1、(此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改！)吉林化工學(xué)院化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì)題目 水吸收二氧化硫過(guò)程填料吸收塔的設(shè)計(jì) 教 學(xué) 院 化工與材料工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 輕化0802 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2010年11月 18 日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、設(shè)計(jì)題目：水吸收二氧化硫過(guò)程填料吸收塔的設(shè)計(jì)；礦石焙燒爐送出的氣體冷卻到25后送入填料塔中，用20清水洗滌洗滌除去其中的SO2。入塔的爐氣流量為6000m3。文氏管吸收器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備小、占空間少、氣速高、處理量大、氣液接觸好、傳質(zhì)較容易，特別適用于捕集氣流中的微小顆粒物。但因氣液并流，氣液接觸時(shí)間短，不適合難溶或反響速度慢的氣液吸

2、收，而且壓力損失大(8009000h)，能耗高 4. 液膜吸收器：在液膜吸收器中，氣液兩相在流動(dòng)的液膜外表上接觸。液膜是沿著圓管或平板的縱向外表流動(dòng)的。有三種類(lèi)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(cè)流動(dòng)； 升膜式吸收器：液膜向上反向流動(dòng)。目前，液膜吸收器應(yīng)用比擬少，其中最常見(jiàn)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。噴淋液體沿填料外表流下，氣液兩相主要在填料的潤(rùn)濕外表上接觸。設(shè)備單位體積內(nèi)的填料外表積可以相當(dāng)大，因此，能在較

3、小的體積內(nèi)得到很大的傳質(zhì)外表。但在很多情況下，填料的活性接觸外表小于其幾何外表。 5. 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(guò)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(lái)對(duì)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(guò)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，是不可能到達(dá)的。如

4、果兩相的運(yùn)動(dòng)方向?qū)ν苿?dòng)力沒(méi)有明顯的影響，就可以采用這種并流吸收器。近年來(lái),開(kāi)發(fā)使用了斜孔塔盤(pán)、導(dǎo)向篩板、網(wǎng)孔塔盤(pán)、大孔篩板、浮閥-篩板復(fù)合塔盤(pán)以及浮動(dòng)噴射塔板、旋流塔板等。填料塔所用填料,對(duì)于亂堆填料除拉西環(huán)、鮑爾環(huán)外,階梯環(huán)、金屬矩鞍環(huán)已大量采用;由于金屬絲網(wǎng)及金屬板波紋填料規(guī)整填料的使用,并配合新型塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)使填料塔的效率大為提高,因此應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。更多的新型材料將有助于開(kāi)發(fā)各種塔的進(jìn)一步開(kāi)展。在化工生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)物粗產(chǎn)品等幾乎都是混合物，而且大局部是均相混合物，為進(jìn)一步加工和使用，常需將這些混合物別離為較純潔或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。對(duì)于均相物系，要想進(jìn)行組分間的別離，必須要造成一

5、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，以到達(dá)別離的目的。物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過(guò)程稱(chēng)為物質(zhì)傳遞過(guò)程。吸收單元操作是化學(xué)工業(yè)中常見(jiàn)的傳質(zhì)過(guò)程。氣體的吸收在化工生產(chǎn)中主要用來(lái)到達(dá)以下幾種目的 (1)別離混合氣體以獲得一定的組分。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)除去有害組分以?xún)艋瘹怏w。例如用水和堿液脫除合成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)制備某種氣體的溶液。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

6、備福爾馬林溶液等。(4)保護(hù)環(huán)境。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。(5)用液體吸收氣體獲得半成品或成品。例如：用水吸收氯化氫制取鹽酸；在硫酸生產(chǎn)中SO3吸收；用水或堿溶液吸收氮氧化物生產(chǎn)硝酸或硝酸鹽。這類(lèi)吸收，吸收后就不再進(jìn)行解吸了。(6)從氣體混合物中回收有價(jià)值的組分。為了防止有價(jià)值組分的損失并污染環(huán)境，例如：易揮發(fā)性溶劑如醇、酮、醚等的回收。 塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用和地位塔設(shè)備是化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、石油化工等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。在塔設(shè)備中能進(jìn)行的單元操作有:精餾、吸收、解吸、氣體的增濃及冷卻等。在化工、石油化工及煉油廠中,塔設(shè)備的

