化工原理课程设计-二氧化硫的填料塔吸收设计

1、吉林化工学院课程设计1目录目录目录 .1摘要 .3第 1 章 绪论 .511 吸收技术概况 .512 吸收设备的发展.61.3 吸收在工业生产中的应用 .7第 2 章 设计方案 .72.1 吸收剂的选择 .72.2 吸收流程的选择.82.2.1 气体吸收过程分类.82.2.2 吸收装置的流程.92.3 吸收塔设备及填料的选择 .92.3.1 吸收塔设备.92.3.2 填料的选择.102.4 吸收剂再生方法的选择.102.5 操作参数的选择.11第 3 章 吸收塔的工艺计算.113.1 基础物性数据.113.1.1 液相物性数据.113.1.2 气相物性数据.123.1.3 气液相平衡数据.12

2、3.2 物料衡算 .123.3 塔径计算 .133.3.1 塔径的计算.133.3.2 泛点率校核：.143.3.4 液体喷淋密度得校核：.143.4 填料层高度的计算.143.4.1 传质单元数的计算.143.4.2 传质单元高度的计算.153.4.3 填料层高度的计算.163.5 填料塔附属高度的计算.173.6 液体分布器计算.173.6.1 液体分布器的选型.183.6.2 布液孔数的计算.183.6.3 布液计算.183.7 其他附属塔内件的选择.183.7.1 填料支承装置的选择.183.7.2 填料压紧装置.19吉林化工学院课程设计23.7.3 塔顶除雾器.193.8 吸收塔的流

3、体力学参数计算 .203.81 吸收塔的压力降.203.8.2 吸收塔的泛点率.213.8.3 气体动能因子.213.9 附属设备的计算与选择.213.9.1 离心泵的选择与计算.213.9.2 吸收塔主要接管尺寸选择与计算.22工艺设计计算结果汇总与主要符号说明工艺设计计算结果汇总与主要符号说明.23设计过程的评述和有关问题的讨论设计过程的评述和有关问题的讨论.26主要参考文献主要参考文献.27结束语结束语.28吸收操作系统的工艺流程图吸收操作系统的工艺流程图.29吸收操作系统的设备条件图吸收操作系统的设备条件图.30吉林化工学院课程设计3摘要摘要气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体

4、中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。一般说来，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都广泛应用到气体吸收过程。填料塔由于其通量大，阻力小，压降低，操作弹性大，塔内持液量小，填料易用耐腐蚀材料制造，结构简单，分离效率高等优点， 使得其在某些处理量大要求压降小的分离过程中得到了广泛的应用并作为主要设备之一，越来越受到青睐。本设计任务是用 20清水洗收录其中的2SO。对于气体的吸收应该采用气液传质设备填料塔，因为它具有较高的比表面积。用水吸收2SO属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效

5、率，选用逆流吸收流程。在此吸收过程中，操作温度及操作压力较低，选用塑料散装填料。因塑料阶梯环的综合性能较好，所以选用 DN8 聚丙烯阶梯环填料。梁型支承板的性能优良，有利于气液传质，因此选用梁型支承板。因该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。关键词:吸收-2SO- 填料塔- 逆流 吉林化工学院课程设计4AbstractAbstract Gas absorption process is the use of the gas mixture, each component in the solubility in liquid or chemical reactivit

6、y of the differences in the two-phase gas-liquid mass transfer occurs when the contact, gas-liquid mixture to achieve separation. In general, the integrity of the process should include the absorption and desorption absorbing two parts. In the chemical production process, the raw material of gas pur

7、ification, gas refined products, management of hazardous gases and protect the environment are widely used in the process of absorbing the gas. Packed column because of its large flux, small resistance, the pressure to reduce operating flexibility, the tower holding a small amount of fluid, easy-to-

8、use filler material corrosion-resistant, simple structure, high efficiency separation, making its deal with some of the large volume of requests The small drop in the process of separation is widely used as one of the major equipment, more and more popular. The present task is to design with 20 of w

9、ater to wash ones record. The gas should be used to absorb the gas-liquid mass transfer equipment packed column, as it has a high surface area. In the medium to absorb water solubility of the absorption process, in order to improve the efficiency of mass transfer, absorption current selection proces

