日处理10吨废水树脂吸收塔的设计

1、日处理10吨废水树脂吸收塔的设计摘 要吸收塔的设计在工业生产中具有十分重要的作用，它可以使生产过程更加简单高效，能够提高化工生产的效率。树脂作为填料的吸收塔在工业废水的处理中有广泛的应用，是处理含-萘磺酸工业废水的理想选择。吸收塔的设计要考虑许多因素对操作过程的影响，例如：温度、时间最小回流比、塔高、等板高度等。还有塔内部各部件的分布情况，以及怎样做好连续的生产。在吸收塔内，气体由树脂间的空隙流过，液体在数值表面形成液膜，并沿着树脂间隙而下流，气液两相间的传质过程在润湿的树脂表面上进行。吸收塔不仅结构简单，而且阻力小，便于用树脂制造。对于比较小的塔，填料塔有明显的优越性。关键词：树脂；-萘磺酸

2、；吸收塔The design of absorption tower of dealing with 10t waste water everydayabstract Absorber design in industrial production has an important role.It not only make the production process more simple and efficient, but also improve the efficiency of chemical production. Resin as the packing of absorp

3、tion tower in the industrial wastewater treatment Has the widespread application, And it is the best choice in dealing with-naphthalenesulfonic acid .The design of absorption tower needs to consider many factors , for example: Temperature, time ,minimum reflux ratio, and tower high and so on. It als

4、o considers the tower interior various parts' distributed situation, as well as how to complete the continual production.In the absorption tower, gas run through the crevice of resin. The liquid forms the fluid film in the surface of resin, and it run through resin too. The change of substance b

5、etween gas and liquid is made in the surface of resin. The absorption tower structure is not only simple, but also the resistance is small.And it is easy to use resin manufacturing. Regarding to the small tower, the absorption tower has the obvious superiorityKey words: resin; -naphthalenesulfonic a

6、cid; absorption tower 目 录第一章 引言11.1 萘磺酸性质11.2 树脂的性质11.3 设计背景21.3 .1 设计目的21.3.2 设计的意义2第二章 吸收塔的设计22.1 设计要求22.2 设计方案的确定32.2.1 操作条件的确定32.2.2 操作压力32.2.3 进料状态32.3 确定设计方案的原则42.4 设计步骤52.4.1 物料衡算52.4.2 操作曲线的确定62.4.3 塔径的计算72.4.4 进、出气相管口的设计72.4.5 进、出液相管口的设计72.4.6 吸收塔高度计算82.4.7 最小液气比的计算102.4.8 塔壁厚度的确定102.4.9 填料

7、压紧装置112.4.10 塔的辅助装置122.4.11 液体分布装置的设计122.4.12 液体再分布装置的设计132.4.13 除沫装置的设计132.5 讨论与优化13第三章 总结14参考文献15第一章 引言1.1 萘磺酸性质 萘磺酸为重要的染料中间体, 在其生产过程中产生大量 2萘磺酸废液。该废液 值高, 色度深, 萘磺酸具有极高的经济价值, 但因带有磺酸基团对微生物有强烈毒性, 对人畜也有一定的危害, 因此母液在排放前必须进行处理。由于易溶于水, 且萘环较稳定, 使传统物理、化学方法处理效率很低, 致使该废水处理困难, 属极难处理的有机废水之一 。现有的处理方法主要采用电渗析法、生化法、

8、电解法、化学氧化法、膜分离法以及吸附法等。 健康危害： 吸入、摄入或经皮肤吸收后对身体有害。对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有强烈的刺激作用。吸入后可引起喉和支气管的炎症、痉挛和水肿，肺水肿。中毒表现可有烧灼感、咳嗽、喘息、气短、头痛、恶心、呕吐等。还可引起皮肤过敏反应。环境危害： 对环境有危害，对水体和大气可造成污染。 燃爆危险： 本品可燃，有毒，具强刺激性。其它有害作用：该物质对环境有危害，对水体和大气可造成污染，有机酸易在大气化学和大气物理变化中形成酸雨。因而当PH值降到 5以下时，会给动、植物造成严重危害，鱼的繁殖和发育会受到严重影响，流域土壤和水体底泥中的金属可被溶解进入水中毒

