制藥化工課程設(shè)計(jì)概述

53-/NUMPAGES65齊齊哈爾大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)題目水汲取二氧化硫填料汲取塔設(shè)計(jì)學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)制藥工程學(xué)生姓名指導(dǎo)教師成績(jī)年月日摘要?dú)怏w汲取過(guò)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(shí)發(fā)生傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氣液混合物的分離。一般講來(lái)，完整的汲取過(guò)程應(yīng)包括汲取和解吸兩部分。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，原料氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體，愛(ài)護(hù)環(huán)境等方面都廣泛應(yīng)用到氣體汲取過(guò)程。填料塔由于其通量大，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(jiǎn)單，分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，使得其在某些處理量大要求壓降小的分離過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用并作為要緊設(shè)備之一，越來(lái)越受到青睞。本設(shè)計(jì)任務(wù)是用20℃清水洗收錄其中的二氧化硫。關(guān)于氣體的汲取應(yīng)該采納氣液傳質(zhì)設(shè)備填料塔，因?yàn)樗哂休^高的比表面積。在此汲取過(guò)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，因此選用DN38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。因該汲取塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式液體分布器。關(guān)鍵詞：汲?。惶盍纤?；水；二氧化硫AbstractGasabsorptionprocessistheuseofthegaseachcomponentinthesolubilityinliquidorchemicalreactionofthedifferencesinthetwo-phasegas-liquidmasstransferoccurswhenthecontact,gas-liquidmixturetoachieveseparation.Ingeneral,theintegrityoftheprocessshouldincludetheabsorptionanddesorptiontwoparts.Inthechemicalproductionprocess,therawmaterialofgaspurification,gasrefinedproducts,managementofhazardousgasesandprotecttheenvironmentarewidelyusedintheprocessofabsorbingthegas.Packedcolumnbecauseofitslargeflux,smallresistance,thepressuretoreduceoperatingflexibility,thetowerholdingasmallamountoffluid,easy-to-usefillermaterialcorrosion-resistant,simplestructure,highefficiencyseparation,makingitsdealwithsomeofthelargevolumeofrequestsThesmalldropintheprocessofseparationiswidelyusedasoneofthemajorequipment,moreandmorepopular.Thepresenttaskistodesignwith20℃ofwatertowashone'srecord.Thegasshouldbeusedtoabsorbthegas-liquidmasstransferequipmentpackedcolumn,asithasahighsurfacearea.Intheabsorptionprocess,theoperatingtemperatureandlowpressureoperation,theselectionofbulkplasticfiller.Plasticringladderasaresultofthecomprehensiveperformanceisbetter,sochooseDN38polypropylenepackingringladder.Theexcellentperformanceofbeamtypeplate，infavorofgas-liquidmasstransfer,thechoiceofbeam-boardsupport.Theliquidtowerasaresultofagreaterload,andthegasloadisrelativelylow,theselectionoftroughliquiddistributor.Keywords：Absorption;Packedtower;Water;Sulfurdioxide目錄10457摘要 