7、性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額,以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面,都有重大影響。在化工和石油化工生產(chǎn)裝置中,塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備費(fèi)用的25.39%,煉油和煤化工生產(chǎn)裝置占34.85%。它所耗用的鋼材重量在各類(lèi)工藝設(shè)備中所占的比例也較多,例如在年產(chǎn)250萬(wàn)噸常壓及減壓煉油蒸餾裝置中耗用的鋼材重量占62.4%,年產(chǎn)60及120萬(wàn)噸的催化裂化裝置占48.9%。因此,塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究,對(duì)化工、煉油等工業(yè)的開(kāi)展起著重大作用。 化工生產(chǎn)對(duì)塔設(shè)備的要求塔設(shè)備除了應(yīng)滿(mǎn)足特定的化工工藝條件(如溫度、壓力及耐腐蝕)外,為了滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的需要還應(yīng)到達(dá)以下要求:(1) 生產(chǎn)能力大,即

8、氣液處理量大;(2) 高的傳質(zhì)和傳熱效率,即氣液有充分的接觸空間、接觸時(shí)間和接觸面積;(3) 操作穩(wěn)定,操作彈性大,即氣液負(fù)荷有較大波動(dòng)時(shí)仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作,且塔設(shè)備應(yīng)能長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn);(4) 流體流動(dòng)的阻力小,即流體通過(guò)聽(tīng)設(shè)備的壓力降小,以到達(dá)節(jié)能降低操作費(fèi)用的要求;(5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,材料耗用量小,制造安裝容易,以到達(dá)降低設(shè)備投資的要求。在實(shí)際上,任何一個(gè)塔設(shè)備能同時(shí)到達(dá)上述的諸項(xiàng)要求是很困難的,因此只能從生產(chǎn)需要及經(jīng)濟(jì)合理的要求出發(fā),抓住主要矛盾進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨著人們對(duì)于增大生產(chǎn)能力、提高效率、穩(wěn)定操作和降低壓力降的追求,推動(dòng)著各種新型塔結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和開(kāi)展。第2章 設(shè)計(jì)方案吸

9、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(lèi)型選擇、操作參數(shù)的選擇等內(nèi)容.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,那么單位量的吸收劑能夠溶解較多的溶質(zhì),在一定的處理量和別離要求下,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,那么可以提高吸收效率,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

10、吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度,而對(duì)其他組分那么溶解度要小或根本不溶,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,以防止吸收過(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

11、,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)的選擇吸收工藝流程確實(shí)定工

12、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(lèi)，從所選用的吸收劑的種類(lèi)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、并流吸收流程等根本流程，此外，還有用劑循環(huán)流程。于特定條件下的局部溶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(guò)程的別離要求不高，選用一種吸收劑即可完成任務(wù)的情況。假設(shè)混合氣體中溶質(zhì)濃度較高且吸收要求也高，難以用一步吸收到達(dá)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

13、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，那么一般采用單塔吸收流程。假設(shè)過(guò)程的別離要求較高，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)，那么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，別離效率高具有多個(gè)理論級(jí)的別離能力的顯著優(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。四局部溶劑循環(huán)吸收流程由于填料塔的別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)，將降低填料塔的別離效率，因此當(dāng)塔的液相負(fù)荷過(guò)小而難以充分潤(rùn)濕填料外表時(shí)，可以采用局部溶劑循環(huán)

14、吸收流程，以提高液相噴淋量，改善踏的操作條件。吸收工藝流程圖及工藝過(guò)程說(shuō)明吸收塔的設(shè)備選擇對(duì)于吸收過(guò)程,能夠完成其別離任務(wù)的塔設(shè)備有多種,如何從眾多的塔設(shè)備中選出適宜的類(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)工作那么需對(duì)吸收過(guò)程進(jìn)行充分的研究后,并經(jīng)多方案比照方能得到較滿(mǎn)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)備具有相同的原那么要求,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,具有適宜的操作彈性,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)

