化工原理课程设计二氧化硫吸收设计

化工原理课程设计二氧化硫吸收设计名目 错误!未定义书签。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 3\o"CurrentDocument"第1章绪论 41・1吸取技术概况 41・2吸取设备的进展 51.3吸取在工亚生产中的应用 6\o"CurrentDocument"第2章设计方案 6吸取剂的诜择 6吸取流程的选择 7气体吸取过程分类 7吸取装置的流程 8吸取塔设备及填料的诜择 8吸取塔设备 8填料的选择 9吸取剂再生方法的诜择 9操作参数的诜择 10\o"CurrentDocument"第3章吸取塔的工艺运算 10基础物件数据 10液和物件数据 10气相物性数据 11气液相平稳数据 11物料衡算 11塔径运算 12塔径的运算 12步点率校核： 13液体喷淋密度得校核： 13填料层高度的运算 13传质单元数的运算 13传质单元高度的运算 14填料层高度的运算 15填料塔附属高度的运算 16液体分布器运算 16液体分布器的选型 17布液孔数的运篁 17布液运算 17其他附属塔内件的诜择 17填料支承装置的诜择 17填料压紧装置 18塔顶除雾器 18\o"CurrentDocument"吸取塔的流体力学参数运算 191吸取塔的压力降 19吸取塔的泛点率 20气体动能因子 203.9附属设备的运算与诜择 20离心泵的诜择与运算 20吸取塔要紧接管尺寸诜择与运算 21\o"CurrentDocument"工艺设计运算结果汇总与要紧符号说明 22\o"CurrentDocument"设计过程的评述和有关问题的讨论 25\o"CurrentDocument"要紧参考文献 26\o"CurrentDocument"终止语 27\o"CurrentDocument"吸取操作系统的工艺流程图 28\o"CurrentDocument"吸取操作系统的设备条件图 29摘要气体吸取过程是利用气体混合物中，各组分在液体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。一样说来，完整的吸取过程应包括吸取和解吸两部分。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，爱护环境等方面都广泛应用到气体吸取过程。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要紧设备之一，越来越受到青睐。本设计任务是用20℃清水洗收录其中的SQ。关于气体的吸取应该采纳气液传质设备填料塔，因为它具有较高的比表面积。用水吸取SO2属中等溶解度的吸取过程，为提高传质效率，选用逆流吸取流程。在此吸取过程中，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，因此选用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。因该吸取塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，应选用槽式液体分布器。关键词:吸取--S02--填料塔--逆流第1章绪论1•1吸取技术概况利用混合气体中各组分在同一种溶剂〔吸取剂〕中溶解度的不同分离气体混合物的单元操作称为吸取。吸取是分离气体混合物最常见的单元操作之一。工业吸取操作是在吸取塔内进行的。在吸取操作中，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取质，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；吸取所用的溶剂称为吸取剂，以S表示；经吸取后得到的溶液称为吸取液;被吸取后排出吸取塔的气体称为吸取尾气。吸取确实是吸取质从气相转入液相的过程［1］。吸取过程通常在吸取塔中进行。依照气、液两相的流淌方向，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，吸取剂以塔顶加入自上向下流淌，与从下向上流淌的气体接触，吸取了吸取质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。吸取塔操作示意图如图片2-1所示。吸收剂।吸收用”।吸收用”「吃收港S裕）图2-1吸收塔操作示意图在工业生产中，除以制取溶液产品为目的的吸取（如用水吸取HCl气制取盐酸等）之外，大都要将吸取液进行解吸，以便得到纯洁的溶质或使吸取剂再生后循环使用。解吸也称为脱吸，它是使溶质从吸取液中开释出来的过程，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。图中虚线左侧为吸取部分，在吸取塔中，苯系化合物蒸汽溶解于洗油中，吸取了粗苯的洗油（又称富油）由吸取塔底排出，被吸取后的煤气由吸取塔顶排出。图中虚线右侧为解吸部分，在解收塔中，粗苯由液相开释出来，并为水蒸汽带出，经冷凝分层后即可获得粗苯产品，解吸出粗苯的洗油（也称为贫油）经冷却后再送回吸取塔循环使用。补充新鲜油图2-2洗油脱除煤气中粗表流程简图吸取塔设备是气液接触的传质设备，一样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，气体沿填料间隙上升，在填料表面的液层与气体的界面上进行传质过程［2］。1•2吸取设备的进展吸取操作要紧在填料塔和板式塔中进行，几种常用的吸取塔有填料塔、湍球塔、板式塔等。其中填料塔的应用较为广泛。