可取1020m/s,高壓塔氣速低于此值。為了防止突然擴(kuò)大引起的壓頭損失，所以取氣體流速為u=18m/s。據(jù)根管材規(guī)范，取管徑為：內(nèi)徑為250實際流速（2）液體進(jìn)口裝置對于直徑1.5以下的塔，管口

46、末端可制成向下的喇叭形擴(kuò)大口，防止淋下的液體進(jìn)入管內(nèi)，同時還要使氣體分散均勻。（3）氣體出口裝置氣體的出口裝置，要求既能保證氣體暢通又要盡量除去被夾帶的液沫，在氣體出口前加裝除液沫擋板。當(dāng)氣體夾帶較多霧滴時，需另裝除沫器（4）液體管路直徑取液體流速據(jù)根管材規(guī)范，取管徑為：其內(nèi)徑為125。（5）液體進(jìn)口裝置液體進(jìn)口管應(yīng)直接通向噴淋裝置，可選用直管。液體出口裝置為了便于塔內(nèi)液體排放，保證塔內(nèi)有一定液封裝置高度而設(shè)計，并能防止氣體短路。工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總與主要符號說明 吸收塔的吸收劑用量計算總表 表-1項目符號數(shù)值與計量單位混合氣體處理量2400 氣液相平衡常數(shù)m35.04進(jìn)塔氣相摩爾比0.052

47、6 出塔氣相摩爾比0.00263進(jìn)塔液相摩爾分率0 出塔液相摩爾分率0.001 最小液氣比33.29混合氣體的平均摩爾質(zhì)量30.706混合氣體的平均密度1.277吸收劑用量氣相質(zhì)量流量液相質(zhì)量流量 4736.313064.8kg/h85348.31kg/h塔設(shè)備計算總表 表-2項目 符號 數(shù)值與計量單位塔徑 1.2填料層高度 5.6填料塔上部空間高度 1.2填料塔下部空間高度 0.5塔附屬高度 1.7塔高 7.3傳質(zhì)單元高度 0.668 傳質(zhì)單元數(shù) 6.364m布液孔數(shù) 136點總壓降 838.99空塔氣速 0.59 泛點率 58.6填料計算總表 表-3項目符號 數(shù)值與計量單位填料直徑38泛點

48、填料因子170填料臨界表面張力33 主要符號說明 表-4符號意義計量單位吸收因子或填料常數(shù)填料的比表面積20101.3Kpa水中擴(kuò)散系數(shù)塔徑重力加速度氣體摩爾流速填料層高度塔高氣相總傳質(zhì)單元高度氣體膜吸收系數(shù)液膜吸收系數(shù)液相摩爾流速相平衡常數(shù)氣相總傳質(zhì)單元數(shù)壓力降壓力吸收塔的總壓力降泛點氣速氣體流速液相體積流量氣相體積流量液體質(zhì)量流量氣體質(zhì)量流量液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)液體密度/氣體密度/混合氣的粘度水的粘度空隙率%填料材質(zhì)的臨界表面張力水的表面張力填料的潤濕比表面積壓降填料因子氣體動能因子摩爾質(zhì)量氣相摩爾比亨利系數(shù)溶解度系數(shù)最小噴淋密度最小潤濕速率液體噴淋密度氣體的質(zhì)量通量液體的質(zhì)量通量脫吸因子（解吸因子）布液點數(shù)點開孔系開孔上方的液位高度孔徑液體流量泛點率設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論對吸收單元的操作型設(shè)計與計算，在工業(yè)生產(chǎn)中起著非常重要的作