水吸收二氧化硫填料吸收塔--课程设计完整版

1、吉林a工孽院化工原理课程设计题目处理量为2500m3/h水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计教学院化工与材料工程学院专业班级化学工程与工艺0804班学生姓名学生学号08学0430指导教师徐洪军2021年12月15日化工原理课程设计任务书专业化学工程与工艺班级化工0804设计人郑大朋一.设计题目处理量为2500而'加水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计二.原始数据及条件生产水平：年处理空气一二氧化硫混合气万吨开工率300天/年.原料：二氧化硫含量为5%摩尔分率,下同的常温气体.别离要求：塔顶二氧化硫含量不高于O塔底二氧化硫含量不低于%O建厂地址：河南省永城市.三.设计要求一编制一份设计说明书

2、,主要内容包括：1 .摘要；2 .流程确实定和说明附流程简图；3 .生产条件确实定和说明；4 .吸收塔的设计计算；5 .附属设备的选型和计算；6 .设计结果列表；7 .设计结果的讨论和说明；8 .主要符号说明;9 .注明参考和使用过的文献资料;10 .结束语二绘制一个带限制点的工艺流程图.三绘制吸收塔的工艺条件图川.2021年12月15B四.设计日期：2021年11月22日至目录要.-IV第一章绪论1吸收技术概况.1吸收设备开展1吸收在工业生产中的应用3第二章吸收塔的设计方案4吸收剂的选择.4吸收流程选择.5吸收工艺流程确实定5吸收工艺流程图及工艺过程说明.6吸收塔设备及填料的选择7吸收塔设备

3、的选择7填料的选择.-.8吸收剂再生方法的选择.10操作参数的选择11操作温度确实定.11操作压强确实定.-11吸收塔工艺条件的计算12根底物性数据.12液相物性数据12气相物性数据.-12气液两相平衡时的数据.12物料衡算.12填料塔的工艺尺寸计算.13塔径的计算.13泛点率校核和填料规格.14液体喷淋密度校核15填料层高度计传质单元数的计算.15传质单元高度的计算.16填料层高度的计算17填料塔附属高度的计算18液体分布器的简要设计.18液体分布器的选型.18分布点密度及布液孔数的计算.-.19塔底液体保持管高度的计算.20其他附属塔内件的选择.21填料支撑板.21填料压紧装置与床层限制板

4、.-21气体进出口装置与排液装置.-21流体力学参数计算.22填料层压力降的计算一22泛点率.23气体动能因子.2323附属设备的计算与选择吸收塔主要接管的尺寸计算一23离心泵的计算与选择一.-24工艺设计计算结果汇总与主要符号说明26设计方案讨论3132附录计算程序及有关图表.34结束语-35带控制点的工艺流程图36设备条件图.-37化工原理课程设计教师评分表.38摘要吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的差异来别离气态均相混合物的一种单元操作.在化工生产中主要用于原料气的净化,有用组分的回收等.气液两相的别离是通过它们密切的接触进行的,在正常操作下,气相为连续相而液相为分散相,气相组

5、成呈连续变化,气相中的成分逐渐被别离出来.填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备,属微分接触逆流操作过程.塔的底部有支撑板用来支撑填料,并允许气液通过.支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式.填料层的上方有液体分布装置,从而使液体均匀喷洒于填料层上.填料层的空隙率超过90%,一般液泛点较高,单位塔截面积上填料塔的生产水平较高,研究说明,在压力小于时,填料塔的别离效率明显优于板式塔.这次课程设计的任务是用水吸收空气中的二氧化硫,然后再进行解吸处理得到二氧化硫.要求设计包括塔径、填料塔高度、塔管的尺寸等,需要通过物料衡算得到所需要的根底数据,然后进行所需尺寸的计算得到各种设计参数,为图的绘制打根底,提

6、供数据参考.第一章绪论吸收技术概况当气体混合物与适当的液体接触,气体中的一个或者几个组分溶解与液体中,而不能溶解的组分仍留在气体中,使气体得以别离.吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的别离操作,其根本原理是利用混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同,实现各组分别离的单元操作.实际生产中,吸收过程所用的吸收剂常需回收利用,故一般来说,完整的吸收过程应包括吸收和解吸两局部,因而在设计上应将两局部综合考虑,才能得到较为理想的设计结果.作为吸收过程的工艺设计,其一般性问题是在给定混合气体处理量、混合气体组成、温度、压力以及别离要求的条件下,完成以下工作：(1)根据给定的别离任务,确定吸收方案