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，改进了原先的釜式蒸馏技术，促进了石油工业的进展。但由于当时对填料两相的流淌研究专门少，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进展，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⑶。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，塔外壳多采纳金属材料，也可用塑料制造。填料是填料塔的核心，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，有较高的间隙率、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QH-1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波浪填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。塔填料的研究与应用已获得长足的进展，鲍尔环、阶梯环、莱佛厄派克环、金属环矩鞍等的显现标志着散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向进展有新的突破。规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情形下，倍受重视，已成为塔填料的重要品种。其中金属与塑料波浪板造价适中，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承诺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固运转；脉冲填料专门的结构使之在大流量、大塔径下也可不能发生偏流，极易工业放大，从进展上看专门有期望。近年来，工程界对填料塔进行了大量的研究工作，要紧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；⑶填料层中液体的流淌及分布规律；⑷蒸馏过程的模拟。填料塔的差不多特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采纳耐腐蚀材料制造等。关于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多举荐用于0.6〜0.7m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进展［4］。在工业生产中的应用气体吸取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取HCL制备盐酸，用水吸取甲醛蒸汽制福尔马林溶液等，差不多上吸取操作。⑵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)回收有用物质工艺尾气中含有一些有价值的物质，，通过吸取能够为这些物质找到新的用途，做到物尽其用。⑷爱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。这些有害物质假如不除，将造成环境污染。通过吸取，能够在排放前除去这些有害物，做到达标排放［1］。第2章设计方案吸取剂的选择吸取操作的好坏在专门大程度上取决于吸取剂的性质。选择吸取剂时在，要紧考虑以下几点:(1)溶解度大吸取剂对溶质组分的溶解度越大，那么传质推动力越大，吸取速率越快，且吸取剂的耗用量越少，操作费用较低。(2)选择性好吸取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，否那么不能实现有效的分离。(3)挥发性好在吸取过程中，吸取尾气往往为吸取剂蒸汽所饱和。故在操作温度下，吸取剂的蒸汽压要低，以减少吸取剂的缺失量。(4)粘度低吸取剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流淌阻力越小，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，吸取剂要易再生，以降低操作费用。要求溶解度对温度的变化比较敏锐，即不仅在低温下溶解度要大，平稳分压要小；而且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平稳分压应迅速上升，那么被吸取的气体解吸，吸取剂再生方便。(6)其它所选用的吸取剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳固、经济安全［1］。在实际生产中满足所有要求的吸取剂是不存在的。应从满足工艺要求动身，对可供选择的吸取剂做全面的评判，作出科学、经济、合理的选择。综上所述，考虑吸取剂的选用标准，在二氧化硫的吸取过程中，采纳清水为吸取剂。吸取流程的选择气体吸取过程分类气体吸取过程通常按以下方法分类。(1)单组分吸取与多组分吸取：吸取过程按被吸取组分数目的不同，可分为单组分吸取和多组分吸取。假设混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶〔或微溶〕于吸取剂，这种吸取过程称为单组分吸取。反之，假设在吸取过程中，混合气中进入液相的气体溶质不止一个，如此的吸取称为多组分吸取。