10、s. In the absorption process, the operating temperature and low pressure operation, the selection of bulk plastic filler. Plastic ring ladder as a result of the comprehensive performance is better, so choose DN8 polypropylene packing ring ladder. Liang-board support of high-performance, in favor of

11、gas-liquid mass transfer, the choice of beam-board support. The liquid absorption tower as a result of a greater load, and the gas load is relatively low, the selection of trough liquid distributor. Key words: absorption -2SO - packed tower - current吉林化工学院课程设计5第 1 章 绪论1111 吸收技术概况吸收技术概况利用混合气体中各组分在同一种

12、溶剂（吸收剂）中溶解度的不同分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收是分离气体混合物最常见的单元操作之一。工业吸收操作是在吸收塔内进行的。在吸收操作中，通常将混合气体中能够溶解于溶剂中的组分称为溶质或吸收质，以 A 表示;而不溶或微溶的组分称为载体或惰性气体，以 B 表示；吸收所用的溶剂称为吸收剂，以 S 表示；经吸收后得到的溶液称为吸收液;被吸收后排出吸收塔的气体称为吸收尾气。吸收就是吸收质从气相转入液相的过程1。吸收过程通常在吸收塔中进行。根据气、液两相的流动方向，分为逆流操作和并流操作两类，工业生产中以逆流操作为主，吸收剂以塔顶加入自上向下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体

13、从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。吸收塔操作示意图如图片 2-1 所示。在工业生产中，除以制取溶液产品为目的的吸收(如用水吸收 HCl 气制取盐酸等)之外，大都要将吸收液进行解吸，以便得到纯净的溶质或使吸收剂再生后循环使用。解吸也称为脱吸，它是使溶质从吸收液中释放出来的过程，解吸通常在解吸塔中进行。图片 2-2 所示为洗油脱除煤气中粗苯的流程简图。图中虚线左侧为吸收部分，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(又称富油)由吸收塔底排出，被吸收后的煤气由吸收塔顶排出。图中虚线右侧为解吸部分，在解收塔中，粗苯由液相释放出来，并为水蒸汽带出，经冷凝分层后即可获得粗苯产品，解吸出粗

14、苯的洗油(也称为贫油)经冷却后再送回吸收塔循环使用。吉林化工学院课程设计6吸收塔设备是气液接触的传质设备，一般可分为逐级接触型和微分接触型两类。板式塔属于逐级接触型的气液传质设备，它是在塔体内按照一定距离设置许多塔盘，气体以鼓泡或喷射的方式穿过塔盘上的液层。填料塔属于微分接触型气液传质设备，它是在塔体内装有一定数量的填料，填料的作用是提供气液间的传质面积。在塔内液体沿填料表面下流，形成一层薄膜，气体沿填料空隙上升，在填料表面的液层与气体的界面上进行传质过程2。1212 吸收设备的发展吸收设备的发展 吸收操作主要在填料塔和板式塔中进行，几种常用的吸收塔有填料塔、湍球塔、板式塔等。其中填料塔的应用

15、较为广泛。 填料塔的历史较久，早在 19 世纪中期已开始用于生产，到 20 世纪初，人们以碎石、短管段等为填料用来蒸馏原油，改进了原来的釜式蒸馏技术，促进了石油工业的发展。但由于当时对填料两相的流动研究很少，塔的优越性未能全部发挥，故不久就为泡罩塔所取代。后来随着石油、酸碱、肥料、石油化工等工业的飞速发展，人们对填料塔的实践和认识才进一步不断加深，制造了多种形式的填料；对填料塔的压降和泛点得出了较为可靠的关联式，为设计和操作提供了依据3。 填料塔，它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。填料是填料塔的核心，

16、它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20 世纪 80 年代后开发的新型填料如 QH1 型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。吉林化工学院课程设计7塔填料的研究与应用已获得长足的发展，鲍尔环、阶梯环、莱佛厄派克环、金属环矩鞍等的出现标志着散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的突破。规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下，倍受重视，已成为塔填

17、料的重要品种。其中金属与塑料波纹板造价适中，抗污力强，操作性能好，并易于工业应用，可作为通用填料使用；栅格填料对液体负荷和允许压降要求苛刻的过程十分有利，并具有自净机能，即使应用在污垢系统也能长期稳定运转；脉冲填料独特的结构使之在大流量、大塔径下也不会发生偏流，极易工业放大，从发展上看很有希望。 近年来，工程界对填料塔进行了大量的研究工作，主要集中在以下几个方面：(1) 开发多种形式、规格和材质的高效、低压降、大流量的填料；(2) 与不同填料相匹配的塔内件结构；(3) 填料层中液体的流动及分布规律；(4) 蒸馏过程的模拟。 填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制