7、；(2)根据流程进行过程的物料和热量衡算,确定工艺参数；(3)依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计；(4)绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图；(5)编写工艺设计说明书山.吸收设备开展在吸收过程中,质量交换是在两相接触面上进行的.因此,吸收设备应具有较大的气液接触面,按吸收外表的形成方式,吸收设备可分为以下几类：(1)外表吸收器吸收器中两相间的接触面是静止液面(外表吸收器本身的液面)或流动的液膜外表(膜式吸收器).这类设备中的接触外表在相当大的程度上决定于吸收器构件的几何外表.这类设备还可分为以下几种根本类型：水平液面的外表吸收器：在这类吸收器中,气体在静止不动或缓慢流动的液面上通过

8、,液面即为传质外表,由于传质外表不大,所以此种外表吸收器只适用于生产规模较小的场合.通常将假设干个气液逆流运动的吸收器串联起来使用.为了能使液体自流,可将吸收器排列成阶梯式,即沿流体的流向,后一个吸收器低于前一个吸收器.水平液面的外表吸收器的效率极低,现在应用已很有限.只有从体积量不大的气体中吸收易溶组分,并同时需要散除热量的情况下才采用它们.这类吸收器有时还用于吸收高浓度气体混合物中的某些组分.b液膜吸收器：在液膜吸收器中,气液两相在流动的液膜外表上接触.液膜是沿着圆管或平板的纵向外表流动的.有三种类型的液膜吸收器：列管式吸收器：液膜沿垂直圆管的内壁流动；板状填料吸收器：填料是一些平行的薄板

9、,液膜沿垂直薄板的两测流动；升膜式吸收器：液膜向上反向流动.目前,液膜吸收器应用比拟少,其中最常见的是列管式吸收器,常用于从高浓度气体混合物同时取出热量的易溶气体氯化氢,二氧化硫的吸收.填料吸收器填料吸收器是装有各种不同形状填料的塔.喷淋液体沿填料外表流下,气液两相主要在填料的润湿外表上接触.设备单位体积内的填料外表积可以相当大,因此,能在较小的体积内得到很大的传质外表.但在很多情况下,填料的活性接触外表小于其几何外表.C填料吸收器：填料吸收器一般作成塔状,塔内装有支撑板,板上堆放填料层.喷淋的液体通过分布器洒向填料.在吸收器内,填料在整个塔内堆成一个整体.有时也将填料装成几层,每层的下边都设

10、有单独的支撑板.当填料分层堆放时,层与层之间常装有液体再分布装置.在填料吸收器中,气体和液体的运动经常是逆流的.而很少采用并流操作.但近年来对在高气速条件下操作的并流填料吸收器给予另外很大的关注.在这样高的气速下,不但可以强化过程和缩小设备尺寸,而且并流的阻力降也要比逆流时显着降低.这样高的气速在逆流时由于会造成液泛,是不可能到达的.如果两相的运动方向对推动力没有明显的影响,就可以采用这种并流吸收器.填料吸收器的缺乏之处是难于除去吸收过程中的热量.通常使用外接冷却器的方法循环排走热量.曾有人提出在填料层中间安装冷却组件从内部除热的设想,但这种结构的吸收器没有得到推广.d机械液膜吸收器：机械液膜

11、吸收器可分为两类.在第一类设备中,机械作用用来生成和保持液膜.属于这一类的有圆盘式液膜吸收器.当圆盘转到液面上方时,便被生成的液膜所覆盖,吸收过程就在这一层液膜外表上进行.圆盘的圆周速度为米/秒.这种吸收器的传质系数与填料吸收器相近.第一类设备没有什么明显的优点,并由于有转动部件的存在而使结构复杂化,同时还增加了能量消耗.因此这类设备没有得到推广.第二类设备的实用意义较大.在这类设备中,转子的转动用来使两相混合,促使传质过程得到强化.这种设备称之为“转子液膜塔,常用于热稳定性较差物质的精僭.显然,这种设备也可用于吸收操作.2鼓泡吸收器在这种吸收器中,接触外表是随气流而扩展.在液体中呈小气泡和喷

12、射状态分布.这样的气体运动鼓泡是以其通过充满液体的设备连续的鼓泡或通过具有不同形式塔板的塔来实现.在充填填料的吸收器中,也可看到气体和液体相互作用的特征.这一类吸收器也包括以机械搅拌混合液体的鼓泡吸收器.鼓泡吸收器中,接触外表是由流体动力状态气体和液体的流量所决定的.3喷洒吸收器喷洒吸收器中的接触外表是在气相介质中喷洒细小液滴的方法而形成的.接触外表取决于流体动力学状态(液体流量).这一类的吸收器有：吸收器中液体的喷洒是用喷雾器(喷洒或空心的吸收器)；用高速气体运动流的高速并流喷洒吸收器；或用旋转机械装置的机械喷洒吸收器.在这些不同形式的设备中,现在最通用的是填料及鼓泡塔板吸收器21.吸收在工