(2)物理吸取与化学吸取：在吸取过程中，假如溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，能够把吸取过程看成是气体溶质单纯地溶解于液相溶剂的物理过程，那么称为物理吸取。相反，假如在吸取过程中气体溶质与溶剂(或其中的爽朗组分)发生显著的化学反应，那么称为化学吸取。(3)低浓度吸取与高浓度吸取：在吸取过程中，假设溶质在气液两相中的摩尔分率均较低〔通常不超过0.1〕，这种吸取称为低浓度吸取；反之，那么称为高浓度吸取。关于低浓度吸取过程，由于气相中溶质浓度较低，传递到液相中的溶质量相关于气、液相流率也较小，因此流经吸取塔的气、液相流率均可视为常数。(4)等温吸取与非等温吸取：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步升高，这种吸取称为非等温吸取。假设吸取过程的热效应专门小，或尽管热效应较大，但吸取设备的散热成效专门好，能及时移出吸取过程所产生的热量，现在液相的温度变化并不显著，这种吸取称为等温吸取⑹。吸取装置的流程吸取装置的流程要紧有以下几种。〔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，吸取剂利用率高。工业生产中多采纳逆流操作。〔2〕并流操作气液两相均从塔顶流向塔底，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形：当吸取过程的平稳曲线较平坦时，流向对推动力阻碍不大；易溶气体的吸取或处理的气体不需要吸取专门完全；吸取剂用量专门大，逆流操作易引起液泛。〔3〕吸取剂部分再循环操作在逆流操作系统中，用泵将吸取塔排出液体的一部分冷却后与补充的新奇吸取剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下情形：当吸取剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；关于非等温吸取过程，为操纵塔内的温升，需取出一部分热量。该流程专门适宜于相平衡常数m植专门小的情形，通过吸取液的部分再循环，提高吸取剂的使用效率。应予指出，吸取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〕多塔串联操作假设设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等缘故需要经常清理调料，为便于修理，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸取塔通过的吸取剂和气体量都相等，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〕串联一并联混合操作假设吸取过程处理的液量专门大，假如用通常的流程，那么液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必专门小〔否那么易引起塔的液泛〕，塔的生产能力专门低。实际生产中可采纳气相作串联、液相作并联的混合流程。用水吸取二氧化硫属中等溶解度的吸取过程，为提高传质效率，选用逆流吸取流程。因用水作为吸取剂，且二氧化硫不作为产品，故采纳纯溶剂[7]吸取塔设备及填料的选择吸取塔设备关于吸取过程，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。而进行这一项工作那么要紧对吸取过程进行充分的研究后，并通过多方案对比方能得到较中意的结果。一样而言，吸取用塔设备与精馏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，具有合适的操作弹性，结构简单，造价低，易于制造、安装、操作和修理等。但作为吸取过程，一样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，有利于过程节能，因此关于吸取过程来说，以采纳填料塔居多。但在液体流率专门低难以充分润湿填料，或塔径过大，使用填料不专门经济的情形下，以采纳板式塔为宜。本设计过程采纳填料塔作为吸取设备［8］。填料的选择塔填料是填料塔中气液接触的差不多构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的要紧因素，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〕间隙率大间隙率£是指单位体积的填料所具有的间隙体积，填料的间隙率大，气液通过的能力大，气体流淌的阻力小，填料的间隙率一样在0.45-0.95范畴。〔3〕堆积密度小堆积密度P是指单位体积填料的质量，在机械强度承诺的条件下，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间隙率。〔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阻碍。〔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，如此不但增加了填料间的间隙，同时成为液体沿填料表面流淌的聚拢分散点，能够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。其要紧性能参数为：比表面积 a=i32.5m2孔隙率 e=0.91形状修正系数 ^=1.45填料因子 ^=i70m-iA=0.204吸取剂再生方法的选择使溶解于液相中的气体开释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，在其下流过程中与来自塔底的惰性气体或蒸汽相遇，吸取质逐步从溶液中开释出来，在塔顶得到吸取质与惰性气体或蒸汽的混合物，在塔底得到较纯洁的吸取剂。