Aspen吸收塔的設計

SO2吸收塔的設計計算礦石焙燒爐送出的氣體冷卻到25°c后送入填料塔中，用20°C清水洗滌以除去其中的SO2o入塔的爐氣流量為2400m3/h,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。試設計該填料吸收塔。解(1)設計方案的確定用水吸收SO2屬于中等溶解度的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收過程。因用水作為吸收劑，且SO2不作為產品，故采用純溶劑。填料的選擇對于水吸收SO2的過程，操作過程及操作壓力較低，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。工藝參數的計算步驟1：全局性參數設置。計算類型為“Flowsheet”，選擇計量單位制，設置輸出格式。單擊“Next”，進入組分輸入窗口，假設爐氣由空氣(AIR)和SO2組成。在“ComponentID”中依次輸入H2O,AIR，SO2o步驟2：選擇物性方法。選擇NRTL方程。步驟3：畫流程圖。選用“RadFrac”嚴格計算模塊里面的“ABSBR1”模型，連接好物料線。結果如圖3-1所示。圖3-1水吸收SO2流程圖步驟4：設置流股信息。按題目要求輸入進料物料信息。初始用水量設定為400kmol/h。步驟5：吸收塔參數的輸入。在“Blocks|Bl|Setup”欄目，輸入吸收塔參數。吸收塔初始模塊參數如表3-1所示。其中塔底氣相GASIN由第14塊板上方進料，相當于第10塊板下方。CalculationtypeEquilibriumNumberofstages13CondenserNoneReboilerNoneValidphasesVapor-LiquidConvergenceStandardFeedstageWATER1GASIN14Pressure(kPa)Stage1101.325表3-1吸收塔初始參數至此，在不考慮分離要求的情況下，本流程模擬信息初步設定完畢，運行計算，結果如圖3-2所示。此時SO2吸收率為308.49/319.6096.52%。bASINbASINLDUTTERTempH'^.uie匚2D.DM.3314310F^es5liekPa101JEIfllas1D1JS101.225V?orFratI'MPWDUMNcfc-Fktvknoii'h-317723&7314D1CQD2PB1.E3T72K112"如嚀亦如比24?皿12329.^8伽--!EnlhdpyGcaklii€135?■11147■27.535-2T.3GEHitiFkwi'kn'hrT03-豪彌71S..11572D&112AIR2T4Ji..nra14539QD2ngi59511ICC圖3-2初步計算結果步驟6：分離要求的設定，塔板數固定時，吸收劑用量的求解。運用“DesignSpecifications"功能進行計算，在“Blocks|Bl|DesignSpec"下，建立分離要求T。在“Blocks|Bl|DesignSpec|1|Specifications"頁面，定義分離目標。按題目要求進行設定。結果如圖3-3所示。在“Blocks|B1|DesignSpec|1|Components"頁面，選定“SO?"為目標組分;在“Feed/ProductStreams"頁面，選擇“LOUT"為參考物流。Thm.FeedrateSirwrinawW.TEHUppeiaThm.FeedrateSirwrinawW.TEHUppeiardloMjerbaund±LftHRItojr>jUppcitcu~d.^SpBcdfKdAiDm]CnmponEnls|Resdls-Ad隔伯d白bbJ名嚴理icahvm|JT'wd/ProdclGhearnsDplionsResuD:<kmaUhikm叫hi圖3-4Vary-1的定義圖3-3DesignSpec-1的定義圖3-4Vary-1的定義在“Blocks|B1|Vary"下，定義變量“1"。在“Blocks|B1|Vary|1|Specifications‘頁面，設定進料流量“Feedrate"為變量，上下限分別為5、1000。結果如圖3-4所示。至此，分離要求已設置完畢，運行計算，結果如圖3-5所示。當塔板數為13時，要達到95%的吸收率，需用水386.44kmol/h。