13、业生产中的应用在化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是混合物,而且大局部是均相混合物,为进一步加工和使用,常需将这些混合物别离为较纯洁或几乎纯态的物质.对于均相物系,要想进行组分间的别离,必须要造成一两个物系,利用原物系中各组分间某种物性的差异,而使其中某个组分(或某些组分)从一相转移到另一相,以到达别离的目的.物质在相间的转移过程称为物质传递过程.吸收单元操作是化学工业中常见的传质过程.气体的吸收在化工生产中主要用来到达以下几种目的：(1)有用组分的回收.例如用硫酸处理焦炉气以回收其中的二氧化硫,用气油处理焦炉气以回收其中的芳烧,用液态烧处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等.(2)

14、原料气的净化.例如用水和碱液脱除合成二氧化硫原料气中的二氧化碳,用丙酮脱除裂解气中的乙快等.(3)某些产品的制取.例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸,用水吸收氯化氢以制备盐酸,用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等.(4)废气的治理.例如：电厂的锅炉尾气含二氧化硫.硝酸生产尾气含一氧化氮等有害气体,均须用吸收方法除去2.第二章吸收塔的设计方案吸收剂的选择对于吸收操作,选择适宜的吸收剂,具有十分重要的意义.其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响.一般情况下,选择吸收剂,要着重考虑如下问题：1 .对溶质的溶解度大所选的吸收剂对溶质的溶解度大,那么单位量的吸收剂能够溶解较多的溶质,在一定的处理量和别离要求

15、条件下,吸收剂的用量小,可以有效地减少吸收剂循环量,这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利.另一方面,在同样的吸收剂用量下,液相的传质推动力大,那么可以提升吸收速率,减小塔设备的尺寸.2 .对溶质有较高的选择性对溶质有较高的选择性,即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度,而对其它组分那么溶解度要小或根本不溶,这样,不但可以减小惰性气体组分的损失,而且可以提升解吸后溶质气体的纯度.3 .不易挥发吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸汽压,以预防吸收过程中吸收剂的损失,提升吸收过程的经济性.4 .再生性能好由于在吸收剂再生过程中,一般要对其进行升温或气提等处理,能量消耗较大,因而,吸收剂再生性能的好

16、坏,对吸收过程能耗的影响极大,选用具有良好再生性能的吸收剂,往往能有效地降低过程的能量消耗.以上四个方面是选择吸收剂时应该考虑的主要问题,其次,还应该注意所选择地吸收剂应该具有良好的物理、化学性能和经济性.其良好的物理性能主要指吸收剂的粘度要小,不易发泡,以保证吸收剂具有良好的流动性能和分布性能.良好的化学性能主要指具有良好的化学稳定性和热稳定性,以预防在使用中发生变质,同时要求吸收剂尽可能无毒、无易燃易爆性,对相关设备无腐蚀性或较小的腐蚀性.吸收剂的经济性主要指应尽可能选择用廉价易得的溶剂,两种吸收剂如下：表2T物理吸收剂和化学吸收剂的选择物理吸收剂化学吸收剂1吸收容量溶解度正比于溶质分压2

17、吸收热效应很小近于等温3常用降压闪蒸解吸4适于溶质含量高,而净化度要求不太高的场合5对设备腐蚀性小,不易变质1吸收容量对溶质分压不太敏感2吸收热效应显着3用低压蒸汽气提解吸4适于溶质含量不高,而净化度要求很高的场合5对设备腐蚀性大,易变质本设计采用水作为吸收剂,二氧化硫作为溶质12.吸收流程选择吸收工艺流程确实定工业上使用的吸收流程多种多样,可以从不同的角度进行分类,从所用的吸收剂的种类看,有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两部吸收流程,从所用的塔设备数量看,可分为单塔吸收流程很多塔吸收流程,从塔内气液两相得流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等根本流程,此外,还有用于特定条件下

18、的局部溶剂循环流程.一一步吸收流程和两部吸收流程一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低,同时过程的别离要求不高,选用一种吸收剂即可完成任务的情况.假设混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高,难以用一步吸收到达规定的吸收要求,但过程的操作费用较高,从经济性的角度分析不够适宜时,可以考虑采用两步吸收流程.二单塔吸收流程和多塔吸收流程单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程,如过程无特别需要,那么一般采用单塔吸收流程.假设过程的别离要求较高,使用单塔操作时,所需要的塔体过高,或采用两步吸收流程时,那么需要采用多塔流程通常是双塔吸收流程三逆流吸收与并流吸收吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作,由于