18、造等。对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推荐用于 0.60.7m 以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他性能内件的开发，以及人们对填料流体力学，放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展4。1.31.3 吸收在工业生产中的应用吸收在工业生产中的应用气体吸收在化工生产中的应用大致有以下几种。 (1) 制备液体产品 如用水吸收 HCL 制备盐酸，用水吸收甲醛蒸汽制福尔马林溶液等，都是吸收操作。(2) 净化气体或精制气体 如用水脱除合成氨原料中的 CO2，用丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等，其目的是出去气体中的有害成分，便于气体在工序中能顺利进行。(3) 回收有

19、用物质 工艺尾气中含有一些有价值的物质， ，通过吸收可以为这些物质找到新的用途，做到物尽其用。(4) 保护环境 在排放到大气的工艺尾气中可能含有对人或其他生物有害的物质，比如硫的化合物、氨的化合物等。这些有害物质如果不除，将造成环境污染。通过吸收，可以在排放前除去这些有害物，做到达标排放1。第第 2 2 章章 设计方案设计方案2.12.1 吸收剂的选择吸收剂的选择 吸收操作的好坏在很大程度上取决于吸收剂的性质。选择吸收剂时在，主要考虑以下几点：(1) 溶解度大 吸收剂对溶质组分的溶解度越大，则传质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少，操作费用较低。 吉林化工学院课程设计8(2) 选择

20、性好 吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。 (3) 挥发性好 在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和。故在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收剂的损失量。 (4) 粘度低 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高。（5）易再生 当富液不作为产品时，吸收剂要易再生，以降低操作费用。要求溶解度对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小；而且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升，则被吸收的气体解吸，吸收剂再生方便。 (6) 其它 所选用的吸收剂应尽可

21、能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定、经济安全1。在实际生产中满足所有要求的吸收剂是不存在的。应从满足工艺要求出发，对可供选择的吸收剂做全面的评价，作出科学、经济、合理的选择。综上所述，考虑吸收剂的选用标准，在二氧化硫的吸收过程中，采用清水为吸收剂。2.22.2 吸收流程的选择吸收流程的选择2.2.1 气体吸收过程分类气体吸收过程通常按以下方法分类。 (1) 单组分吸收与多组分吸收:吸收过程按被吸收组分数目的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收。若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶（或微溶）于吸收剂，这种吸收过程称为单组分吸收。反之，若在吸收过程中，

22、混合气中进入液相的气体溶质不止一个，这样的吸收称为多组分吸收。 (2) 物理吸收与化学吸收: 在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，可以把吸收过程看成是气体溶质单纯地溶解于液相溶剂的物理过程，则称为物理吸收。相反，如果在吸收过程中气体溶质与溶剂(或其中的活泼组分)发生显著的化学反应，则称为化学吸收。 (3) 低浓度吸收与高浓度吸收: 在吸收过程中，若溶质在气液两相中的摩尔分率均较低（通常不超过 0.1） ，这种吸收称为低浓度吸收；反之，则称为高浓度吸收。对于低浓度吸收过程，由于气相中溶质浓度较低，传递到液相中的溶质量相对于气、液相流率也较小，因此流经吸收塔的气、液相流率均可视为

23、常数。 (4) 等温吸收与非等温吸收: 气体溶质溶解于液体时，常由于溶解热或化学反应热，而产生热效应，热效应使液相的温度逐渐升高，这种吸收称为非等温吸收。若吸收过程的热效应很小，或虽然热效应较大，但吸收设备的散热效果很好，能及时移出吸收过程所产生的热量，此时液相的温度变化并不显著，这种吸收称为等温吸收6。 吉林化工学院课程设计92.2.2 吸收装置的流程吸收装置的流程主要有以下几种。 （1）逆流操作 气相自塔底进入塔顶排出，液相自塔顶进入塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。 （2）并流操作 气液两相均从塔

24、顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需要吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。 （3）吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平蘅常数 m 植很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应予