在本设计操作中，规定吸取二氧化硫后的水，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，送回吸取塔，循环使用，气提气那么进入燃料处理系统［9］。操作参数的选择吸取过程的操作参数要紧包括吸取〔或再生〕压力、吸取〔或再生〕温度以及吸取因子〔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、经济性动身，利用过程的模拟运算，通过多方案对比优化得出过程参数。操作压力选择本任务中差不多给出是常压操作，因此不需要再对其进行考虑。操作温度选择本任务中差不多给出操作温度是20℃吸取因子和解吸因子选择吸取因子和解吸因子是一个关联了气体处理量，吸取剂用量以及气液平稳常数的综合过程参数。吸取因子和解吸因子的取值大小对过程的经济性阻碍专门大，选用大的吸取因子，那么过程的设备费用降低而吸取剂用量或循环量加大，操作费用升高。假设吸取因子较小，那么过程推动力减小，塔必定专门高。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。— A二Lp-依照公式m=E/p；A=mG；因此EG；第3章吸取塔的工艺运算基础物性数据液相物性数据对低浓度吸取过程，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p=998.2kg/m3黏度hl=0.001Pa,s=3.6kg/(m-h)表面张力为。=72.6dyn/cm=940896kg/h2SO2在水中的扩散系数为Dl=L47*10-5cm2/s=5.29*10-6m2/h气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为MV=zyM=0.05X64.07+0.95x28.95=30.706P二工二二325x30.706二1.277kg/m3混合气体的密度为VmRT 8-314x293混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查手册得20℃空气的黏度为%=1.81X10-5Pa•s=0.065kg/(m•h)查手册得SO2在空气中的扩散系数为DV=0.108cm2/s=0.039m2/h气液相平稳数据由手册查得，常压下20℃时SO2在水中的亨利系数为E=3.55x103kPa相平稳常数为E3.55xE3.55x103101.325=35.04溶解度系数为溶解度系数为H=卫998.2H=卫998.2EM3.55x103x18.2=0.0156kmol/〈Pa•m3)3.2物料衡算进塔气相摩尔比为0.05 =3.2物料衡算进塔气相摩尔比为0.05 =0.05261-0.05出塔气相摩尔比Y2=彳G-甲A)=0.0526x(1-0.95)=0.00263进塔惰性气相流量2400 273G= 义 x(1一0.05)=进塔惰性气相流量2400 273G= 义 x(1一0.05)=94.84kmol/h22.4273+20(L) 0.0526一0.00263_QQ==33.29最小液气比 1GJmm0.0526/35.04-0—=1.5(—] =1.5x33.29=49.94液气比G IGJmin因此—=49.94x94.84=4736.31kmol/h由 G(y-Y2)=L(X1一X2)得 X1=99.58x0.0526-0.00263八 =0.0014976.033.3塔径运算塔径的运算采纳Eckert关联图运算泛点气速气相质量流量为\=2400x1.277=3064.8kg/h液相质量流量为\=4736.31x18.02=85348.31kg/hEckert关联图得横坐标为PVPL斗585348.31(1.277 x3064.81998.2J=0.996查图5-21得u。WP,,FF V-日2=0.0225gPLL差表5-11得。=170m-1F u=迹亘:=，:0.0225x9.81x998.2=1.007m/sF丫。WPN2 1170x1x1.277x10.2取u=0.7uF=0.7x1.007=0.7052m/s

4V ,4x2400/3600S= =1.097m冗u33.14x0.7052圆整塔径，取D=L2m3.3.2泛点率校核:2400/3600=0.59m=0.59m/s0.785x1.22上=义59x100%=58.6%(50%〜85%为经验值，所以在允许范围内)uF1.007填料规格校核:D_D_1200~d-=31.58>8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，每种填料应坚持一定的液体润湿速率〔或喷淋密度〕。依Morris等举荐，d<75mm的环形及其它填料的最小润湿速率〔%〕min为0.08m3/(m2•h)最小喷淋密度Ui=(L).xa=0.08x132.5=10.6m3/(m2.h)〃85348.31/998.2U= =75.64>U喷淋密度 0.785x12 min经以上校核可知，填料塔直径选用D=1200mm合理。填料层高度的运算传质单元数的运算Y*=mX=35.04x0.001=0.03504Y*=mX2=0S=脱吸因数mV35.04*99.584973.03=0.702=lnG—S)彳—丫2*+S气相总传质单元数NOG1-SL Y2—Y2*1^702ln(1—0.702)0.0526—0+0.702=1^702ln0.00263-0传质单元高度的运算气相总传质单元高度采纳修正的恩田关联式运算:aw焉二I一3.aw焉二I一3.45o coLA0.75AU

