水吸收二氧化硫填料吸收塔课程设计报告

.z.----.可修编.东营职业学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石油化工生产技术学生**学生**08110430指导教师郭合仓2014年06月01日化工原理课程设计任务书专业石油化工生产技术班级设计人一．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二．原始数据及条件生产能力：年处理空气—二氧化硫混合气2.3万吨（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。分离要求：塔顶二氧化硫含量不高于0.26%。塔底二氧化硫含量不低于0.1%。建厂地址：**省永城市。三．设计要求（一）编制一份设计说明书，主要内容包括:1.摘要；2.流程的确定和说明（附流程简图）；3.生产条件的确定和说明；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)绘制一个带控制点的工艺流程图。（三）绘制吸收塔的工艺条件图。四．设计日期：2010年11月22日至2010年12月15日-.z.目录摘要.……………………..……...…=4\*ROMANIV第一章绪论……………………….……………11.1吸收技术概况…………………….……..11.2吸收设备发展……………………...……11.3吸收在工业生产中的应用………….……………...…3第二章吸收塔的设计方案…………………...…….……42.1吸收剂的选择………..…………….……42.2吸收流程选择…………….…….…….…52.2.1吸收工艺流程的确定………………..…………52.2.2吸收工艺流程图及工艺过程说明……..…….62.3吸收塔设备及填料的选择……………72.3.1吸收塔设备的选择……………………...………72.3.2填料的选择………….………..…..82.4吸收剂再生方法的选择…………………….….…….102.5操作参数的选择………………….……112.5.1操作温度的确定…………………….………….112.5.2操作压强的确定………………….………….…11第三章吸收塔工艺条件的计算…………………..….123.1基础物性数据………………………….123.1.1液相物性数据…………………..123.1.2气相物性数据………………..…123.1.3气液两相平衡时的数据…………...………….123.2物料衡算………………..123.3填料塔的工艺尺寸计算…………………….………..133.3.1塔径的计算…………….………..133.3.2泛点率校核和填料规格………………...…….143.3.3液体喷淋密度校核……………………...……..153.4填料层高度计算………...…………..153.4.1传质单元数的计算……………….……..……..153.4.2传质单元高度的计算…………….…...………………..……...163.4.3填料层高度的计算………………….……..…..173.5填料塔附属高度的计算……………….….……..…..183.6液体分布器的简要设计……………..183.6.1液体分布器的选型………...…………………..183.6.2分布点密度及布液孔数的计算………….….193.6.3塔底液体保持管高度的计算………………..203.7其他附属塔内件的选择……………..213.7.1填料支撑板……………….…….213.7.2填料压紧装置与床层限制板……………..…213.7.3气体进出口装置与排液装置……………..…213.8流体力学参数计算………………...…223.8.1填料层压力降的计算……………..…………..223.8.2泛点率…………………………...233.8.3气体动能因子…………………..233.9附属设备的计算与选择………………………..……233.9.1吸收塔主要接管的尺寸计算…………………..……….……233.9.2离心泵的计算与选择……………..………..…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…………………………..………31附录（计算程序及有关图表）…………32参考文献……………………….……..…………..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分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。气液两相的分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，气相组成呈连续变化，气相中的成分逐渐被分离出来。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能力较高，研究表明，在压力小于0.3MPa时，填料塔的分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基础数据，然后进行所需尺寸的计算得到各种设计参数，为图的绘制打基础，提供数据参考。-.z.第一章绪论1.。1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，使气体得以分离。吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基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，实现各组分分离的单元操作。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部分，因而在设计上应将两部分综合考虑，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、压力以及分离要求的条件下，完成以下工作：（1）根据给定的分离任务，确定吸收方案；（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。1.2吸收设备发展在吸收过程中，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，按吸收表面的形成方式，吸收设备可分为下列几类：（1）表面吸收器吸收器中两相间的接触面是静止液面（表面吸收器本身的液面）或流动的液膜表面（膜式吸收器）。这类设备中的接触表面在相当大的程度上决定于吸收器构件的几何表面。这类设备还可分为以下几种基本类型：水平液面的表面吸收器：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，液面即为传质表面，由于传质表面不大，所以此种表面吸收器只适用于生产规模较小的场合。通常将若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。水平液面的表面吸收器的效率极低，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*些组分。液膜吸收器：在液膜吸收器中，气液两相在流动的液膜表面上接触。液膜是沿着圆管或平板的纵向表面流动的。已知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，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，液膜吸收器应用比较少，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。喷淋液体沿填料表面流下，气液两相主要在填料的润湿表面上接触。设备单位体积内的填料表面积可以相当大，因此，能在较小的体积内得到很大的传质表面。但在很多情况下，填料的活性接触表面小于其几何表面。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因为会造成液泛，是不可能达到的。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。填料吸收器的不足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办法循环排走热量。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。机械液膜吸收器：机械液膜吸收器可分为两类。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表面上进行。圆盘的圆周速度为0.2～0.3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馏。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，接触表面是随气流而扩展。在液体中呈小气泡和喷射状态分布。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，接触表面是由流体动力状态（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表面是在气相介质中喷洒细小液滴的方法而形成的。接触表面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。1.3吸收在工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，而且大部分是均相混合物，为进一步加工和使用，常需将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。对于均相物系，要想进行组分间的分离，必须要造成一两个物系，利用原物系中各组分间*种物性的差异，而使其中*个组分（或*些组分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。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达到以下几种目的：(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烃，用液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等。(2)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炔等。(3)*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。第二章吸收塔的设计方案2.1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：对溶质的溶解度大所选的吸收剂对溶质的溶解度大，则单位量的吸收剂能够溶解较多的溶质，在一定的处理量和分离要求条件下，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，则可以提高吸收速率，减小塔设备的尺寸。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，而对其它组分则溶解度要小或基本不溶，这样，不但可以减小惰性气体组分的损失，而且可以提高解吸后溶质气体的纯度。