25、指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需要设置循环泵，操作费用增加。（4）多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需要经常清理调料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需要留较大空间，输液、喷淋、支承板等辅助装置增加，使设备投资加大。（5）串联并联混合操作 若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小（否则易引起塔的液泛） ，塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程。用水吸收二氧化硫属中等溶解度的吸收过程，为提

26、高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，且二氧化硫不作为产品，故采用纯溶剂72.32.3 吸收塔设备及填料的选择吸收塔设备及填料的选择2.3.1 吸收塔设备对于吸收过程，塔设备有多种，如何选择合适的类型是进行工业设计的首要工作。而进行这一项工作则主要对吸收过程进行充分的研究后，并经过多方案对比方能得到较满意的结果。一般而言，吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求，即用较小直径的塔设备完成规定的处理量，塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，具有合适的操作弹性，结构简单，造价低，易于制造、安装、操作和维修等。但作为吸收过程，一般具有操作液气比大的特点，因而更适用于填料塔

27、。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能，所以对于吸收过程来说，以采用填料塔居多。但在液体流率很低难以充分润湿填料，或塔径过大，使用填料不很经济的情况下，以采用板式塔为宜。吉林化工学院课程设计10本设计过程采用填料塔作为吸收设备8。2.3.2 填料的选择塔填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。在选择塔填料时应考虑如下几个问题：（1）比表面积要大 比表面积 a 是指单位体积的填料层所具有的表面积，大的比表面积和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。（2）空隙率大 空隙率 是指单位体积的填料所具有的空隙体积，填料的

28、空隙率大，气液通过的能力大，气体流动的阻力小，填料的空隙率一般在 0.45-0.95 范围。（3）堆积密度小 堆积密度 是指单位体积填料的质量，在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量减薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。（4）填料的几何形状 填料的几何形状对填料的流体力学和传质性能有着重要的影响。（5）填料的材质 工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类，不同的材质适应于不同的操作条件9。该流程的操作压力及温度较低，工业上通常选用塑料散装填料，在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用 DN38 聚丙烯阶梯环填料。 阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶

29、梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料表面由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。其主要性能参数为：比表面积 =132.5m2孔隙率 =0.91形状修正系数 =1.45填料因子 =170m1A=0.2042.42.4 吸收剂再生方法的选择吸收剂再生方法的选择使溶解于液相中的气体释放出来的操作称为解吸。其操作方法通常是使富液与惰性气体或蒸汽逆流接触，富液自解吸塔顶引入，在

30、其下流过程中与来自塔底的惰性气体或蒸汽相遇，吸收质逐渐从溶液中释放出来，在塔顶得到吸收质与惰性气体或蒸汽的混合物，在塔底得到较纯净的吸收剂。在本设计操作中，规定吸收二氧化硫后的水，经富液泵送入再生塔顶，用燃料气进行气提解吸操作，解吸后的水经贫油泵，送回吸收塔，循环使用，气提气则进入燃料处理系统9。吉林化工学院课程设计112.52.5 操作参数的选择操作参数的选择吸收过程的操作参数主要包括吸收（或再生）压力、吸收（或再生）温度以及吸收因子（或解吸因子） 。这些条件的选择应充分考虑前后工序的工艺参数，从整个过程的安全性、可靠性、经济性出发，利用过程的模拟计算，经过多方案对比优化得出过程参数。操作压

31、力选择本任务中已经给出是常压操作，所以不需要再对其进行考虑。操作温度选择本任务中已经给出操作温度是 20 吸收因子和解吸因子选择吸收因子和解吸因子是一个关联了气体处理量，吸收剂用量以及气液平衡常数的综合过程参数。吸收因子和解吸因子的取值大小对过程的经济性影响很大，选用大的吸收因子，则过程的设备费用降低而吸收剂用量或循环量加大，操作费用升高。若吸收因子较小，则过程推动力减小，塔必然很高。在设计上，两者的数值应该以过程的总费用最低为目标函数进行设计后确定10。根据公式 m=E/p；A=mGL；所以EGLpA ；第第 3 3 章章 吸收塔的工艺计算吸收塔的工艺计算3.13.1 基础物性数据基础物性数

32、据3.1.1 液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据。由手册查得，20时水的有关物性数据如下：密度3/2 .998mkgL黏度)/(6 . 3001. 0hmkgsPaL表面张力为2/940896/6 .72hkgcmdynLSO2 在水中的扩散系数为hmscmDL/1029. 5/1047. 12625吉林化工学院课程设计123.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为706.3095.2895. 007.6405. 0MVmiiMy混合气体的密度为3101.325 30.7061.277/8.314 293VmVmPMkg mRT混合气体的黏度可近似取为空气的