15、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.填料的選擇 填料的選擇尤為重要，所選填料既要滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求,又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用較低但各種填料的結(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)該主要考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：(1) 填料的性能（一） 比外表積：?jiǎn)挝惑w積填料所具有的外表積稱(chēng)為填料的比外表積，常以a表示，其單位為.（二） 空隙率：?jiǎn)挝惑w積填料所具有的空隙體積，稱(chēng)為填料的空隙率，以表示，其單位是.（三） 填料因子：由以上兩個(gè)填料特性組合成的形式，成為

16、干填料因子，其單位。但填料經(jīng)噴淋后外表覆蓋了液層，其值發(fā)生了變化，故把實(shí)驗(yàn)獲得的有液體噴淋條件下的相應(yīng)數(shù)值，成為濕填料因子，簡(jiǎn)稱(chēng)填料因子，以表示。（四） 單位體積填料層的填料個(gè)數(shù)，以n表示。2填料的類(lèi)型與選擇一填料的類(lèi)型填料的種類(lèi)很多，可分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料兩大類(lèi)。實(shí)體填料用陶瓷、金屬、塑料制成，主要有拉西環(huán)及其衍生型、鞍型、波紋填料等。網(wǎng)型填料用金屬絲網(wǎng)或多孔金屬片制成，主要有鞍型、壓延孔環(huán)、波紋網(wǎng)填料等。填料也可按裝料方法分為亂堆填料和整砌填料，亂堆填料指各種顆粒型填料，如拉西環(huán)、鞍型、網(wǎng)環(huán)等。整砌填料主要是指各種組合填料，如實(shí)體波紋板、波紋網(wǎng)、大尺寸的十字環(huán)等。常見(jiàn)的填料如下：a拉西環(huán)

17、：拉西環(huán)是最早使用的一種人工填料，為一外徑與高相等的圓環(huán)。其構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造容易，但由于其存在較嚴(yán)重的塔壁偏流和溝流現(xiàn)象，目前在工業(yè)上應(yīng)用減少。b鮑爾環(huán)：鮑爾環(huán)是在20世紀(jì)50年代初期從拉西環(huán)的根底上開(kāi)展起來(lái)的，其結(jié)構(gòu)是在拉西環(huán)的環(huán)壁上開(kāi)兩排長(zhǎng)方形窗孔，被切開(kāi)的環(huán)壁形成葉片，一邊與壁相連，另一端向環(huán)內(nèi)彎曲，并在中心處與其他的葉片相連。鮑爾環(huán)的這種結(jié)構(gòu)提高了環(huán)內(nèi)空間和環(huán)內(nèi)外表的有效利用程度，使氣體阻力降低，液體分布有所改善，因而在實(shí)際應(yīng)用中受到重視。c階梯環(huán)：階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)加以改良的產(chǎn)品。環(huán)壁上開(kāi)有窗口，環(huán)內(nèi)有兩層互相交存的十字型翅片。環(huán)壁局部的高度僅為直徑的一半，其軸向的一端為向外翻卷的喇叭口

18、，高度為全高的，由于軸向兩端不對(duì)稱(chēng)，在填料層中各環(huán)相互呈點(diǎn)接觸。d鞍型填料：鞍型填料是一種敞開(kāi)式的、沒(méi)有內(nèi)外表的填料，包括弧鞍型和矩鞍型兩種。弧鞍型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用陶瓷制成，由于其兩面的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)在填料層中易相互重疊，故使填料外表不能被充分利用，影響了傳質(zhì)效果。矩鞍型在填料層中不相互重疊，因此填料外表利用率好，傳質(zhì)效果比相同尺寸的拉西環(huán)好。e顆粒型網(wǎng)體填料：顆粒型網(wǎng)體填料是由金屬絲網(wǎng)或多孔金屬片制成。因絲網(wǎng)材料很薄，填料可以做得很小，所以其比外表積都很大，而且孔隙率大，液體分布均勻，液膜薄，傳質(zhì)效果好，屬于高效填料。f波紋填料：波紋填料是一種整砌結(jié)構(gòu)的新型填料。它有由許多波紋型薄板垂直方向疊在一起