I15530Abstract II15567第1章緒論 136511.1汲取技術(shù)的概況 1220601.2汲取設(shè)備的進(jìn)展 1296501.3汲取在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 231788第2章設(shè)計(jì)方案的選擇 3150842.1汲取流程的選擇 3174582.1.1汲取工藝流程的確定 3125472.2汲取塔的設(shè)備及填料的選擇 413042.2.1汲取塔的設(shè)備選擇 4235342.2.2填料的選擇 4138512.3操作參數(shù)的選擇 6173322.3.1操作壓力的選擇 6240612.3.2操作溫度的選擇 7162812.3.3汲取因子的選擇 7236292.4汲取劑的選擇 72247第3章汲取塔的工藝計(jì)算 9261143.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 999923.1.1液相物性數(shù)據(jù) 960823.1.2氣相物性數(shù)據(jù) 9123853.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù) 9213893.1.4物料衡算 10231963.2填料塔的工藝尺寸的計(jì)算 1032433.2.1塔徑的計(jì)算 1056263.2.2泛點(diǎn)率校核 12317503.2.3填料規(guī)格核算 12252573.2.4液體噴淋密度校核 12185223.3填料層高度計(jì)算 13242403.3.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 13186553.3.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算 13144463.3.3填料層高度的計(jì)算 15323503.3.4填料塔附屬高度計(jì)算 16209613.4接管尺寸的計(jì)算 17322093.4.1液體進(jìn)出口管徑 178433.4.2氣體進(jìn)出口管徑 1784323.5總壓降的計(jì)算 1781843.5.1填料層壓降計(jì)算 17134163.5.2氣體進(jìn)出管壓降 18138703.5.3總壓降 19226703.6液體分布器的選擇 1929513.7輔助設(shè)備的選型 20124813.7.1填料支承板 2085273.7.2除沫器 217909結(jié)果匯總表 2210391設(shè)計(jì)總結(jié) 23244參考文獻(xiàn) 249788致謝 25第1章緒論1.1汲取技術(shù)的概況在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需將氣體混合物中的個(gè)各組分加以分離。氣體的汲取是用適當(dāng)?shù)囊后w汲取劑與氣體混合物接觸，汲取器氣體混合物中一個(gè)或幾個(gè)組分，使其中的各組分得以分離的一種操作。在化工生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用，它要緊用于原料氣的凈化、有用組分的回收。制取氣體的溶液作為成品，以及廢氣的治理等方面，因此汲取操作是一種重要的分離方法，在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)普遍。汲取操作利用氣體混合物各組分在某種溶劑中溶解度不同而達(dá)到分離的目的。氣體汲取是物質(zhì)自氣相到液相的轉(zhuǎn)移，這是一種傳質(zhì)過(guò)程?；旌蠚怏w中某一組分能否進(jìn)入液相，既取決于氣相中該組分的分壓，也取決于溶液里該組分的平衡蒸氣壓。假如混合氣體中該氣體的分壓大于溶液中該組分的平衡蒸氣壓，那個(gè)組分便可自氣相轉(zhuǎn)移到液相，即被汲取。轉(zhuǎn)移的結(jié)果，溶液里那個(gè)組分的濃度便升高，它的平衡蒸汽壓也隨著升高，到最后，能夠升高到等于它的氣相中的分壓，傳質(zhì)過(guò)程因此停止，這時(shí)稱(chēng)為氣液兩相達(dá)到平衡。依照兩相的平衡關(guān)系能夠推斷傳質(zhì)過(guò)程的方向與極限[1]。另外，傳質(zhì)速率與推動(dòng)力成正比，與阻力成反比，兩相的濃度距離平衡濃度越大，則傳質(zhì)的推動(dòng)力越大，傳質(zhì)速率與越大。汲取技術(shù)是從氣液兩相的平衡關(guān)系與傳質(zhì)速率關(guān)系著手，利用氣體混合物中各組分在特定的液體汲取劑中的溶解度不同的差不多原理，最終實(shí)現(xiàn)各組分分離的目的。1.2汲取設(shè)備的進(jìn)展汲取設(shè)備有多種類(lèi)型，如填料塔、板式塔、噴灑塔和鼓泡塔等。最常用的有填料塔與板式塔。填料塔中裝有諸如瓷環(huán)之類(lèi)的填料；氣液接觸在填料中進(jìn)行。板式塔中裝有篩孔塔板，氣液亮相在塔板上鼓泡進(jìn)行接觸[2]。