33、黏度，查手册得 20空气的黏度为)/(065. 01081. 15VhmkgsPa查手册得 SO2 在空气中的扩散系数为3.1.3 气液相平衡数据由手册查得，常压下 20时 SO2 在水中的亨利系数为kPaE31055. 3相平衡常数为33.55 1035.04101.325EmP溶解度系数为33/0156. 02 .181055. 32 .998mkPakmolEMLHs3.23.2 物料衡算物料衡算进塔气相摩尔比为 0526. 005. 0105. 01111yyY出塔气相摩尔比 00263. 095. 010526. 0112AYYhmscmDV/039. 0/108. 022吉林化工学

34、院课程设计13进塔惰性气相流量 24002731 0.0594.84/22.427320Gkmol h最小液气比 min0.05260.0026333.290.0526/35.040LG液气比 94.4929.335 . 15 . 1minGLGL所以49.94 94.844736.31/Lkmol h由 2121XXLYYG 得 001. 003.497600263. 00526. 058.991X3.33.3 塔径计算塔径计算3.3.1 塔径的计算塔径的计算采用 Eckert 关联图计算泛点气速气相质量流量为2400 1.2773064.8/Vkg h液相质量流量为4736.31 18.0

35、285348.31/Lkg hEckert 关联图得横坐标为0.50.52120.285348.311.2770.9963064.8998.25210.02255 111700.02250.0225 9.81 998.21.007/170 1 1.277 10.70.7 1.0070.7052/VLVLVFFLLFLFFVLFugmgum suum s 查图得差表得取吉林化工学院课程设计14由44 2400/36001.0973.14 0.7052SVDmu圆整塔径，取1.2Dm3.3.2 泛点率校核：22400/36000.59/0.785 1.20.59100%58.6%(50% 85%1

36、.007Fum suu为经验值，所以在允许范围内）3.3.3 填料规格校核：120031.58838Dd3.3.4 液体喷淋密度得校核：填料表面的润湿状况是传质的基础，为保持良好的传质性能，每种填料应维持一定的液体润湿速率（或喷淋密度） 。依 Morris 等推荐，d75mm 的环形及其它填料的最小润湿速率（WL）min 为320.08m / mh最小喷淋密度32minmin0.08 132.510.6/WtULammh 喷淋密度min285348.31/998.275.640.785 1.2UU经以上校核可知，填料塔直径选用1200Dmm合理。3.43.4 填料层高度的计算填料层高度的计算3

37、.4.1 传质单元数的计算*11*2235.04 0.0010.035040YmXYmX吉林化工学院课程设计15脱吸因数 702. 003.497358.9904.35LmVS气相总传质单元数 NOGSYYYYSS22211ln11 364. 6702. 0000263. 000526. 0702. 01ln702. 0113.4.2 传质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：2 . 0205. 0221 . 075. 045. 1exp1tLLLLtLLtLLcaUgaUaUataw又2/427680/33hkgcmdynC液体质量通量3285348.3175502.75

38、/0.785 1.2LUkgmh0.050.20.750.122842768075502.7575502.75132.575502.751 exp1.450.605940896132.5 3.6998.2 1.27 10998.2 940896 132.5twaa 气膜吸收系数 RTDaDaUkVtVVVVtVG317 . 0237. 0又气体质量通量 222400 1.272711.25/0.785 1.2VUkgmh0.71/322711.250.065132.5 0.0390.2370.03077/132.5 0.0651.277 0.0398.314 293Gkkmolmh KPa 液

39、膜吸收系数2/31/21/31/32/31/28675502.753.63.6 1.27 100.00950.00951.135/0.605 132.5 3.6998.2 5.29 10998.2LLLLWLLLLUgkm haD由 1 . 1wGGakak 查表 5-4 得 45. 1吉林化工学院课程设计16则 1 . 1wGGakak 1.130.03077 0.605 132.5 1.453.712/kmolmh kPa 4 . 0wLLakak0.41.135 0.605 132.5 1.45105.563/ h58.6%50%Fuu由 akuuakGFG4 . 15 . 05 . 9