L-

a旦、0.1A0.2又o=33dyn/cm=427680kg/h2液体质量通量85348.310.785义1.22=75502.75kg/(m3-h)85348.310.785义1.22=75502.75kg/(m3-h)=1-exp-1.45x427680)。75(75502.7510」(75502.752x132.5Y。0"75502.752、0.2aw 一气膜吸取系数k940896)k132.5x3.6k998.2X1.27x108)k998.2x940896x132.5)=0.605、0.7,kG=0.237aDrT又气体质量通量2400x1.270.785x1.222400x1.270.785x1.22=2711.25kg/(m2-h)=0.237x(k132.5x0.065)(0.065)1/3(132.5x0.039)

k1.277x0.039)k8.314x293)=0.03077kmol/液膜吸取系数(U 、2/3k=0.0095—lk%NL(U 、2/3k=0.0095—lk%NL)LkplDlA-1/27=0.0095x75502.75 )2/33.6-1/2(3.6x1.27x1081k0.605x132.5x3.6)k998.2x5.29x10-6) (998.2 )1/3=1.135m/hka=ka①1.1由GGw查表5-4得中=L45那么ka=ka①1.1=0.03077x0.605x132.5x1.451.1=3.712kmol/(m3•h•kPa)ka=ka甲0.4=1.135x0.605x132.5x1,450.4=105.563/h上=58.6%>50%uF1.41+1+9.5-0.5)=1+=1+9.5x(0.586-0.5),42.2x3.712=4.849kmol/(m3・h•kPa)1+1+2.6-0.5)=1=1+2.6(0.586-0.5、,2x105.563=106.806/hKa=—j ;-G1 1 + 那么k；a HkL'a那么=1.240kmol/(m3•h•kPa) + 4.8490.0156x106.806HOG由KYaQKGaPQ94.841.240x101.325x6.364=0.668m填料层高度的运算由Z=H0GNog=0.668x6.364=4.251m得Z'=1.3x4.251=5.526m设计取填料层高度为Z、=5.6mh一一二8〜15,h=6m查表5-16,关于阶梯环填料，建议分段高度得条件为D max取D=9,那么h=9x1200二10800mm运算得填料层高度为560mm，故不需分段。填料塔附属高度的运算塔的附属高度要紧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〕。设塔定液相停留时刻为10s，那么塔釜液所占空间高度为10x85348.310/(3600x998.2)八中, =0.21m0.785x1.22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能够取为1.7m。吸取塔的总高度为7.3m.液体分布器运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，用于将塔顶液体平均的分布在填料表面上，初始分布器的好坏对填料塔效率阻碍专门大，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专门难得到中意的分离成效。因而液体分布器的设计十分重要。专门关于大直径低填料层的填料塔，专门需要性能良好的液体分布器。液体分布器的性能要紧由分布器的布液点密度〔即单位面积上的布液点数〕，各布液点平均性，各布液点上液相组成的平均性决定，设计液体分布器要紧是决定这些参数的结构尺寸。对液体分布器的选型和设计，一样要求：液体分布要平均；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，一样多以液体流淌的推动力或按结构形式分。假设按流淌推动力可分为重力式和压力式，假设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。依照本吸取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，喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大这一规律[11。液体分布器的选型该吸取塔液相负荷较大，而气相负荷相对较小，应选用槽式液体分布器。布液孔数的运算按Eckert建议值，D之1200时，喷淋点密度为42点/m2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为120点/m2布液点数为n=0.785义1.22义120=135.6氏136点八、、按分布点几何平均与流量平均的原那么，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。分布点采纳三角形排列，实际设计布点数n=132点。布液运算。=0.58,AH。=0.58,AH=160mm兀=rrdn0%,，2g△H/2404L 产LSd04 4x85348.31/(998.2x3600)11/2 ：13.14x136x0.58x，2x9.81x0.16)=0.015设计取d0=15mm其他附属塔内件的选择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。