9、害鱼类。水体酸化还会导致水生生物的组成结构发生变化，耐酸的藻类、真菌增多，而有根植物、细菌和脊椎动物减少，有机物的分解率降低。酸化后会严重导致湖泊、河流中鱼类减少或死亡。1.2 树脂的性质树脂通常是珠状的小颗粒，它的尺寸也很重要，是吸收塔中一种很好的填料。球星树脂能够是吸附效果更好，提供更大的吸附表面，利于吸收的进行。树脂为不容性物质，容易大量的生产，有可靠的市场来源，使用寿命较长，是吸收塔的设计中优良的填料。1.3 设计背景1.3 .1 设计目的通过理论课的学习和生产实习，已经掌握了不少理论知识和生产实际知识，对于一个未来的工程技术人员来说，如何运用所学知识去分析和解决吸收塔的设计方面的实际

10、问题是至关重要的。当吸收塔对废水的吸收率达到85%时，认为吸收塔的性能是很稳定、高效的。在设计时必须达到这一点要求，才能体现吸收塔的优越性。 设计的意义 目前，-萘磺酸废水的处理方法主要包括溶剂萃取法、膜分离法、催化氧化法、生化法等。这些方法都尚处于小试研究，或存在分配比低，萃取体系复杂，污染和毒性问题难以处理；或存在膜制备困难，寿命低，浓差极化及污染等问题难以解决；或存在处理费用高，工艺复杂等问题，不易实现规模化生产。而树脂作为填料的吸收法则显示出其独特的优势，用树脂吸收法从水溶液中分离-萘磺酸在国内外现已得到了广泛的研究，并且在酸液的分离方面已经取得了较大的成功。目前，国内外尚无采用树脂作

11、为填料吸收法分离-萘磺酸废水中萘磺酸的研究报道。综合比较各种分离方法，根据国内外采用弱碱性树脂分离废液中无机酸和有机酸的研究报道，提出了采用弱碱性树脂分离-萘磺酸废水中萘磺酸的新工艺。本设计选用高选择性、高吸附容量易再生的树脂处理该废水。第二章 吸收塔的设计 2.1 设计要求毕业设计是化工专业的学生在校期间的设计，设计中应对吸附原理、操作、流程及设备的结构、制造、安装、检修进行全面考虑，最终以简洁的文字、表格及图纸正确地把设计表达出来。本次设计是在教师指导下，由学生独立进行的设计。因此，对学生的独立工作能力和实际工作能力是一次很好的锻炼机会，是培养化工技术人员的一个重要环节。通过设计，应培养和

12、掌握：1、正确的设计思想和认真负责的设计态度。设计应结合实际进行，力求经济、实用、可靠和先进。设计应对生产负责。设计中的每一数据，每一笔一划都要准确可靠，负责到底。2、独立的工作能力及灵活运用所学知识分析问题和解决问题的能力。设计由学生独立完成，教师只起指导作用，学生在设计中碰到的问题和教师进行讨论。教师只做提示和启发，由学生自己去解决问题，指导教师原则上不负责检查计算结果的准确性，学生应自己负责计算结果的准确性，可靠性。学生在设计中可以相互讨论，为了更好地了解和检查学生独立分析问题和解决问题的能力，设计的最后阶段安排有答辩。若答辩不通过，设计不能通过。3、吸收塔装置设计的一般办法和步骤。4、

13、正确运用各种参考资料，合理选用各种经验公式和数据。由于所用资料不同，各种经验公式和数据可能会有一些差别。设计者应尽可能了解这些公式、数据的来历、实用范围，并能正确地运用。设计前，学生应该详细阅读设计指导书、任务书，明确设计目的、任务及内容。设计中安排好自己的工作，提高工作效率。2.2 设计方案的确定2.2.1 操作条件的确定确定设计方案是指确定整个吸收装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。 操作压力吸收操作通常可在常压下进行。确定操作

14、压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。 进料状态进料状态与塔径、及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液加热到气体温度后送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响，为设计和制造上提供了方便。此外，通过吸收系统的合理设置，也可以取得节能的效果。 2.3 确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点： (1) 满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备，

15、首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。(2) 满足经济上的要求要节省水能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在吸附过程中如能适当地

16、利用废液的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少水能消耗。又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，吸收塔的的大小对操作费和设备费也有很大影响。降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利用热能，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最佳方案。例如，在缺水地区，冷却水的节省就很重要；在水源充足及电力充沛、价廉地区，冷却水出口温度就可选低一些，以节省传热面积。(3) 保证安全生产例如萘磺酸是有毒物质，不能让其高浓度的排出，也不能使用容易