工業(yè)模型的填料塔始于1881年的蒸餾操作中，1904年采納于煉油工業(yè)，當(dāng)時(shí)的填料是碎磚瓦、小石塊和管子縮節(jié)等。20世紀(jì)初，填料塔進(jìn)入了一個(gè)新的進(jìn)展時(shí)期。在瓷環(huán)填料亦稱(chēng)拉西環(huán)填料被廣泛采納后，弧鞍形填料相繼問(wèn)世，特不是出現(xiàn)了斯特曼填料后，便大大的促進(jìn)了規(guī)整填料的進(jìn)展，除了各種填料大大涌現(xiàn)外，還進(jìn)展了多管塔、乳化塔等被成為高效填料塔的新塔型。從20世紀(jì)60年代起新型填料有了較多的進(jìn)展，屬于顆粒型填料的有:海佐涅爾填料、階梯環(huán)填料、多角螺旋填料、金屬鞍環(huán)填料、比阿雷茨基環(huán)、萊瓦填料以及它們的改進(jìn)形式。屬于規(guī)整填料的有：蘇采爾填料、重疊式絲網(wǎng)波浪板填料、重疊式金屬波形板填料、格里希柵格填料、格子填料、拉伸金屬網(wǎng)填料、塑料蜂窩填料、Z形格子填料、Perform噴射式填料和脈沖填料等。同時(shí)，還創(chuàng)建了使小球浮動(dòng)來(lái)強(qiáng)化傳質(zhì)的湍球塔。進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，至于新型填料的研究，希望找到有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的填料。近年來(lái)隨著化工產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展，大規(guī)模的汲取設(shè)備差不多廣泛用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。具有了專(zhuān)門(mén)高的汲取效率，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)汲取設(shè)備的要求及效率將會(huì)有更高的要求，因此日益完善的汲取設(shè)備會(huì)逐漸應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中。1.3汲取在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用汲取在工業(yè)上的應(yīng)用大致有以下幾種：（1）原料氣的凈化為除去原料氣中所有的雜質(zhì)，汲取可講是最常用的方法。（2）有用組分的回收如從焦?fàn)t煤氣中用水回收氨，再用洗油回收粗苯蒸氣（包括苯、甲苯、二甲苯等），以及從某些干燥廢氣中回收有機(jī)溶劑蒸氣等。（3）液體產(chǎn)品的制取將氣體中需要的成分以指定的溶劑汲取出來(lái)，成為溶液態(tài)的成品或半成品。如制酸工業(yè)中含HCL、NOX(氮氧化物)或SO3的氣體制取鹽酸、硝酸或硫酸；甲醇（乙醇）蒸氣經(jīng)氧化后，用水汲取以制成甲醛（乙醛）半成品等。（4）廢棄的治理專(zhuān)門(mén)多工業(yè)廢氣中含有SO2、NOX（要緊是NO及NO2）、汞蒸氣等有害成分，盡管濃度一般甚低，但對(duì)人體和環(huán)境仍危害甚大而必須進(jìn)行治理。選擇適當(dāng)?shù)墓に嚭腿軇┻M(jìn)行汲取，使廢氣治理中應(yīng)用較廣的方法。因此，以上目的有時(shí)也難以截然分開(kāi)，如干燥廢氣中的有機(jī)溶劑，能回收下來(lái)就專(zhuān)門(mén)有價(jià)值，任其排放則會(huì)污染大氣[3]。第2章設(shè)計(jì)方案的選擇2.1汲取流程的選擇工業(yè)上使用的汲取流程多種多樣，能夠從不同角度進(jìn)行分類(lèi)，從所選用的汲取劑的種類(lèi)看，有僅用一種汲取劑的一步汲取流程和使用兩種汲取劑的兩步汲取流程，從所用的塔設(shè)備數(shù)量來(lái)看，可分為單塔汲取流程和多塔汲取流程，從塔內(nèi)氣液兩項(xiàng)的流向可分為逆流汲取流程、并流汲取流程等差不多流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環(huán)流程[4]。2.1.1汲取工藝流程的確定一步汲取流程和兩步汲取流程：一步流程一般用于混合氣體溶質(zhì)濃度較低，同時(shí)過(guò)程的分離要求不高，選用一種汲取劑即可完成任務(wù)的情況。若混合氣體中溶質(zhì)濃度較高且汲取要求也高，難以用一步汲取達(dá)到規(guī)定的汲取要求，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)，能夠考慮采納兩步汲取流程。單塔汲取流程和多塔汲取流程：?jiǎn)嗡橙×鞒淌羌橙∵^(guò)程中最常用的流程，如過(guò)程無(wú)特不需要，則一般采納單塔汲取流程。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，或采納兩步汲取流程時(shí)，則需要采納多塔流程。典型的是雙塔汲取流程。逆流汲取與并流汲?。杭橙∷蛟偕?nèi)氣液相能夠逆流操作也能夠并流操作，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(wú)特不需要，一般均采納逆流汲取流程。