R<?suh吸Loweitwund.UppeihuundFinalvaluer5krK*hl二loantrnd/hi*]QG4JQ957R<?suh吸Loweitwund.UppeihuundFinalvaluer5krK*hl二loantrnd/hi*]QG4JQ957kmolVhi二FEEDFLOWFORSTREAMLcflpanertslR)B針lit#圖3-5吸收劑用量計算結果步驟6：吸收塔的優(yōu)化，吸收劑用量對塔板數靈敏度分析。使用“Sensitivity"功能進行分析。在“ModleAnalysisTools|Sensitivity"目錄，創(chuàng)建一個靈敏度分析文件“S-1"。在“S-1|Input|Define"頁面，定義因變量“FLOW”，用于記錄進塔水流量，結果如圖3-6所示。」0電什鬧1#學呵^TabJaieForlian|DechralmsDpliotul匚出匕$|圖3-5吸收劑用量計算結果步驟6：吸收塔的優(yōu)化，吸收劑用量對塔板數靈敏度分析。使用“Sensitivity"功能進行分析。在“ModleAnalysisTools|Sensitivity"目錄，創(chuàng)建一個靈敏度分析文件“S-1"。在“S-1|Input|Define"頁面，定義因變量“FLOW”，用于記錄進塔水流量，結果如圖3-6所示。Dechralms□pliotulForlian|圖3-6定義靈敏度分析參數在“S-l|Input|Vary"頁面，設置自變量及其變化范圍，這里假設塔板數變化，如圖3-7所/示o在“S-1|Input|Tabulate"頁面，設置輸出格式。設置“FLOW"為輸出變量。?/Delrie^/VarpFo旳仃:Declaralbnf|Oplbnd|C越張|Cases:FCases:FVawttnoOB*審|LDiS由E剛曲悒圖3-7設置自變量變化范圍本題為吸收塔，在塔板數變化的同時，塔底氣體的進料位置也隨之改變。運用Calculator功能，來實現這一過程。在“FlowsheetingOptions|Calculator”目錄,創(chuàng)建一個計算器文件G1”。在“C-l|Input|Define”頁面，定義2個變量，如圖3-8所示。其中，“FEED”記錄塔底氣體進料位置，“NS”記錄吸收塔塔板數?！?DefineH/Caktlale|i/Seouenre|Teai$SUeamFla曲|Vmbiewrrc：lnk>.IhrvDalrilicri—FEEDBlDck^aEbc^.-B1VaidUe-FEED-STAGESertence-FEEDSID1-GASIN船aiDEk-VsOhck-B1Vaiiable-jqGT4CE來圖3-8定義計算器變量在"C-1|Input|Calculate”頁面，編寫塔底氣體進料位置的Fortran語言計算語句，如圖3-9所示?！?Defina』匚■/SEtjuercE：TearsStieamFlashCdcuhlionmdthadFullanrExcelFoitranDBchidionsEnterFaiLaialalererts-IEZD-WS1-L圖3-9編寫Fortran計算語句在"C-1|Input|Sequence”頁面，定義計算器計算順序，如圖3-10所示。在塔B1前計算。*/Dehnej^/Calculate^SequenceTeais|StreamHash*/Dehnej^/CalculateBlocknameJL□aiculakcblockeHBCulionsequenceBlocknameJLEnm亡uhecBlackBefore圖3-10定義計算器順序至此，吸收塔靈敏度分析計算所需要的信息已經全部設置完畢，運行計算，結果如圖3-11、圖3-12所示。圖3-12為利用Aspen內Plot功能，吸收劑用量對塔板數作圖結果。Fl■JMVDaw5ldluEf^'ARY1FLOWP陽珈N5TW5E1orP陽珈N5TW5E1ori560.360146E-OF-5妙IB妙弓[3OK516199?54□K742C2135GGpor3419.2621356OK廠10?91253+flk10色的旳伯E□K3SiO]3^i廠or12369.門耐noDK13題砲:FJMOUHHVARf1BlPARAUNSTi^GE圖3-11靈敏度分析計算結果圖圖3-11靈敏度分析計算結果圖圖3-12同塔板數所需吸收劑用量步驟7：吸收塔的工藝參數。由圖3-12可得，當塔板數為大于10時，隨著塔板數的增加，吸收劑用量減少不太明顯，因此選擇塔板數為10。在“Blocks|Bl|Setup”欄目，將塔板數改為10,塔底氣體進料位置為11,隱藏“C-1”和“S-1”，運行計算。