19、逆流操作具有传质推动力大,分离效率高具有多个理论级的别离水平的显着优点而广泛应用.工程上,如无特别需要,一般均采用逆流吸收流程.四局部溶剂循环吸收流程由于填料塔的别离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大,当液相喷淋量过小时,将降低填料塔的别离效率,因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料外表时,可以采用局部溶剂循环吸收流程,以提升液相喷淋量,改善塔的操作条件.本设计采用单塔逆流操作20吸收工艺流程图及工艺过程说明吸收剂脱组分气体A分组吸收塔冷却器加热器解吸塔过热蒸汽混合气1P贫液泵一吸收与解吸流程图2-1吸收so2的流程包括吸收和解吸两大局部.混合气体冷却至2(rc下进入吸收塔底部,水从塔顶淋下

20、,塔内装有填料以扩大气液接触面积.在气体与液体接触的过程中,气体中的SO2溶解于水,使离开吸收塔顶的气体二氧化硫含量降低至允许值,而溶有较多二氧化硫的液体由吸收塔底排出.为了回收二氧化硫并再次利用水,需要将水和二氧化硫别离开,称为溶剂的再生.解吸是溶剂再生的一种方法,含二氧化硫的水溶液经过加热后送入解吸塔,与上升的过热蒸汽接触,二氧化硫从液相中解吸至气相.二氧化硫被解吸后,水溶剂得到再生,经过冷却后再重新作为吸收剂送入吸收塔循环使用.设计填料吸收塔实体主体结构示意图如下:1汽栅口城体人口 WW1 «口5期 6,制桶俄幡 7躺 9锦人口 嘛翱口图22吸收塔设备及填料的选择吸收塔设备的选

21、择对于吸收过程,能够完成其别离任务的塔设备有多种,如何从众多的塔设备中选择适宜的类型是进行工艺设计得首要工作.而进行这一项工作那么需对吸收过程进行充分的研究后,并经多方案比照方能得到较满意的结果.一般而言,吸收用塔设备与精镭过程所需要的塔设备具有相同的原那么要求,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,具有适宜的操作弹性,结构简单,造价低,易于制造、安装、操作和维修等.在液体流率很低难以充分润湿填料,或塔径过大,使用填料塔不很经济的情况下,以采用板式塔为宜.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.此外,填料塔阻力小,效率高,有利于

22、过程节能,所以对于吸收过程来说,以采用填料塔居多.本次吸收塔设计选择填料吸收塔21.填料的选择塔填料是填料塔中的气液相间传质组件,是填料塔的核心局部.其种类繁多,性能上各有差异.几种实体填料的形状拉酬物印m崎形翻正雕埴性儿种网体填料的形状鞍舷网厂立云延孔环1 .散堆填料目前散堆填料主要有环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料.所用的材质有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金属等1拉西环填料拉西环填料于1914年由拉西F.Rashching创造,为外径与高度相等的圆环,如图片拉西环所示.拉西环填料的气液分布较差,传质效率低,阻力大,通量小,目前工业上已较少应用.2鲍尔环填料如图片鲍耳环所示,鲍尔环是对拉

23、西环的改良,在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔,被切开的环壁的一侧仍与壁面相连,另一侧向环内弯曲,形成内伸的舌叶,诸舌叶的侧边在环中央相搭.鲍尔环由于环壁开孔,大大提升了环内空间及环内外表的利用率,气流阻力小,液体分布均匀.与拉西环相比,鲍尔环的气体通量可增加50席以上,传质效率提高30%左右.鲍尔环是一种应用较广的填料.3阶梯环Stairswreath填料如图片阶梯环所示,填料的阶梯环结构与鲍尔环填料相似,环壁上开有长方形小孔,环内有两层交错45°的十字形叶片,环的高度为直径的一半,环的一端成喇叭口形状的翻边.这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的根底上又有提升,其生产水平可提

24、升约10%,压降那么可降低25%,且由于填料间呈多点接触,床层均匀,较好地避免了沟流现象.阶梯环一般由塑料和金属制成,由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料,因此获得广泛的应用.4矩鞍填料如图片矩鞍填料所示,将瓠鞍填料两端的瓠形面改为矩形面,且两面大小不等,即成为矩鞍填料.矩鞍填料堆积时不会套叠,液体分布较均匀.矩鞍填料一般采用瓷质材料制成,其性能优于拉西环.目前,国内绝大多数应用瓷拉西环的场合,均已被瓷矩鞍填料所取代.5金属环矩鞍填料如图片金属换环聚鞍填料所示,环矩鞍填料国外称为Intalox是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料,该填料一般以金属材质制成,故又称为金属环矩鞍填料.环矩鞍

25、填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体,其综合性能优于鲍尔环和阶梯环,在散装填料中应用较多.2 .规整填料规整填料是由许多相同尺寸和形状的材料组成的填料单元,以整劭的方式装填在塔体中.规整填料主要包括板波纹填料、丝网波纹填料、格利希格栅、脉冲填料等,其中尤以板波纹填料和丝网波纹填料所用材料主要有金属丝网和塑料丝网.1格栅填料Spacegridfiller是以条状单元体经一定规那么组合而成的,具有多种结构形式.工业上应用最早的格栅填料为如图片3-12a所示的木格栅填料.目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等,其中以图片3-12b所示的格里奇格栅填料最具代表性.格栅填