部分溶劑循環(huán)汲取流程：由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量阻礙較大，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)，能夠采納部分溶劑循環(huán)汲取流程，以提高液相噴淋量，改善踏的操作條件[5]。2.2汲取塔的設(shè)備及填料的選擇2.2.1汲取塔的設(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。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。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，可采納裝填規(guī)整的散堆填料。粘性較大的物系，能夠選用大尺寸填料[6]。與操作條件有關(guān)的因素：氣相傳質(zhì)阻力大，宜采納填料塔。大的液體負(fù)荷，可選用填料塔。低的液體負(fù)荷，不宜采納填料塔。液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔。其它因素：關(guān)于汲取過(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(lèi)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)汲取過(guò)程進(jìn)行充分的研究后,并經(jīng)多方案對(duì)比方能得到較中意的結(jié)果.一般而言,汲取用塔設(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。但作為汲取過(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,因此關(guān)于汲取過(guò)程來(lái)講,以采納填料塔居多.但在液體流率專(zhuān)門(mén)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,以采納板式塔為宜[7]。2.2.2填料的選擇填料是填料塔中傳質(zhì)元件，它能夠有各種不同的分類(lèi)：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。填料品種專(zhuān)門(mén)多，最古老的填料是拉西環(huán)；在國(guó)外被認(rèn)為較為理想的是鮑爾環(huán)，矩鞍填料和波浪填料等工業(yè)填料，現(xiàn)經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，已被推舉為我國(guó)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，具有不同的有缺點(diǎn)，因此在使用上應(yīng)依照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(wèn)題：（1）選擇填料材質(zhì)選擇填料材質(zhì)應(yīng)依照汲取系統(tǒng)的介質(zhì)以及操作溫度而定，一般情況下，能夠選用塑料、金屬、陶瓷等材料。關(guān)于腐蝕性介質(zhì)應(yīng)采納相應(yīng)的抗腐蝕性材料，如陶瓷、塑料、玻璃、石墨、不銹鋼等，關(guān)于溫度較高的情況，應(yīng)考慮材料的耐溫性能。（2）填料類(lèi)型的選擇填料類(lèi)型的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。一般來(lái)講，同一類(lèi)填料塔中，比表面積大的填料盡管具有較高的分離效率，然而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。表2-1散裝填料類(lèi)型以及關(guān)聯(lián)常數(shù)A,K值散裝填料型AK規(guī)整填料類(lèi)型AK塑料鮑爾環(huán)0.09421.75金屬絲網(wǎng)波浪填料0.301.75金屬鮑爾環(huán)0.11.75塑料絲網(wǎng)波浪填料0.42011.75塑料階梯環(huán)0.2041.75金屬網(wǎng)孔波浪填料0.1551.47金屬階梯環(huán)0.1061.75金屬孔板波浪填料0.2911.75瓷矩鞍0.1761.75塑料孔板波浪填料0.2911.563金屬環(huán)矩鞍0.062251.75（3）填料尺寸的選擇實(shí)踐證明，填料塔的塔徑填料直徑的直徑的比值應(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(lái)講，填料尺寸大，成本低，處理量大，然而效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往難以抵償其效率降低·所造成的成本損失。因此，一般大塔經(jīng)常使用50mm的填料。但在大塔中使用小于20—25mm填料時(shí)，效率并沒(méi)有明顯的提高，一般情況下，能夠按表選擇填料尺寸[8]。表2-2填料尺寸與塔徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系塔徑/mm填料尺寸/mmD≤300300≤D≤900D≥90020～2525～3850～80因此關(guān)于水汲取二氧化硫的過(guò)程、操作、溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用散裝填料。