40、1 1.431 9.50.5860.53.7124.849/kmolmh kPa akuuakLFL2 . 25 . 06 . 21 2.212.6 0.5860.5105.563106.806/ h则 aHkakaKLGG111 311.240/114.8490.0156 106.806kmolmh kPa 由 aPKVaKVHGYOG 94.840.6681.240 101.325 6.364m3.4.3 填料层高度的计算由0.668 6.3644.251OGOGZHNm得1.3 4.2515.526Zm设计取填料层高度为5.6Zm吉林化工学院课程设计17查表 5-16，对于阶梯环填料，建

41、议分段高度得条件为max8 15,6hhmD取9hD，则9 120010800hmm 计算得填料层高度为560mm，故不需分段。3.53.5 填料塔附属高度的计算填料塔附属高度的计算塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高度，塔的底部空间高度等。塔的上部空间高度是为使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来而留取的高度，可取1.2m（包括除沫器高度） 。设塔定液相停留时间为 10s，则塔釜液所占空间高度为m21. 02 . 1785. 02 .9983600/310.85348102考虑到气相接管的空间高度，底部空间高度取为 0.5 米，那么塔的附属空间高度可以取为 1.7

42、m。吸收塔的总高度为 7.3m.3.63.6 液体分布器计算液体分布器计算液体分布器可分为初始分布器和再分布器，初始分布器设置于填料塔内，用于将塔顶液体均匀的分布在填料表面上，初始分布器的好坏对填料塔效率影响很大，分布器的设计不当，液体预分布不均，填料层的有效湿面积减小而偏流现象和沟流现象增加，即使填料性能再好也很难得到满意的分离效果。因而液体分布器的设计十分重要。特别对于大直径低填料层的填料塔，特别需要性能良好的液体分布器。液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数） ，各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。对液体分

43、布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。液体分布器的种类较多，有多种不同的分类方法，一般多以液体流动的推动力或按结构形式分。若按流动推动力可分为重力式和压力式，若按结构形式可分为多孔型和溢流型。其中，多孔型液体分布器又可分为：莲蓬式喷洒器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和双排管式多孔型分布器等。溢流型液体分布器又可分为：溢流盘式液体分布器和溢流槽式液体分布器。根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器，布液孔数应应依所用填料所需的质量分布要求决定，喷淋点密度应

44、遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大这一规律11。吉林化工学院课程设计183.6.1 液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较小，故选用槽式液体分布器。3.6.2 布液孔数的计算按 Eckert 建议值，1200D时，喷淋点密度为 42 点2/m，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为 120 点2/m布液点数为1366 .1351202 . 1785. 02n点按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共七道，在槽侧面开孔，槽宽度为 80mm，槽高度为 210mm，两槽中心距为 160mm。分布点采用三角形排列，实际设计布点数132n点。3.6.3 布液

45、计算由HgndLoS24取 015. 016. 081. 9258. 013614. 336002 .998/31.85348424160,58. 02/12/10HgnLdmmHS设计取mmd1503.73.7 其他附属塔内件的选择其他附属塔内件的选择3.7.1 填料支承装置的选择填料支承装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量，同时保证气液两相顺利通过。支承若设计不当，填料塔的液泛可能首先发生在支承板上。为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的 50%以上，且应大于填料的空隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大

46、的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承装置本身对塔内气液的流动状态也会产生影响，因此作为填料支承装置，除考虑其对流体流动的影响外，一般情况下填料支承装置应满足如下要求：（1） 足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量（持液量） ，并考虑填料空隙中的持液量，以及可能加于系统的压力波动，机械震动，温度波动等因素。足够的开孔率（一般要大于填料的空隙率） ，以防止首先在支撑处发生液泛；为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的 50%以上，且应大于吉林化工学院课程设计19填料的空隙率。此外，应考虑到装上填

47、料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛12。结构上应有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于 20Pa） ；结构简单，便于加工制造安装和维修。要有一定的耐腐蚀性。因梁型气体喷射式支承板可提供超过 90%的自由截面，保证气体通量大，阻力小，故选用梁型喷射式支承板。支持板外径 1116mm，分块数 4，支承圈宽度 50，支承圈厚度 10，近似重量 400N.3.7.2 填料压紧装置为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层