26、料的比外表积较低,主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合.2波纹填料Ripplesfiller目前工业上应用的规整填料绝大局部为波纹填料,它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料,波纹与塔轴的倾角有30.和45.两种,组装时相邻两波纹板反向靠叠.各盘填料垂直装于塔内,相邻的两盘填料间交错90.排列.波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类,其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分.金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式,它是由金属丝网制成的.金属丝网波纹填料的压降低,别离效率很高,特别适用于精密精修及真空精僭装置,为难别离物系、热敏性物系的精僭提供了有效的手段.尽管其造价高,但因其性能优良仍得到了广

27、泛的应用.(d)所示,金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式.该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm左右的小孔,可起到粗分配板片上的液体、增强横向混合的作用.波纹板片上轧成细小沟纹,可起到细分配板片上的液体、增强外表润湿性能的作用.金属孔板波纹填料强度高,耐腐蚀性强,特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合.(3)金属压延孔板波纹填料(Themetalspressestopostponetheboreplankripplesfiller)是另一种有代表性的板波纹填料.它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片外表不是冲压孔,而是剌孔,用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为小刺孔.其别离水平类似于网波纹填

28、料,但抗堵水平比网波纹填料强,并且价格廉价,应用较为广泛.波纹填料的优点是结构紧凑,阻力小,传质效率高,处理水平大,比外表积大(常用的有125、150、250、350、500、700等几种).波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料,且装卸、清理困难,造价高.(4)脉冲填料(Pulsefiller)是由带缩颈的中空棱柱形个体,按一定方式拼装而成的一种规整填料,如图片3-12(e)所示.脉冲填料组装后,会形成带缩颈的多孔棱形通道,其纵面流道交替收缩和扩大,气液两相通过时产生强烈的湍动.在缩颈段,气速最高,湍动剧烈,从而强化传质.在扩大段,气速减到最小,实现两相的别离.流道收缩、扩

29、大的交替重复,实现了“脉冲传质过程.脉冲填料的特点是处理量大,压降小,是真空精储的理想填料.因其优良的液体分布性能使放大效应减少,故特别适用于大塔径的场合.工业上常用规整填料的特性参数可参阅有关手册2.由于该过程处理量不大,所以所用的塔直径不会太大,以采用填料塔较为适宜,所以采用.,丫38聚丙烯塑料阶梯环填料.其主要性能参数为2：比外表积2孔隙率£:形状修正系数(p=填料因子=170m-1A=临界张力(7C=33dyn!cm吸收剂再生方法的选择依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方案,工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生、加热再生及气提再生等.A.减压再生(闪蒸)吸收剂的减压再

30、生是最简单的吸收剂再生方法之一.在吸收塔内,吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压,使得融入吸收剂中的溶质得以再生.该方法最适用于加压吸收,而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件,如吸收操作处于常压条件下进行,假设采用减压再生,那么解吸操作需要在真空条件下进行,那么过程可能不够经济B.加热再生加热再生也是吸收剂再生最常用的方法.吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其升温,溶入吸收剂中的溶质得以解吸.由于再生温度必须高于吸收温度,因而,该方法最适用于常温吸收或在接近于常温的吸收操作,否那么,假设吸收温度较高,那么再生温度必然更高,从而,需要消耗更高品位的能量.一般采用水蒸气作为加

31、热介质,加热方法可依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热.操作参数的选择操作温度确实定对于物理吸收而言,降低操作温度,对吸收有利.但低于环境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的,所以一般情况下,取常温吸收较为有利.对于特殊条件的吸收操作方可采用低于或高于环境的温度操作.对于化学吸收,操作温度应根据化学反响的性质而定,既要考虑温度对化学反响速度常数的影响,也要考虑对化学平衡的影响,使吸收反响具有适宜的反响速度.对于再生操作,较高的操作温度可以降低溶质的溶解度,因而有利于吸收剂的再生.而对本设计而言,由吸收过程的气液关系可知,温度降低可增加溶质组分的溶解度,即低温有利于吸

32、收,但操作温度的低限应有吸收系统的具体情况决定.依据本次设计要求,操作温度定为20o操作压力确实定操作压力的选择根据具体情况的不同分为三种：对于物理吸收,加压操作一方面有利于提升吸收过程的传质推动力而提升过程的传质速率,另一方面,也可以减小气体的体积流率,减小吸收塔径.所以操作十分有利.但工程上,专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看是不合理的,因而假设在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下,一般是以前道工序的压力作为吸收单元的操作压力.对于化学吸收,假设过程由质量传递过程限制,那么提升操作压力有利,假设为化学反响过程限制,那么操作压力对过程的影响不大,可以完全根据前后工序