在所有散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好。階梯環(huán)是對(duì)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(gè)錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過(guò)填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，如此不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流淌的匯合分散點(diǎn)，能夠促進(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)形填料中最為優(yōu)良的一種[9]。表2-3聚丙烯階梯環(huán)幾何數(shù)據(jù)規(guī)格比表面積m2/m3空隙率堆積個(gè)數(shù)堆積重量填料因子m-116*8.9*13700.85299136135.6602.625*12.5*1.22280.908150097.8312.838*19*1.2132.50.912720057.5175.850*25*1.5114.20.9271074054.8143.176*37*2.6900.929342068.4112.32.3操作參數(shù)的選擇汲取過(guò)程的操作參數(shù)要緊包括汲?。ɑ蛟偕毫?、汲取、（或再生）溫度以及汲取因子（或解析因子），這些條件的選擇應(yīng)充分考慮前后工藝的工藝參數(shù)，從整個(gè)過(guò)程的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性動(dòng)身，利用過(guò)程的模擬計(jì)算，通過(guò)多方案對(duì)比優(yōu)化得出過(guò)程參數(shù)[10]。2.3.1操作壓力的選擇關(guān)于物理汲取，加壓操作一方面有利于提高汲取過(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，也能夠減少氣體的氣體的體積流率，減少汲取塔徑。因此操作十分有利。但工程上，專(zhuān)門(mén)為汲取操作而為氣體加壓，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)下能夠進(jìn)行汲取操作的情況下，一般是往常道工序的壓力作為汲取單元的操作壓力。關(guān)于化學(xué)汲取，若過(guò)程由質(zhì)量傳遞過(guò)程操縱，則提高操作壓力有利，若為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程操縱，則操作壓力對(duì)過(guò)程的阻礙不大，能夠完全依照前后工序的壓力參數(shù)確定汲取操作壓力，但加大汲取壓力依舊能夠減小氣相的體積流率，對(duì)較小塔徑仍然是有利的。關(guān)于減壓再生（閃蒸）操作，其操作壓力應(yīng)以汲取劑的再生要求而定，逐次或一次從汲取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[11]。2.3.2操作溫度的選擇關(guān)于物理汲取而言，降低操作溫度，對(duì)汲取有利。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，因此一般情況下，取常溫汲取較為有利。關(guān)于專(zhuān)門(mén)條件的汲取操作必須采納低于環(huán)境的溫度操作。關(guān)于化學(xué)汲取，操作溫度應(yīng)依照化學(xué)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)的阻礙，也要考慮對(duì)化學(xué)平衡的阻礙，使汲取反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度。關(guān)于再生操作，較高的操作溫度能夠降低溶質(zhì)的溶劑度，因而有利于汲取劑的再生。2.3.3汲取因子的選擇汲取因子是一個(gè)關(guān)聯(lián)了氣體處理量，汲取劑用量以及氣液相平衡常數(shù)的綜合的過(guò)程參數(shù)[12]：(2-1)式中氣體處理量,kmol/hL汲取劑用量,kmol/hm氣體相平衡常數(shù)。2.4汲取劑的選擇關(guān)于汲取操作,選擇適宜的汲取劑,具有十分重要的意義.其對(duì)汲取操作過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的阻礙.一般情況下,選擇汲取劑,要著重考慮如下問(wèn)題.(一)對(duì)溶質(zhì)的溶解度大所選的汲取劑多溶質(zhì)的溶解度大,則單位量的汲取劑能夠溶解較多的溶質(zhì),在一定的處理量和分離要求下,汲取劑的用量小,能夠有效地減少汲取劑循環(huán)量,這關(guān)于減少過(guò)程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面，在同樣的汲取劑用量下，液相的傳質(zhì)推動(dòng)力大，則能夠提高汲取速率，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,即要求選用的汲取劑應(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差不多不溶,如此,不但能夠減小惰性氣體組分的損失,而且能夠提高解吸后溶質(zhì)氣體的純度。