17、发生腐蚀的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置1。2.4 设计步骤已知条件：废水的密度为1000 kg/m3 ，转化为气体后密度为1.2 kg/m3，处理量为10吨/天 。吸收塔的工艺设计计算，包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核。2.4.1 物料衡算根据设计任务所给定的处理原料量、原料浓度及分离要求（塔顶、塔底产品的浓度）计算出每小时的产量；图1 逆流吸收塔的物料衡算全塔萘磺酸的总物料衡算总物料VY1+LX2=VY2+LX1 2-(l) 其中 V为单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，mol

18、/s。 L为单位时间内通过吸收塔的溶剂量，mol/s。 Y1 、Y2分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比。 X1、X2分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比。根据已知条件：V=4.31mol/s ，L=5.00mol/s ，Y1=0.1 ，Y2=0.01 ，X2=0 ，可得出口液相中溶质组分的摩尔比为X1=0.078 。设溶质的回收率为& 根据公式： Y2=Y1（1-&） 2-(2) 代入 Y1=0.1 ，Y2=0.01求得回收率&=90% 。2.4.2 操作曲线的确定图2 操作曲线图根据全塔萘磺酸的总物料衡算：VY+LX2=VY2+LX 2-(3) 得出 Y=LX/

19、V+(Y1-LX1/V) 代入数据V=4.31mol/s ，L=5.00mol/s ，Y1=0.1 ，X1=0.078 得出逆流吸收塔的操作曲线为：Y=1.16X+0.01 2-(4)操作曲线表明塔内任一横街面上的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线关系，直线的斜率为L/V=1.16 。图2中的BT线即为操作曲线。 塔径的计算填料塔的直径D与空塔气速及气体体积流量Vs之间的关系可根据圆管内流量公式：Vs=(3.14×D×D×u)/4 2-(5)可得到直径D的值其中Vs为废气的流量 D 为吸收塔的直径 u为空塔的气体流速。根据质量流量为10吨每天 以及密度为1.2千克每

20、立方米可得Vs =96.45 l/s， 已知速度 u=0.2 m/s则可得塔径 D=78.38cm取塔径为79cm。 进、出气相管口的设计已知进口气体流速u1=15.0 m/s 根据公式：Vs=(3.14d×d×u)/4 2-(6)代入Vs=96.45 l/s可得到直径的值 d=9.0cm填料塔的气体进口的构型，除考虑防止液体倒灌外，更重要的是要有利于气体均匀地进入填料层，对于设计的吸收塔，采用的是使进气管伸至塔截面的中心位置，管端做成450向下倾斜的切口7。 进、出液相管口的设计已知进口气体流速u1=0.5 m/s 由进口液体密度为1000 kg/m3 ，L=5.00mo

21、l/s ，M=18 g/mol 公式：Vs=M×L/1000 2-(7)得出进口液体体积流量Vs=0.09 l/s根据公式：Vs=(3.14×d×d×u)/4 代入Vs=0.09 l/s可得到直径的值 d=1.51 cm 吸收塔高度计算图3 微元填料层的物料衡算填料层高度=传质单元高度*传质单元数 即 Z=HoG×NoG 2-(8) HoG=V/(KYaq) 2-(9) 其中V=4.31mol/s ，KYaq=6.5 mol.m/s KYa为体积吸收系数，q为塔截面积 q=3.14D2/4 代入公式得 HoG=0.663 m 对于稳定操作的吸收

22、塔，当溶质在气、液两相中的浓度不高时，L、V、a、&皆不随时间而改变，且不随截面位置而改变，KYa也视为常数（气体溶质具有中等溶解度除外）。引入传质单元的概念不仅有助于分析和理解填料层高度的基本公式，并且，对于每种填料而言，传质单元高度的变化幅度并不大。NoG=ln(1-s) ×(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)+s 2-(10)已知脱吸因数s=mv/l ,m=E/P已知E=100 kp ,P=101.325 kp ,代入上式得 m=0.987,则s=0.851Y2*=mX2 ,X2=0 则Y2*=0 再将Y1=0.1 ，Y2=0.01 一同代入公式NoG=ln(1-s) &