支承假设设计不当，填料塔的液泛可能第一发生在支承板上。为使气体能顺利通过，关于一般填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的间隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，因此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。由于填料支承装置本身对塔内气液的流淌状态也会产生阻碍，因此作为填料支承装置，除考虑其对流体流淌的阻碍外，一样情形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〕，并考虑填料间隙中的持液量，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〔一样要大于填料的间隙率〕，以防止第一在支撑处发生液泛；为使气体能顺利通过，关于一般填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的间隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，因此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平均分布，同时不至于产生较大的阻力〔一样阻力不大于20Pa〕；结构简单，便于加工制造安装和修理。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，应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.填料压紧装置为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳固，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料缺失，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，造成填料破裂。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平均的现象。一样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，应选用床层限定板。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：折流板式除沫器，它是一种利用惯性使液滴得以分离的装置，一样在小塔中使用。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］。依照本吸取特点及要求，本吸取操作选用金属丝网除沫器。丝网除雾器的设计运算如下：u=K：PL；PG=Z79m/s D:弘=''4x0.67=0.55m\PG 直径r\冗u 3.14x2.79吸取塔的流体力学参数运算.1吸取塔的压力降气体通过填料塔的压强降，对填料塔阻碍较大。假如气体通过填料塔的压强降大，那么操作过程的消耗动力大，专门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要紧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〕填料层压降的运算能够利用Eckert通用关联图运算压强降；横坐标为3.P89614 .1.279—l~ ^二 x =0.9963gppg 3223.08T998.2又查表5-18得，力P=116m-1纵坐标u纳p①y 02_0.592x116x1.277x10.2_0gp 从J― 9.81x998.2 ―L查图5-18得AP/Z=117.72Pa/m填料层压降为AP=117.72x5.6=659.23Pa〔2〕气体进出口压力降气体出口压降取接管内径250mm2400/3600=13.7m/s=13.7m/s0.785x0.2521 1 1r- _ ……AP——Pu2——x1.277x13.72=119.84Pa那么进口压降为12 2AP=1AP=0.5x119.84=59.92Pa出口压降221〔3〕其它塔内件的压力降降AP较小，在此可忽略因此总压为P=AP+AP+AP2=659.23+119.84+59.92=838.99Pa

3.8.2吸取塔的泛点率0.59 〜 〜-x100%=58.6%泛点率校核UF1.007 1承诺范畴内〕3.8.3泛点率校核UFF-u.pT=0.59x<1.277-0.667[m/s(kg/m3)0.5]气体动能因子在常用的范畴内。3.9附属设备的运算与选择离心泵的选择与运算取液体流速为u=2.0m/s-0.123m-123mm内径为125mmd=0.0188130.5u一0.5p-0.5=0.01881X85348.310.5-0.123m-123mm内径为125mmL据根管材规范，该直径d应该选0133mmx4.°mm热轧无缝钢管，实际流速4x0.024 …,u =1.96m/s3.14x0.1252原料泵的选择APAu2H=AZ+——+——+压头 pg 2g又AZ=5.6mK 838.99Pa_dup_0.125x_dup_0.125x1.96x998.20.001=244559>4000〔湍流〕取管壁绝对粗糙度取管壁绝对粗糙度£=。，3mm,8/d=0.3/125=0.0024由图查知九由图查知九0.024ZHf-巫-0.024xL962x8-0.3m1 2dg 2x0.125x9.81选2个9。