33、的压力参数确定吸收操作压力,但加大吸收压力依然可以减小气相的体积流率,对减小塔径仍然是有利的.对于减压再生闪蒸操作,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定,逐次或一次从吸收压力减至再生操作压力,逐次闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果.本设计中由吸收过程的气液平衡可知,压力升高可增加溶质组分的溶解度,即加压有利于吸收.但随着操作压力的升高,对设备的加工制造要求提升,且能耗增加,综合考虑,采用常压.第三章吸收塔工艺条件的计算根底物性数据液相物性数据对于低浓度的吸收过程,溶液的物性数据可以近似取纯水的物性数据201时水的有关物性数据如下引：密度PL=(kg/mi)粘度UL=外表张力6L=(dyn/cm

34、)=941803(kg/h")SO?在水中的扩散系数Dl=X10-5(cm2/s)=Xl0(m7h)气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为L=X+X29=混合气体的平均密度为八_101.3x30.75_Pg=8.314x(273+20)=(kg/m3)混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册的20C.空气的粘度为g=181x10-5(Pfl5)=0.065Ag/i(mh)so?在空气中的扩散系数为Dg=0.108xiocrn7s)=(m7h)气液两相平衡时的数据常压下2(rcs5在水中的亨利系数为£=3.55xI03相平衡常数为=35.04E3.55xlO3m=p101.3

35、25溶解度系数为EMs998.23.55xl03x18.02=0.0156kmoll(kpa-nr)物料衡算由于公式Gh(Y-L)=Ls(XHG)无论是低浓度吸收还是高浓度吸收均适用,故物料衡算利用此式(以下计算过程分别以G和L表示金和Ls)进塔气相摩尔比为匕=()-()5.=0.05261i-yl1-0.05出塔气相摩尔比为Y2=X(1-%)=0.0526x(l-0.95)=0.00263进塔惰性气相流量为2500273G=-一x(1-0.05)=98.79(/?)22.4273+20该吸收过程属于低浓度吸收,平衡曲线可近似为直线,最小液气比可按下式计算,即1G入丫/工对于纯溶剂吸收过程,进

36、塔液相组成为X,=0L0.0526一0.00263“=3329kGjmin0.0526/35.04-0一取操作液气比4=L5("n=15x33.29=49.93L=X=(kmol/h)G(r1-r2)=L(x,-x2)=G(kJ)+X2=+0=1L填料塔的工艺尺寸计算塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速Hl.液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即匕=X=h气相质量流量为WG=2500X=3195kg/hEckert通用关联图的横坐标为=0.99588885.09,L278、osx()3195998.2查Eckert通用关联图得附录四,竺况.&M.2=0021gPl

37、式中：f：泛点气速m/sg：重力加速度Pg,Pl-气相,液相密度kg/m：:液体粘度mPas%：试验填料因子,m(P：水密度与液体密度之比；(此处为1)本次设计选用的是塑料阶梯环类型填料.查表5-11,其填料因子%=170尸泛点气速：I0.02lep,I0.021x9.81x998.2,uF=I-=0.9458/7?/s%(PPg*：V170x1x1.278x1.004°2=05-08S对于散装填料,泛点率的经验值为叫.,泛点率的选择,对于加压操作,选择较高的泛点率,减压操作选择较低的泛点率,此处取=0.8=0.8x0.9458=0.7577/s=1.169/nD_|4G5_14x2

38、500/3600_V3.14x0.757圆整塔径D取1200mm.泛点率校核和填料规格泛点率校核生吆丝=064小I0.785xl.22Ju0.6140.9458x100%=64.92%在允许范围内填料规格校核阶梯环的径比要求：夕8有2=1222=31.58>8即符合要求d38液体喷淋密度校核取最小润湿速率为：4min=008J/mh查?化工原理课程设计化工传递与单元操作课程设计?附录五得a=132.5/772/Umm=(%/=°08x132.5=106/()U=88885二.丝婆=78.77>人0.785x1.2-mm故满足最小喷淋密度的要求.经以上校核可知,填料塔直径选

39、用D=1200nini合理填料层高度计算传质单元数的计算Y*=tnXl=35.04x0.0010=0.03504解吸因数为S=g35.04x98.79=07018L4932.58气相总传质单元数为N°gln(l-S).+S=!ln(l-0.7018)x一+0.7018=6.3611-5r2-y2*1-0.70180.00263-0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22A=lexp1.45(%)°,4况UL严(/4)_005(UL产?4P12g查表常见材质的临界外表张力值=33dyn/cm=427680kg/h,6l=7261dynlcm=94180