23、#215;(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)+s 2-(11)得NoG=5.71等板高度Z = HoG ×NoG 得有效塔高Z =3.79 m 。显然，填料层的传质单元高度越小，说明填料塔的吸收效果越好；填料塔的传质单元数越大，则吸收效果越好。根据计算的结果，填料塔有很好的吸收能力，能满足工业生产中吸收率达85%的要求。 最小液气比的计算操作线的斜率（L/V）称为液气比，是溶剂与惰性气体摩尔流量的比值。它反映单位气体处理量的溶剂耗用量的大小。由以上分析可见，吸收剂用量的大小，从设备费与操作费两方面影响到生产过程的经济效果，应权衡利弊，选择适宜的液气比，使两种费用之和最小。图4 吸收塔

24、的最小液气比根据公式：(L/V)min=(Y1-Y2)/(X1/-X2) 2-(12)代入数值Y1=0.1 ，Y2=0.01 ，X2=0 由m=0.987得X1/=Y1/m 则X1/=0.101求得最小液气比： (L/V)min=0.891 塔壁厚度的确定根据塔径D=78.38cm，根据塔的强度计算和钢度计算，可取塔厚度为5cm，这样既可保证塔体的安全，又可节省设计的成本,提高塔的稳定性。2.4.9 填料压紧装置为保证在工作状态下填料床层能够稳定，防止高液相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料流失，必须在填料层顶部和底部设置填料限定装置。填料限定装置可分为两类：一类

25、是由放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的演料限定装置，称为填料压板；另一类是将填料限定装置固定于填料底部塔壁上，称为床层限定板。填料压板常用于陶瓷演料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成演料破碎；床层限定板多用于金属和塑料演料，以防止由于填料层膨胀，改变其初始堆积状态而造成的流体分布不均匀现象。填料压板。填料压板主要有两种型式，一种是栅条形压板。一种是丝网压板，设计采用的是丝网压板。丝纺织的大孔金属网焊接于金属支撑柱上，网孔的大小以填料不能通过为限。填料压板的重量适当过重可能会压碎演料，过轻则难以起到压紧作用，要按1100N/m2加装压板，满足重量要求。 塔的辅助装置塔的辅助装置是指同塔有关的

26、附属装置，如裙座、手孔、填料支撑装置等。1.裙座的结构型式采用圆锥形。圆筒形裙座制造方便，经济上合理，圆锥形裙座可提高设备的稳定性，降低基础环支承面上的应力，因此常在细高的培中采用。圆银形裙座的半锥顶角为100。图5 裙作图2.手孔安装在填料层的上方5cm处，方便填料的安装以及维修。按要求得出人孔的直径为15cm。3.填料支撑装置用来支撑塔内填料及其所持有的液体质量，故支撑装置要有足够的机械强度。同时为使气体与液体能顺利通过，支撑装置要尽量的薄，按照要求取其厚度为10cm图6 填料支撑装置 液体分布装置的设计图7 液体分布装置液体在填料塔内分布均匀，可以增大填料的润湿表面积，以提高分离效果。因

27、此，液体初始分布十分重要。从喷淋密度考虑，应保证每30cm2的塔截面上约有一个喷淋点，这样就可以防止塔内的壁流和沟流现象。莲蓬式喷淋器，液体经半球形喷头的小孔流出。小孔直径为5mm ，作同心圆形排列，喷淋角为600 ，这种喷淋器结构简单，适用于这种直径的塔。按照塔径的大小可知莲蓬式喷淋器的喷淋面积约等于填料层的横截面积，则莲蓬式喷淋器的选择正确。 液体再分布装置的设计图8 截锥式液体再分布装置液体在树脂填料中向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，偏流往往造成塔中心的填料不被润湿，降低表面利用率，塔径越小，这种现象越严重。为将流到塔壁处的流体重新汇集并引向塔中央区域，在填料层内每隔2m设置液体再分布装置。设计中采用的是截锥式液体再分布装置，其结构简单，它是将截锥童筒体焊接在塔壁上，截锥筒本身不占有空间，其上下仍能充满填料。 除沫装置的设计除沫装置安装在液体分布器的上方10cm处，用以除去出口气流中的液滴。设计中采用的是丝网除沫器，能达到很好的除沫效果。2.5 讨论与优化在使用吸收塔时，