19、，組成盤(pán)狀。可有網(wǎng)體和實(shí)體兩種結(jié)構(gòu)。由于其結(jié)構(gòu)緊湊，故具有很大的比外表積。二填料種類(lèi)的選擇填料種類(lèi)的選擇要考慮別離工藝的要求，通常考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：a傳質(zhì)效率 傳質(zhì)效率即別離效率，它有兩種表示方法：一是以理論級(jí)計(jì)算的表示方式，以每個(gè)理論級(jí)當(dāng)量的填料層高度表示，即HETP；另一是以傳質(zhì)效率進(jìn)行計(jì)算的表示方式，以每個(gè)傳質(zhì)單元相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨缺硎荆碒TU。b通量 在相同的液體負(fù)荷下，填料的泛點(diǎn)氣速越高或氣象動(dòng)能因子越大，那么通量越大，塔的處理能力就越大。因此，在選擇填料種類(lèi)時(shí)，在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣象動(dòng)能因子的填料。c填料層的壓降 填料層的壓降是填料的主要性能，

20、填料層的壓降越低，動(dòng)力消耗越低，操作費(fèi)用越少。選擇低壓降的填料對(duì)熱敏性物質(zhì)尤為重要。比擬填料的壓降有兩種方法：一是比擬填料層單位高度的壓降；另一是比擬填料層單位傳質(zhì)效率的比壓降。d填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等。所選填料應(yīng)具有較大的操作彈性，以保證塔內(nèi)氣液負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)維持穩(wěn)定操作。同時(shí)，還因=應(yīng)具有一定的抗污堵、康熱敏能力，以適應(yīng)物料的變化及塔內(nèi)溫度的變化。此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修。(3) 填料尺寸的選擇 實(shí)踐說(shuō)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)，造成塔的別離效率下降。一般來(lái)說(shuō)，填料尺寸大，本錢(qián)低，

21、處理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其本錢(qián)的降低往往難以抵償其效率降低所造成的本錢(qián)增加。所以，一般大塔經(jīng)常使用50mm的填料。表22 填料尺寸與塔徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系塔徑填料尺寸D300300D900D900202525385080(4).填料材質(zhì)的選擇 對(duì)于填料材質(zhì)的原那么，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，溫度高的應(yīng)采用材料的耐溫性能好的，溫度低的應(yīng)從考慮節(jié)省能源的角度選擇。本設(shè)計(jì)考慮以上因素，采用了DN38聚丙稀所料階梯環(huán)填料， 相關(guān)數(shù)據(jù)如下公稱(chēng)直徑DN mm外徑×高×厚 d &

22、#215; 比外表積 m2m3空隙率 %個(gè)數(shù)n m-3堆積密度 p kgm3干填料因子 m-13838×19×91272001758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(jiǎn)單的吸收劑再生方法之一。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，假設(shè)采用減壓再生，那么解吸操作需在真空條件下進(jìn)行，那么過(guò)程可能不夠經(jīng)濟(jì)。二加熱再生加熱再生也是

23、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于常溫的吸收操作，否那么，假設(shè)吸收溫度較高，那么再生溫度必然更高，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，使吸收劑外表溶質(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。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

24、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)反響的性質(zhì)而定,既要考慮溫度對(duì)化學(xué)反響速度常數(shù)的影響,也要考慮對(duì)化學(xué)平衡的影響,使吸收反響具有適宜的反響速度.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.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(zhuān)門(mén)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,因而假設(shè)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

25、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,假設(shè)過(guò)程由質(zhì)量傳遞過(guò)程控制,那么提高操作壓力有利,假設(shè)為化學(xué)反響過(guò)程控制,那么操作壓力對(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.液氣比的選擇在吸收塔內(nèi)吸收劑的用量L和被處理氣體的流量G的比值稱(chēng)為液氣比.吸收劑的用量或液氣比確實(shí)定是吸收裝置設(shè)計(jì)計(jì)算中的重要內(nèi)容，它的大小影響到吸收操作的推動(dòng)力、塔徑、填料層高度和吸