40、3kg/h液体质量通量为U=工=7863L54kg/(J./7)%D?0.785x1.2"7=l-exp-l4427680严5(7863L540j78631.54.x132.5p,T-P941803；132.5x3.6)998.22x1.27x10s；78631.54-998.2x941803x132.5产=0.611aw=atx0.611=132.5x0.611=80.96/nt气体质量通量为Ug=型二="C?8=2826.43必/(加力)兀D?0.785x1.2"7气膜吸收系数由下式计算h=0.237(2二严(,一)%(噜)3"gPgDgRT八,/2

41、826.43山,0.065、%132.5x0.0391=0.23/x()()乙132.5x0.0651.278x0.0398.314x(273+20)=O.O3Mkmol/Qn2.h.kpa)液膜吸收系数由下式计算k,=0.0095(-)(-)-0-5(Zk£)XPlDlPl八厂78631.54%,3.6x()S3.6x1.27x10=0.0095()、(-)05()80.96x3.6998.2x5.29x10-6998.2=1.171("/?)由七=七%",查附表5得,9=1.45贝U攵=攵6.“.=0.0317x80.96x1.4511=3.S62kmol/(

42、nr.h.kpa)kLa=kLaw<pQA=1.171x80.96x1.4504=109.99(/:)由于上_=64.92%>50%,故需要校正.Up由kGa=l+9.5(-0.5)14kGLwrk；a=l+2.6(-O.5)22kLa,得L“F=U+9.5x(0.6492-0.5)*4x3.862=6.419内.(广.h.kpa)k；a=1+2.6x(0.6492一O.5)22x109.99=114.34(/?)那么有jj=1.396kmol/(m3.h.kpci)6.419+0.0156xll4.34GG98.79八小.由Hnr=0.61SmKyQkd7T21.396xl01.

43、3x0.785xl.22尸u填料层高度的计算Z=HnrxNnr=0.618x6.361=3.93bnC7GOu根据设计经验,填料层设计高度一般为Z,=(1.2L5)Z因此取此=1.35x3.931=5.307m所以设计取填料层高度为Z'=55查附表5,对于阶梯环填料,h/D=8-15,/2<6m6-8取万一那么6=8x1200=9600计算得填料层高度为5500m%故不需要分段.壤料塔附属高度的计算塔上部空间高度,通过相关资料可知,可取为,塔底液相停留时间按考虑,那么塔釜液所占空间高度为：匕=一乜一=8888ro9=o024735(/s)'pLx36003600x998.

44、2,1.5x60x匕1.5x60x0.024735,、%=；=1.97(z)0.785x1.220.785xl.22考虑到气相接管所占空间高度,底部空间高度可取,所以塔的附属空间高度可以取为+=米.因此塔的实际高度取H=+=(m)液体分布器的筒要设计液体分布器的选型液体分布装置的种类多样,有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等.工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主.性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：液体分布均匀评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性;降液点间流量的均匀性.分布点密度.液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关,各种文

45、献推荐的值也相差较大.大致规律是：塔径越大,分布点密度越小；液体喷淋密度越小,分布点密度越大.对于散装填料,填料尺寸越大,分布点密度越小.表3-1列出了散装填料塔的分布点密度推荐值2表3-1Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径,mm分布点密度,高、1mL塔截面D=400330D=750170D2120042分布点的几何均匀性.分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题.设计中,一般需通过反复计算和绘图排列,进行比拟,选择较佳方案.分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式.降夜点间流量的均匀性.为保证各分布点的流量均匀,需要分布器总体的合理设计、精细的制作和正确的安

46、装.高性能的液体分布器,要求个分布点与平均流量的偏差小于6%.操作弹性大液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比.设计中,一般要求液体分布器的操作弹性为24,对于液体负荷变化很大的工艺过程,有时要求操作弹性到达10以上,此时,分布器必须特殊设计.自由截面积大液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35%以上.其它液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便由于该吸收塔的液相负荷较大,而气相负荷相对较低,应选用槽式液体分布器.当填料层高度与塔径之比超过某一数值时,填料层需分段.在各段填料层之间安设液体再分布器,以收集自上一填料层来的液体,为下一填料层提供均匀

47、的液体分布2.由节中知,本次设计的填料层不需要分段,故不需要安装液体再分布器.分布点密度及布液孔数的计算根据Eckert建议值,1200mm时,喷淋点密度为42点/芯,由于该塔液相负荷较大,设计取喷淋点密度为120点/m2o布液点数为n=0.785x1.2?x120=135.6、136点按分布点几何均匀与流量均匀的原那么,进行布点设计.设计结果为：二级槽共设七道,槽侧面开孔,槽宽度为80所,槽高度为210mm,两槽中央矩为160mm,分布点采用三角形排列.实际设计布点数为n=132点,见示意图布液计算：由乙=?d触L：液体流量m5/sn：开孔数目.：孔流系数,取do：孔径,mAH：开孔上方的液