48、结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。填料限定可分为类：一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板；一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限定板。填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其开始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。一般要求压板和限制板自由截面分率大于 70%5。本任务由于使用聚丙烯填料，故选用床层限定板。3.7.3 塔顶除雾器由于气体在塔顶离开填料塔时，带有大量的液沫和雾滴，为回收这部分液相，经常需要在顶设置除沫器。常用的除沫器有以下几种：折流板式除

49、沫器，它是一种利用惯性使液滴得以分离的装置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器，由几块固定的旋流板片组成，气体通过时，产生旋转运动，造成一个离心力场，液滴在离心力作用下，向塔壁运动实现了气液分离。适用于大塔径净化要求高的场合。丝网除沫器，它由金属丝卷成高度为 100-150 的盘状使用。安装方式多种多样，气体通过除雾沫器的压强降约为 120-250Kp，丝网除沫器的直径由气体通过丝网的最大气速决定14。根据本吸收特点及要求，本吸收操作选用金属丝网除沫器。丝网除雾器的设计计算如下:直径muVDSr55. 079. 214. 367. 044smKuGGL/79. 2吉林化工学院课程设计203.8

50、吸收塔的流体力学参数计算吸收塔的流体力学参数计算3.81 吸收塔的压力降 气体通过填料塔的压强降，对填料塔影响较大。如果气体通过填料塔的压强降大，则操作过程的消耗动力大，特别是负压操作更是如此，这将增加塔的操作费用。气体通过填料塔的压力降主要包括气体进入填料的进口及出口压力降，液体分布器及再分布器的压力降，填料支撑及压紧装置压力降以及除沫器压力降等。（1）填料层压降的计算 可以利用 Eckert 通用关联图计算压强降；横坐标为996. 02 .998279. 108.322389614GGGL又查表 5-18 得， 1116mP纵坐标0053. 02 .99881. 91277. 111659

51、. 02 . 022 . 02LLVPgu查图 5-18 得mPaZP/72.117/填料层压降为PaP23.6596 . 572.117（2）气体进出口压力降气体出口压降 取接管内径 250mm smu/7 .1325. 0785. 03600/24002 则进口压降为 PauP84.1197 .13277. 12121221出口压降 PaPP92.5984.1195 . 02112（3）其它塔内件的压力降P较小，在此可忽略所以总压为PaPPPP99.83892.5984.11923.65921吉林化工学院课程设计213.8.2 吸收塔的泛点率泛点率校核 %6 .58%100007. 159

52、. 0Fuu （允许范围内）3.8.3 气体动能因子吸收塔内气体动能因子为3 0.50.591.2770.667/ (/)GFum s kg m气体动能因子在常用的范围内。3.93.9 附属设备的计算与选择附属设备的计算与选择3.9.1 离心泵的选择与计算取液体流速为 u=2.0m/smmmudL123123. 02 .9980 . 231.8534801881. 001881. 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 0据根管材规范，该直径 d 应该选mmmm0 . 4133热轧无缝钢管，内径为 125mm实际流速smu/96. 1125. 014. 3024. 042原

53、料泵的选择压头2122uHfHfggPZH又mZ6 . 5 PaPPf99.8384000244559001. 02 .99896. 1125. 0duRe（湍流）取管壁绝对粗糙度0024. 0125/3 . 0/,3 . 0dmm由图查知024.0mdgluHf3 . 081. 9125. 02896. 1024. 02221选 2 个90弯头 ，2 个截止阀全开。吉林化工学院课程设计22mguHf8 . 281. 9296. 124 . 6275. 02222.8 . 88 . 23 . 081. 92 .99899.8386 . 52u212mHfHfggPZH流量hmudVL/5 .8

54、6360096. 1125. 0785. 0432由于本设计中吸收剂使用的是水，因而，采用清水泵（可用于输送各种工业用水以及物理性质、化学性质类似于水的其他液体）既简单又使用。通过计算可知，吸收塔所要求的压头不是很高，所以采用普通的单级单吸式即可，本设计中选用的型号为 IS125-100-200,其具体参数如下：转速n/(r/min)流量/m3/h扬程H/m效率%/轴功率/kW电机功率/kW必须汽蚀余量mNUSHr/)(质量（泵/底座）/kg145010012.5764.487.52.5100/663.9.2 吸收塔主要接管尺寸选择与计算气体管路直径：气体进入塔内的流速一般为 1018m/s，