弯头，2个截止阀全开。二(0.75x2+6.4x2)1.962=2.8m2x9.81=*+装+E用i+EH2=5.6+99^+°・3+2.8=8.8m兀- - - . /_V=—d2u=0.785x0.125x1.96x3600=86.5m3/h流量L4由于本设计中吸取剂使用的是水，因而，采纳清水泵〔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。通过运算可知，吸取塔所要求的压头不是专门高，因此采纳一般的单级单吸式即可，本设计中选用的型号为IS125-100-200淇具体参数如下:转速n/(r/min)流量/m3/h扬程H/m效率丑/%轴功率/kW电机功率/kW必须汽蚀余量(NUSH)r/m质量〔泵/底座〕/kg145010012.5764.487.52.5100/66吸取塔要紧接管尺寸选择与运算气体管路直径：气体进入塔内的流速一样为10〜18m/s，常压塔气体进出口管速度可取10〜20m/s,高压塔气速低于此值。为了防止突然扩大引起的压头缺失，因此取气体流速为u=18m/s。d'=0.0188130.5u-0.5p-0.5=0.01881x3064.80.5x1845x1.277-0.5=0.217mV V V据根管材规范，取管径为：0271.6mmx10.8mm，内径为250mmu_4x2400/3600_137m小实际流速U=3.14x0.252=.mS〔2〕液体进口装置关于直径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平均。〔3〕气体出口装置气体的出口装置，要求既能保证气体畅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u_2m/Sd'_0.0188130.5u-0.5p-0.5_0.01881x85348.310.5x2-0.5x998.2-0.5_0.123mL L L

据根管材规范，取管径为：0133mm义4mm，其内径为125mm。〔5〕液体进口装置液体进口管应直截了当通向喷淋装置，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。工艺设计运算结果汇总与要紧符号说明吸取塔的吸取剂用量运算总表表-1项目符号数值与计量单位混合气体处理量V2400m3/h气液相平稳常数m35.04进塔气相摩尔比Y1Y20.0526出塔气相摩尔比0.00263进塔液相摩尔分率X20出塔液相摩尔分率X10.001最小液气比L/G33.29混合气体的平均摩尔质量M30.706g；m°l混合气体的平均密度VmP1.277kg.m3吸取剂用量LVm4736.31km°l；h气相质量流量3V3064.8kg/h液相质量流量385348.31kg/h塔设备运算总表表-2L项目符号数值与计量单位塔径D1.2m填料层高度h5.6m填料塔上部空间高度h11.2m填料塔下部空间高度h20.5m塔附属高度h31.7m塔高HA7.3m传质单元高度HOGAT0.668m传质单元数NOG6.364m布液孔数n136点AP838.99Pa总压降f空塔气速u0.59ms泛点率u;u58,600填料运算总表表-3

项目符号 数值与计量单位填料直径泛点填料因子填料临界表面张力d 38mm① 170m-10 33dyncm要紧符号说明c表-4符号意义 计量单位A吸取因子或填料常数 —atDLD填料的比表面积 m2/m320℃101.3Kpa水中扩散系数 m2:h塔径 mgG重力加速度 m；s2气体摩尔流速 kmol：;h或kghhH总HOGKG填料层高度 m塔高 m气相总传质单元高度 m气体膜吸取系数 kmol；■,'Am2.h•KPa)KLL液膜吸取系数 kmol%2.h•KPa)液相摩尔流速 kmoVhmNOGAPPAPfuFu相平稳常数 —气相总传质单元数 —压力降 Pa压力 Pa吸取塔的总压力降 Pa泛点气速 m3/s气体流速 m3/sVLVs①L①VXY液相体积流量 m3/s气相体积流量 m3/s液体质量流量 kg：s气体质量流量 kg:：s液相中溶质的摩尔分数 一气相中溶质的摩尔分数 一pLpGu液体密度 kg/m3气体密度 kg/m3混合气的粘度 Pa•sNL水的粘度Pa•s£间隙率%O填料材质的临界表面张力kg；:h2cOL水的表面张力kg；h2aw填料的润湿比表面积m2/m3①压降填料因子m-iFP气体动能因子m..s 4gm3J0-M摩尔质量kggkmolY气相摩尔比E亨利系数KPH溶解度系数kmolim3•KPU最小喷淋密度m3.，(m2a•h)(l1T最小润湿速率m3Mm•h)wminU液体喷淋密度m3/(m•h))•h)U气体的质量通量kg『2GUL液体的质量通量kg：;Vm2•h)S脱吸因子〔解吸因子〕n布液点数点①开孔系AH开孔上方的液位高度md0Ls孔径m液体流量m3；sf泛点率设计过程的评述和有关问题的讨论对吸取单元的操作型设计与运算，在工业生产中起着专门重要的作用，要求也专门严格，设计合理与有用性好是必须的。为使化工生产更加便利，操作费用低廉，有些工艺材质需要加以改进，如塔填料。同时也要注意相关附属设备的选择，如选泵，要从多方面考虑，管道的直径，管中流速，流量等。任务的完成过程是艰辛的，也是欢乐的。艰辛是由于缺少这方面的知识和体会，从一开始的不知所措，到现在数据的差不多完成，一路走来是坎坎坷坷。欢乐是因为在这次设计中，我得到了同学的无限关心和鼓舞，同时学到了知识，增加了实践体会。为了能更好的完成本次课程设计，需要查阅