26、收劑的再生費(fèi)用。在設(shè)計(jì)時(shí)必須是操作液氣比大于最小液氣比。它的大小與相平衡關(guān)系、吸收劑入塔濃度、溶質(zhì)吸收率等因素有關(guān)。2.0倍，其最正確值應(yīng)有經(jīng)濟(jì)核算決定。假設(shè)液氣比取較小值，那么所排出的液體濃度就較高，溶質(zhì)回收的操作費(fèi)用較廉價(jià)，但吸收塔變高，因此設(shè)備本錢(qián)費(fèi)提高。相反液氣比去較大值，那么吸收塔高度變低，但塔徑變大，且解析費(fèi)用會(huì)提高。在確定吸收劑用量時(shí)還必須考慮填料外表充分潤(rùn)濕，一般要求在單位塔截面上液體的噴淋量即噴淋密度不小于5-12。如果液體吸收劑的用量不可能增加很多，那么可采用使排除液的一局部在循環(huán)的吸收操作流程。第3章 吸收塔的工藝計(jì)算液相物性數(shù)據(jù)對(duì)于低濃度的吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近

27、似取純水的物性數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得20 C°時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 粘度 = 外表張力 = 在水中的擴(kuò)散系數(shù)=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為 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)的25 C°空氣的粘度為 查手冊(cè)在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為氣液平衡數(shù)據(jù) 由手冊(cè)查得常壓下20 C°在水中的亨利系數(shù)為相平衡常數(shù)為 溶解度系數(shù)為進(jìn)塔氣相摩爾比為出塔氣相摩爾比比為出塔惰性氣相流量為該吸收過(guò)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(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為由 塔徑的計(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

28、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)系圖的橫坐標(biāo)為查圖5-19得： 查得取圓整塔經(jīng)，取Dm泛點(diǎn)率校核填料規(guī)格校核:有即符合要求.液體噴淋密度校核對(duì)于的散裝填料，取最小潤(rùn)濕率為查得故滿(mǎn)足最小噴淋密度的要求.經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=2000mm合理。傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算解吸因數(shù)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 得液體質(zhì)量通量為氣膜吸收系數(shù)有下式計(jì)算： 液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：由查得那么 = 由 填料層高度計(jì)算 得設(shè)計(jì)填料層高度為查 對(duì)于階梯環(huán)填料， 取，計(jì)算得填料層高度為5200mm，故不需分段 。塔的頂部空間高度為了減少塔頂出口氣體中

29、夾帶的液體量，塔上部空間高度可取1200mm-1500mm,此處取。塔底液相停留時(shí)間以1min 考慮，那么塔釜所占空間高度為 考慮到氣相接管所占的空間高度,底部空間高度可取，所以塔的附屬高度可以取,取液體分布器高度為。 所以塔高液體分布器液體分布器的性能主要由分布器的布液點(diǎn)密度即單位面積上的布液點(diǎn)數(shù)，各布液點(diǎn)的布液布液均勻性，各布液點(diǎn)上的液相組成的均勻性決定設(shè)計(jì)液體分布器主要是確定決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。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，也是使填料到達(dá)預(yù)期別離效果的保證。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408

30、0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。2、噴淋孔徑不宜小于2，以免引起堵塞，孔徑也不宜過(guò)大，否那么液位高度難維持穩(wěn)定。液體分布器有以下幾種形式: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)。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(kāi)24排對(duì)稱(chēng)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。其突出的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，供氣體

31、流動(dòng)的自由截面大，阻力小，但小孔易堵塞，操作彈性一般較小。此形分布器對(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. 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。一般每根支管上可開(kāi)13排小孔，孔中心線與垂直線的夾角可取15°°、30°或45°等，取決于液流到達(dá)填料外表時(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0.20.3ms，支管流速取為0.150.2ms；采用泵送液那么流速可提高。4. 槽式液體分布器 槽式液體分布器

32、是由分流槽，分布槽構(gòu)成的。適合于大氣液負(fù)荷及含有固體懸浮物，粘度大的液體的別離場(chǎng)合，應(yīng)用范圍廣很為先進(jìn)。 槽式液體分布器為使液體分布器具有較好的分布性能，必須合理確定布液孔數(shù)，布液孔數(shù)應(yīng)依所用填料所需的質(zhì)量要求決定。在通常情況下，滿(mǎn)足各種填料質(zhì)量分布要求的適宜噴淋點(diǎn)見(jiàn)下表，在選擇填料的噴淋點(diǎn)密度時(shí)應(yīng)該遵循填料的效率越高，所需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律，依所選用的填料，確定單位面積的噴淋點(diǎn)后，在根據(jù)塔的截面積即可求得分布器的布液孔數(shù)。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=750170D>120042按Eckert的建議值，D>1200