(三)不易揮發(fā)汲取劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸氣壓,以幸免汲取過(guò)程中汲取劑的損失,提高汲取過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。(四)再生性能好由于在汲取劑再生過(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,汲取劑再生性能的好壞,對(duì)汲取過(guò)程能耗的阻礙極大,選用具有良好再生性能的汲取劑,往往能有效的汲取氣體。以上四個(gè)方面是選擇汲取劑時(shí)應(yīng)考慮的要緊問(wèn)題,其次,還應(yīng)注意所選擇的汲取劑應(yīng)具有良好的物理、化學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性.其良好的物理性能要緊指汲取劑的粘要小,不易發(fā)泡,以保證汲取劑具有良好的流淌性能和分布性能.良好的化學(xué)性能要緊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)要求汲取劑盡可能無(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).汲取劑的經(jīng)濟(jì)性要緊指應(yīng)盡可能選用廉價(jià)易得的溶劑[13]。表2-4工業(yè)常用汲取劑溶質(zhì)汲取劑溶質(zhì)汲取劑氨水、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一氧化碳銅氨液第3章汲取塔的工藝計(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(duì)低濃度汲取過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由參考書(shū)查得，20℃時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為：kg/m3黏度為：Pa·s=3.6kg/(m·h)表面張力為：kg/h2SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為：m2/h3.1.2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：kg/koml混合氣體的平均密度為：kg/m3混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查手冊(cè)得20℃空氣的黏度為：kg/(m·h)查手冊(cè)得SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為：m2/h3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得，常壓下20℃時(shí)SO2在水中的亨利系數(shù)為：kpa相平衡常數(shù)為：溶解度系數(shù)為：kmol/(kpa·m3)3.1.4物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為：出塔氣相摩爾比為：進(jìn)塔惰性氣相流量為：kmol/h該汲取過(guò)程屬低濃度汲取，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算：(3-1)關(guān)于純?nèi)軇┘橙∵^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為：取操作液氣比為：kmol/h3.2填料塔的工藝尺寸的計(jì)算3.2.1塔徑的計(jì)算采納Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速氣相質(zhì)量流量為：kg/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即：kg/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為：圖3.1填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖查圖3.1得：查表3-1得：m-1m/s取m/s由m圓整塔徑,取m表3-1散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值填料類(lèi)型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾環(huán)410—117160—金屬環(huán)矩鞍—170150135120金屬階梯環(huán)——160140—塑料鮑爾環(huán)55028018414092塑料階梯環(huán)—260170127—瓷矩鞍1100550200226—瓷拉西環(huán)1300832600410—3.2.2泛點(diǎn)率校核m/s(在同意范圍內(nèi))3.2.3填料規(guī)格核算符合要求3.2.4液體噴淋密度校核關(guān)于直徑小于75mm的散裝填料，可取最小潤(rùn)濕速率為：（Lw）min=0.08m3/(m·h)查填料手冊(cè)得：m2/m3m3/(m2·h)經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用mm合理。