55、常压塔气体进出口管速度可取 1020m/s,高压塔气速低于此值。为了防止突然扩大引起的压头损失，所以取气体流速为 u=18m/s。mudVVV217. 0277. 1188 .306401881. 001881. 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 0据根管材规范，取管径为：,8 .106 .271mmmm内径为 250mm实际流速smu/7 .1325. 014. 33600/240042（2）液体进口装置对于直径 1.5mm以下的塔，管口末端可制成向下的喇叭形扩大口，防止淋下的液体进入管内，同时还要使气体分散均匀。（3）气体出口装置气体的出口装置，要求既能保证气体畅

56、通又要尽量除去被夹带的液沫，在气体出口前加装除液沫挡板。当气体夹带较多雾滴时，需另装除沫器（4）液体管路直径取液体流速smu/2mudLLL123. 02 .998231.8534801881. 001881. 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 0据根管材规范，取管径为：,4133mmmm其内径为 125mm。（5）液体进口装置吉林化工学院课程设计23液体进口管应直接通向喷淋装置，可选用直管。液体出口装置为了便于塔内液体排放，保证塔内有一定液封装置高度而设计，并能防止气体短路。工艺设计计算结果汇总与主要符号说明工艺设计计算结果汇总与主要符号说明 吸收塔的吸收剂用量计算

57、总表 表-1项目符号数值与计量单位混合气体处理量V2400 3/mh气液相平衡常数m35.04进塔气相摩尔比10.0526 出塔气相摩尔比20.00263进塔液相摩尔分率2X0 出塔液相摩尔分率1X0.001 最小液气比/L G33.29混合气体的平均摩尔质量VmM30.706molg混合气体的平均密度Vm1.2773mkg吸收剂用量气相质量流量液相质量流量 LVL4736.31hkmol3064.8kg/h85348.31kg/h塔设备计算总表 表-2项目 符号 数值与计量单位塔径 D 1.2m填料层高度 h 5.6m填料塔上部空间高度 1h 1.2m填料塔下部空间高度 2h 0.5m塔附属

58、高度 3h 1.7m塔高 AH 7.3m传质单元高度 OGH 0.668m 传质单元数 OGN 6.364m布液孔数 n 136 点总压降 fP 838.99Pa空塔气速 u 0.59 sm泛点率 fuu 58.600填料计算总表 表-3项目符号 数值与计量单位填料直径d38mm吉林化工学院课程设计24泛点填料因子F1701m填料临界表面张力c33cmdyn 主要符号说明 表-4符号意义计量单位A吸收因子或填料常数ta填料的比表面积32/mmLD20101.3Kpa 水中扩散系数hm2D塔径mg重力加速度2smG气体摩尔流速hkghkmol或h填料层高度m总H塔高mOGH气相总传质单元高度mG

59、K气体膜吸收系数2kmolmh KPa LK液膜吸收系数2kmolmh KPa L液相摩尔流速hkmolm相平衡常数OGN气相总传质单元数P压力降PaP压力PafP吸收塔的总压力降PaFu泛点气速sm /3u气体流速sm /3LV液相体积流量sm /3sV气相体积流量sm /3L液体质量流量skgV气体质量流量skgX液相中溶质的摩尔分数Y气相中溶质的摩尔分数L液体密度kg/3mG气体密度kg/3mGu混合气的粘度Pa s L水的粘度Pa s 空隙率%吉林化工学院课程设计25c填料材质的临界表面张力2kg hL水的表面张力2kg hwa填料的润湿比表面积32/mmp压降填料因子1mF气体动能因

60、子0.53m s kg m摩尔质量kg kmolY气相摩尔比E亨利系数aKPH溶解度系数3akmol mKPminU最小喷淋密度32mmhminwL最小润湿速率3mm hU液体喷淋密度3mm hGU气体的质量通量2kgmhLU液体的质量通量2kgmhS脱吸因子（解吸因子）n布液点数点开孔系H开孔上方的液位高度m0d孔径msL液体流量3msf泛点率M吉林化工学院课程设计26设计过程的评述和有关问题的讨论设计过程的评述和有关问题的讨论对吸收单元的操作型设计与计算，在工业生产中起着非常重要的作用，要求也很严格，设计合理与实用性好是必须的。为使化工生产更加便捷，操作费用低廉，有些工艺材质需要加以改进，