33、時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為120。 布液孔數(shù) 分布點(diǎn)密度計(jì)算按Ecket的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦，噴淋點(diǎn)密度為170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(duì)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 布液點(diǎn)數(shù)為=378點(diǎn)按Eckert建議值,常用填料的噴淋點(diǎn)數(shù)為： .本設(shè)計(jì)D=2000mm 設(shè)計(jì)每117cm2塔截面設(shè)一個(gè)噴淋點(diǎn)。由多孔型布液裝置的布液能力的計(jì)算公式計(jì)算孔徑，查資料知 取 液層高度h=160mm那么設(shè)計(jì)在推薦孔徑范圍內(nèi)塔底液體保持管高度液體保持管高度:取布液孔直徑為10

34、mm,那么液體保持管高度可由式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0.60-0.62,液位高度確實(shí)定應(yīng)和布液孔徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),使各項(xiàng)參數(shù)均在一定范圍內(nèi).本裝置的直徑較小可采用簡(jiǎn)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(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. 除沫器及篩網(wǎng)裝置TJCW型除霧器TJCW Demister其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、易安裝、除霧效率高、操作彈性大。對(duì)于 > 5mm 的液滴除霧率到達(dá)99.8%以上，對(duì) > 840mm 的液滴，除霧效率可達(dá)100%。裝置如圖: 填料

35、支承板填料支承板應(yīng)該具有支承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。要留出足夠的空隙面積空氣、液流量，氣體通過(guò)支承板空隙的線速不能低于通過(guò)填料層空隙的線速度，否那么便會(huì)在填料層內(nèi)尚未發(fā)生液泛之前，已在支撐板處發(fā)生液泛。一般要求支承板的自由截面積之比大于填料層的空隙率。支承板大體分為兩類(lèi)，一類(lèi)為氣液逆流通過(guò)的平板支承板，板上有篩孔或?yàn)闁虐迨剑涣硪活?lèi)為氣體噴射型，可分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支承板和梁式氣體噴射型支承板。平板型支承板結(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。氣體噴射性支承板氣液分道，即有利于氣體的均勻分配，又防止了

36、液體在板上聚集。氣體噴射支承板，適于在大直徑塔中使用，從塔底上升的氣體通過(guò)水平局部的孔流下。通氣孔的總截面積可以做到大于塔的截面積，這種設(shè)計(jì)使得氣流阻力小而通過(guò)能力大，并排除了在支承板上發(fā)生液泛的危險(xiǎn)。當(dāng)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。填料壓板與床層限制板填料壓板即以自身質(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。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

37、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)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1020ms高壓塔氣速低于此值；液體進(jìn)出口氣速可取0.81.5ms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. 塔的輔助裝置塔的輔助裝置是指同塔有關(guān)的附屬裝置，如裙

38、座、人孔、手孔、視鏡、吊柱、吊耳、操作平臺(tái)及梯子等。.1 裙座裙座的結(jié)構(gòu)型式有圓筒形和圓錐形兩種。圓筒形裙座制造方便、經(jīng)濟(jì)上合理，圓錐形裙座可提高設(shè)備的穩(wěn)定性，降低根底環(huán)支撐面上的應(yīng)力，因此常在細(xì)高的塔上采用。圓錐形裙座的半錐頂角一般不大于.2 人孔和手孔 壓力容器開(kāi)設(shè)手孔和人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造。手孔直徑一般為150250mm，標(biāo)準(zhǔn)手孔公稱(chēng)直徑有DN150和DN250兩種。手孔的結(jié)構(gòu)一般是容器上接一短管，并在其上蓋以盲板。當(dāng)設(shè)備的直徑超過(guò)900mm，不僅需要開(kāi)手孔，還應(yīng)開(kāi)設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。圓形人孔的直徑一般為400600mm，當(dāng)容器壓力不高