3.3填料層高度計(jì)算3.3.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算脫吸因數(shù)：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)：3.3.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度采納修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：（3-2）查表3-2得：表3-2常見(jiàn)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,mN/m56617333407520液體質(zhì)量通量為：kg/(m2·h)氣膜汲取系數(shù)由下式計(jì)算：（3-3）氣體質(zhì)量通量為：kg/(m2·h)（3-4）（kmol·m-2·h-1·kpa-1）液膜汲取系數(shù)由下式計(jì)算：（3-5）（kmol·m-2·h-1·kpa-1）表3-3常見(jiàn)填料塔形狀系數(shù)填料類(lèi)型球形棒形拉西環(huán)弧鞍開(kāi)孔環(huán)Ψ值0.720.7511.191.45本設(shè)計(jì)填料類(lèi)型為開(kāi)孔環(huán)因此Ψ=1.45,則kmol/(m3·h·kpa)因?yàn)橐虼吮仨殞?duì)和進(jìn)行校正,校正計(jì)算如下：（3-6）則氣相總傳質(zhì)系數(shù)為：kmol/(m3·h·kpa)m3.3.3填料層高度的計(jì)算由m得：設(shè)計(jì)取填料層高度為m可取1.2到1.5之間因此m查表3-4關(guān)于階梯環(huán)填料，取mm因?yàn)?1200mm>6000mm，因此不需要分段。表3-4散裝填料分段高度推舉值填料類(lèi)型h/DHmax/m拉西環(huán)2.5≤4矩鞍5～8≤6鮑爾環(huán)5～10≤6階梯環(huán)8～15≤6環(huán)矩鞍5～15≤63.3.4填料塔附屬高度計(jì)算塔的附屬空間高度要緊包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器和液體再分度器所需的空間高度，塔的底部空間高度以及塔的群坐高度。塔的上部空間高度是指塔填料層以上，應(yīng)有一足夠的空間高度，以使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來(lái)，該高度一般取1.2-1.5m。安裝液體再分布器所需的塔空間高度依據(jù)所用分布器的形式而定一般需要1-1.5m的高度[14]。塔的底部空間高度是指塔底最下一塊塔板到塔底封頭之間的垂直距離。該空間高度含釜液所占的高度及釜液面上方的氣液分離高度的兩部分。釜液所占空間高度的確定是依據(jù)塔的釜液流量以及釜液在塔內(nèi)的停留時(shí)刻確定出空間容積，然后依照該容積和塔徑計(jì)算出塔釜所占的空間高度，塔底液相液相停留時(shí)刻按1min考慮，則塔釜液所占空間為：m考慮到氣相接管所占的空間高度，底部空間高度可取2米。因此塔的附屬空間高度等于米。因此塔高m3.4接管尺寸的計(jì)算表3-5管道公稱(chēng)通徑參考表管道的公稱(chēng)通徑7580901001201301401601852052352603153.4.1液體進(jìn)出口管徑進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型專(zhuān)門(mén)多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管[15]。本設(shè)計(jì)采納直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下：液體進(jìn)出口速度可取0.8―1.5m/s（必要時(shí)可加大），取m/sm圓整后mm所選管尺寸為：3.4.2氣體進(jìn)出口管徑常壓氣體進(jìn)出口管氣速可取10~20m/s，取m/sm圓整后mm所選管尺寸為：3.5總壓降的計(jì)算3.5.1填料層壓降計(jì)算采納Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降：其中橫坐標(biāo)：查表3-6得：縱坐標(biāo)為：查圖3-1得：因此pa表3-6散裝填料壓降填料因子平均值填料類(lèi)型填料因子,1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾環(huán)306-11498-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)1050576450288-3.5.2氣體進(jìn)出管壓降取氣體進(jìn)出口接管的內(nèi)徑為300mm,則氣體的進(jìn)出口流速為：m/s則進(jìn)口壓強(qiáng)為（突然擴(kuò)大=1）pa出口壓強(qiáng)為（突然縮小=0.5）pa3.5.3總壓降其他塔內(nèi)件的壓降較小,在此處能夠忽略，=0。