48、位高度,m取.=0.60,A/=1604L=0.015m4x88885,09998.2x3600x3.14xl32x0.6V2x9.81x0.T6设计取A.=15图3T槽式液体分布器二级槽的布液点示意图塔底液体保持管高度的计算取布液孔的直径为15nmi,那么液位保持管中的液位高度可由公式:L=d2nk向i得,即：h=/2g：47nlnk)式中：d:布液孔直径,mL：液体流率,m7s：布液孔数k：孔流系数h：液体高度,g：重力加速度,m/s-k值由小孔液体流动雷诺数决定可取女=0.600.62因此,取女=0.60/(2x9.81)=0.1594(w)'4L丫_(4x88885.09<

49、;加产nk)998.2x3600x3.14x0.0152x132x0.6根据经验,那么液位保持管高度为:h=1.15/2=1.15x0.1594=0.1833(帆)其它附属塔内件的选择填料支撑板填料支撑板的作用是支撑塔内的填料.常用的填料支撑装置由栅板型,孔管型,驼峰型等.对于散装填料,通常选用孔管型,驼峰型支撑装置；设计中,为预防在填料支撑装置处压降过大甚至发生液泛,要求填料支撑装置的自由截面积应大于75%o本次设计选用驼峰型支撑装置.填料压紧装置与床层限制板对于散装填料,可以选用压紧栅板,也可以选用压紧网板,在其下方根据填料的规格铺设一层金属网,并将其与压紧栅板固定.设计中,为预防在填料压

50、紧装置处压降过高甚至发生液泛,要求压板或限制板自由截面分率大于70%.本次设计选用压紧网板.气体进出口装置与排液装置1气体进出口装置填料塔的气体进口既要预防液体倒灌,更要有利于气体的均匀分布.对500mm直径以下的小塔,可使进气管伸到塔中央位置,管端切成45°向下斜口或切成向下切口,使气流折转向上.对以下直径的塔,管的末端可制成下弯的锥形扩大器,或采用其它均布气流的装置可.气体出口装置既要保证气流畅通,又要尽量除去被夹带的液沫.最简单的装置是在气体出口处装一除沫挡板,或填料式、丝网式除雾器,对除沫要求高时可采用旋流板除雾器.本设计中选用折板除雾器.折板除雾器的结构简单有效,除雾板由的

51、角钢组成,板间横向距离为25mm,垂直流过的气速可按下式计算：i=k代言式中气速,m/s；pLp、液相及气相密度,依/广；k系数,;本设计中取k=0.095,贝J流过的气速=.95998.2-1.278VL278-=2.6533"1/s所需除雾板组的横断面为s=%=U22=0.262/u3600x2,6533由上式确定的气速范围,除雾板的阻力为49-98pa,此时能除去的最小雾滴直径约为,即50.2排液装置液体出口装置既要使塔底液体顺利排出,又能预防塔内与塔外气体串通,常压吸收塔可采用液封装置.常压塔气体进出口管气速可取1020m/s高压塔气速低于此值；液体进出口流速可取s必要时可加

52、大些管径依气速决定后,应按标准管规定进行圆整.在以后的各节中会有计算.流体力学参数计算填料层压力降的计算1气体进出口压力降由后面主要接管尺寸计算可知,气体的进出口接管内径为254.2500那么气体的进出口流速为:y=13.71/?/53600x0.785x0.254-1.278xl3.712=120.116/忽然扩大=1出口AP、=LxLpu2=lxlxl.278xl3.712=60.05P"忽然缩小<=-22222填料层压力降气体通过填料层的压力降采用Eckert关面计算可知其中横坐标为联图计算,有前=0.995查?散装填料压降填料因子平均值?得!p=116m纵坐标为11p乎

53、Pv0.2一48PL0.6142x116x11.27812加xx1.004,29.81998.2=0.0057查Eckert关联图得2=13x9.81=127.53P./加Z所以填料层压力降AP.=127.53x5.5=701A2Pa其它塔内间的压力降较小,因此可忽略于是得到吸收塔的总压力降为P=、P+£+AP.=120.11+60.05+701.42=881.5SPa泛点率吸收塔操作气速为s.泛点气速为s.所以泛点率为0.614xI.=64.92%0.9458对于散装填料,其泛点率的经验值为：=0.5"0.85Ur所以该塔的泛点率适宜.气体动能因子吸收塔内气体的动能因子为F=u抗=0.614x71.278=O.694|/n/5/w305气体动能因子在常用范围内.附属设备的计算与选择吸收塔主要接管的尺寸计算本设计中填料塔有多处接管,但主要的是气体和液体的进料口和出料口接管.在此分别以液体进料管和气体进料管的管径计算为例进行说明.气体和液体在管道中流速的选择原那么为：常压塔气体进出口管气速可取1020in/s高压塔气速低于此值；液体进出口流速可