39、或有特殊需要時(shí)，直徑可以大一些。橢圓型人孔的最小尺寸為400mm300mm。3.8吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算 吸收塔的壓力降氣體通過(guò)填料層的壓降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料壓力降氣體通過(guò)填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算其中橫坐標(biāo)為查 得縱坐標(biāo)為查得填料層壓力降1填料層進(jìn)口壓強(qiáng)由于突然擴(kuò)大2出口壓強(qiáng)突然縮小進(jìn)出口氣速 3其他塔內(nèi)件壓降總和為較小，在此處可以忽略所以吸收塔總壓降為吸收塔的泛點(diǎn)率吸收塔操作氣速為0.531ms ，泛點(diǎn)氣速為1.004ms 所以泛點(diǎn)率為該塔的泛點(diǎn)率適宜氣體動(dòng)能因子吸收塔內(nèi)氣體動(dòng)能因子為氣體動(dòng)能因子在常用的范圍內(nèi)。接管尺寸的計(jì)算舉例本設(shè)計(jì)中填料塔有多處接管，在此分

40、別以液體進(jìn)料管和氣體進(jìn)料管的管徑計(jì)算為例進(jìn)行說(shuō)明。相關(guān)數(shù)據(jù)查參考書(shū)1、液體進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下：接管尺寸的計(jì)算舉例本設(shè)計(jì)中填料塔有多處接管，在此分別以液體進(jìn)料管和氣體進(jìn)料管的管徑計(jì)算為例進(jìn)行說(shuō)明。相關(guān)數(shù)據(jù)查參考書(shū)1、液體進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下：由此選擇水煤氣管道。2、氣體進(jìn)料管采用直管進(jìn)料。取氣速 由此選擇熱扎無(wú)縫鋼管。離心泵的選擇與計(jì)算計(jì)算過(guò)程如下由可知，所選管為水煤氣管道校核管內(nèi)流速那么雷諾數(shù)局部阻力損失：三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截止閥全開(kāi); 三個(gè)標(biāo)

41、準(zhǔn)90°彎頭 ；管路總壓頭損失 揚(yáng)程 流量 經(jīng)查陳敏恒 叢德滋 方圖南 齊鳴齋編?化工原理?P293附表八泵與風(fēng)機(jī)， 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說(shuō)明吸收塔的吸收劑用量計(jì)算總表 表-1工程符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位混合氣體處理量6000氣液相平衡常數(shù)m進(jìn)塔氣相摩爾比出塔氣相摩爾比進(jìn)塔液相摩爾分率0出塔液相摩爾分率最小液氣比混合氣體的平均摩爾質(zhì)量混合氣體的平均密度吸收劑用量氣相質(zhì)量流量7542kgh液相質(zhì)量流量塔設(shè)備計(jì)算總表 表-2工程符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位塔徑 填料層高度填料塔上部空間高度填料塔下部空間高度塔附屬高度塔高傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)布液孔數(shù)378 點(diǎn)填料壓力降空塔氣速泛點(diǎn)率填料計(jì)算總

42、表 表-3工程符號(hào)數(shù)值與計(jì)量單位填料直徑38泛點(diǎn)填料因子160填料臨界外表張力33主要符號(hào)說(shuō)明1、英文字母填料層有效傳質(zhì)比外表積m²m³ 液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)，無(wú)因數(shù)；吸收因數(shù);無(wú)因次; 氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)，無(wú)因數(shù)；20; 液體密度， m²s； 塔徑，m; 氣體密度， m²s;重力加速度，; 混合氣的粘度 ，;氣體摩爾流速，; 混合氣的粘度 ，;填料層高度，m; 空隙率, %;塔高，m; 填料材質(zhì)的臨界外表張力，;氣相總傳質(zhì)單元高度，m; 填料材質(zhì)的臨界外表張力，;氣體膜吸收系數(shù); 填料的潤(rùn)濕比外表積，;液體膜吸收系數(shù)，;壓降填料因子，;液相摩爾流速，; 氣體動(dòng)能因子， ;相平衡常數(shù)，無(wú)因數(shù); 摩爾質(zhì)量，;氣相總傳質(zhì)單元數(shù)，無(wú)因數(shù) ; 氣相摩爾比，無(wú)因數(shù);