因此汲取塔的總壓降為：pa3.6液體分布器的選擇液體分布裝置的種類(lèi)多樣，有噴頭式、盤(pán)式、管式、槽式及槽盤(pán)式等。工業(yè)應(yīng)用以管式、槽式及槽盤(pán)式為主。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(píng)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)間流淌的均勻性。①分布點(diǎn)密度液體分布器分布點(diǎn)密度的選取與填料類(lèi)型及規(guī)格、塔徑大小、操作條件等緊密相關(guān)，各種文獻(xiàn)推舉的值也相差較大。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，關(guān)于散裝填料，填料尺寸越大，分布點(diǎn)密度越小[16]。表3-7列出了散裝填料塔的分布點(diǎn)密度推舉值表3-7Eckert的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推舉值塔徑，mm分布點(diǎn)密度，塔截面D=400330D=750170D≥120042②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(wèn)題。設(shè)計(jì)中，一般需要通過(guò)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)的排列可采納正方形、正三角形等不同方式。③降液點(diǎn)間流淌的均勻性為保證各分布點(diǎn)的流淌均勻需要分布器總體的設(shè)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)與平均流淌的偏差小于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2～4，關(guān)于液體負(fù)荷變化專(zhuān)門(mén)大的工藝過(guò)程，有時(shí)要求操作彈性達(dá)到10以上，現(xiàn)在，分布器必須專(zhuān)門(mén)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，D≥1200mm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。液體分布裝置也稱(chēng)為液體噴淋裝置。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(jiǎn)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)，然而，由于結(jié)構(gòu)的限制，不可能將噴淋點(diǎn)設(shè)計(jì)的專(zhuān)門(mén)多，同時(shí)假如噴淋點(diǎn)數(shù)過(guò)多，必定使每股的液流的流量過(guò)小，也難以保證均勻分配。此外，不同填料對(duì)液體均勻分布的要求也有差異。如高效填料因流淌不均勻?qū)π实淖璧K十分敏感，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30cm2塔截面設(shè)計(jì)一個(gè)噴淋器時(shí)，每60cm2塔截面設(shè)計(jì)一個(gè)噴淋器時(shí)，每240cm2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(guò)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150~300mm，以提供足夠的自由空間，讓上身氣流不受約束地穿過(guò)噴淋器。3.7輔助設(shè)備的選型3.7.1填料支承板填料支承結(jié)構(gòu)用于支承塔內(nèi)填料及其所持有的氣體和液體的重量之裝置。對(duì)填料的差不多要求是：有足夠的強(qiáng)度以支承填料的重量;提供足夠的自由截面以使氣液兩相流體順利通過(guò)，防止在此產(chǎn)生液泛；有利于液體的再分布；耐腐蝕，易制造，易裝卸等。常用填料支承板有柵板式和氣體噴射式。本設(shè)計(jì)選用分塊梁式支承板。3.7.2除沫器穿過(guò)填料層的氣體有時(shí)會(huì)夾帶液體和霧滴，因此需在塔頂氣體排出口前設(shè)置除沫器，以盡量除去氣體中被夾帶的液體霧沫，SO2溶于水中易于產(chǎn)生泡沫為了防止泡沫隨出氣管排出，阻礙汲取效率，采納除沫裝置，依照除沫裝置類(lèi)型的使用范圍，該填料塔選取絲網(wǎng)除沫器。

結(jié)果匯總表意義及符號(hào)結(jié)果混合氣體處理量3500m3/h氣液相平衡常數(shù)35.04進(jìn)塔氣相摩爾分率0.0582出塔氣相摩爾分率0.003492進(jìn)塔液相摩爾分率0.0012出塔液相摩爾分率0最小液氣比46.14混合氣體平均式量30.93g/mol混合氣體的密度1.265kg/m3混合氣體的粘度0.065kg/(m.h)汲取劑用量6604.48kmol/h塔徑1400mm填料層高6.0m總塔高11.0m總壓降827.09pa液體進(jìn)