結果如圖3-13所示。此時，水用量為399.75kmol/h,7200kg/h。|GASOUTjJ73lempgraluTB匚zeta2Q52Q320.0PrwsuekPa101.3西101.325101.33510L3Z5V-aporFrac1roo1mooaioo.oroMdeFlnwhird/hr99.77296.82740M田339746MassFbwkg/hr3C6SS7327HQH72?2Cn579VaLmeFlew匚Lm/hi24flQ0ttl2332B4E7396?.21OEnlhN內Gcal/hi■0357■0153■27.512恫膨Fbwkg/|-fH2041.3E671GQZ1372l?1.579AIR2744.073272a525S515.9EOHO3.615圖3-13填料塔最終工藝計算結果填料塔設計首先進行塔徑計算。在“Blocks|B1|PackSizing”文件夾中，建立一個填料計算文件T”。在“PackSizing|1|Specifications”頁面，填寫填料位置、選用的填料型號、等板高度等信息，如圖3-14所示。其中填料為塑料階梯環(huán)(PLASTICCMR),等板高度設定為0.45m。KOCH公司的塑料階梯環(huán)，在AspenPlus7.2數據中有三種尺寸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，填料費用也增多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中，又會產生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此初始選擇2A型號，其濕填料因子為103.36(1/m)。運行計算，結果如圖3-15所示。peciFicaliDifk^||Fdrap]Slichlmar|R<=3uLe|Piolibi|Packing.wclionStsrlingstage:ijmEndno既旳a:110呂hpe:|CMRPacRingcharddEnsbcsUixlateVan±irKOCHDimerraonNCL2A〒|UixlateMateii-=JPLASTICP^ckrigfacloi:1033Edrn刁045|nielsrw|melBiT-PackedhEi中t+_Heightequhi-a^rtIdalheareti匚』pldtc|HETP}~Seclim口ackjedhEight:圖3-14填料塔信息設置PackedcolumnsizhgSwimSlating2Swtcfiflndng血廬.iaCdumn伽創(chuàng)曰75ZHS175mmManrrun匸叩gly1G2Mdi-iirrum血3轄伯Mor.0.0537-14IM閃血BC□eetimpresfuie-drop-300924223baia陽dQEpf匪飆JIEdOp/HEg1.73013713mmHg/mMaximunnstagefiqiidhcWjp-OOO0%312cumMdKliqudTupeilicidYebcA^.D.0D4EOT3Surfaceeras-1&45tTn/cLmFcidliadbDH3331：：iSiEhlmeriMfl8t3nicisem:?AidS-lidJm-airnaGDB5223rdBlict1ra=ii1.912651圖3-15填料塔計算結果由圖3-15可知,填料塔塔徑為752mm，最大液相負荷分率0.62,最大負荷因子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164tf/m3o本例題填料塔初步計算塔徑為752mm,此時最大負荷分率為0.62，相對保守，可以用塔徑700mm進一步核核算。在“Blocks|Bl|PackRating”文件夾下，建立一個填料核算文件“1”，在“PackRatinglllSpecifications”頁面，填寫填料位置、選用的填料型號、等板高度等信息，如圖3-16所示。運行計算，結果如圖3-17所示。/弓嚴曲匚曲歸爛DeijriVRdlop|￡i計細訓|PatkinQsetlicfiSiaircstjoe:曰耳Enrfna岀迎札|1Q士|二Pnc:king匚hwherislES：Ywdni.Hatrial僉cm'5ecliondraiTi^.ei.|0.7"l:''1L.：PUSTIC”Packihi］沁|l：ll：G?m--i二］gg1/mND2±i帀l-ETP0.45I