不易挥发吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸汽压，以避免吸收过程中吸收剂的损失，提高吸收过程的经济性。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，以防止在使用中发生变质，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2-1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）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。2.2吸收流程选择吸收工艺流程的确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、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。（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，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，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，则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高，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，则需要采用多塔流程（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（具有多个理论级的分离能力）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）部分溶剂循环吸收流程由于填料塔的分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，将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善塔的操作条件。本设计采用单塔逆流操作。吸收工艺流程图及工艺过程说明图2-1吸收SO2的流程包括吸收和解吸两大部分。混合气体冷却至下进入吸收塔底部，水从塔顶淋下，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分离开，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：图2--22.3吸收塔设备及填料的选择吸收塔设备的选择对于吸收过程，能够完成其分离任务的塔设备有多种，如何从众多的塔设备中选择合适的类型是进行工艺设计得首要工作。而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后，并经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。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。填料的选择塔填料是填料塔中的气液相间传质组件，是填料塔的核心部分。其种类繁多，性能上各有差异。图2--31.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）发明，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，鲍尔环是对拉西环的改进，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心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，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%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基础上又有提高，其生产能力可提高约10%，压降则可降低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，将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，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Intalo*）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，以整砌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则组合而成的，具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为如图片3-12（a）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3-12（b）所示的格里奇格栅填料最具代表性。格栅填料的比表面积较低，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部分为波纹填料，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，分离效率很高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。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、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。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表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.4～0.5mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价格便宜，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，处理能力大，比表面积大（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，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。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。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，所以采用聚丙烯塑料阶梯环填料。其主要性能参数为：比表面积=132.5m孔隙率=0.91形状修正系数=1.45填料因子=170mA=0.204临界*力2.4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。减压再生（闪蒸）吸收剂的减压再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，若采用减压再生，则解吸操作需要在真空条件下进行，则过程可能不够经济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，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，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。2.5操作参数的选择操作温度的确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应的性质而定,既要考虑温度对化学反应速度常数的影响,也要考虑对化学平衡的影响,使吸收反应具有适宜的反应速度.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20℃。操作压力的确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高吸收过程的传质推动力而提高过程的传质速率,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,因而若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,若过程由质量传递过程控制,则提高操作压力有利,若为化学反应过程控制,则操作压力对过程的影响不大,可以完全根据前后工序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高，且能耗增加，综合考虑，采用常压101.325kPa。第三章吸收塔工艺条件的计算3.1基础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20℃时水的有关物性数据如下：密度ρL=998.2(kg/m3)粘度μL=0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)表面*力δL=72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)SO2在水中的扩散系数DL=1.47×10-5(㎝2/s)=5.29×10-6(m2/h)气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mvm=0.05×64.06+0.95×29=30.75混合气体的平均密度为1.278（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(m·h)在空气中的扩散系数为m2/s)=0.039(m2/h)气液两相平衡时的数据常压下20℃在水中的亨利系数为相平衡常数为溶解度系数为3.2物料衡算因为公式GB（Y1-Y2）=Ls(*1-*2)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GB和Ls）进塔气相摩尔比为出塔气相摩尔比为进塔惰性气相流量为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，即对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为取操作液气比93L=49.93×98.79=4932.58(kmol/h)+*2=98.79(0.0526-0.00263)/4932.58+0=0.00103.3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。液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即=4932.58×18.02=88885.09kg/h气相质量流量为=2500×1.278=3195kg/hEckert通用关联图的横坐标为查Eckert通用关联图得（附录四），式中：：泛点气速m/sg：重力加速度9.81m/s2，：气相，液相密度kg/m3：液体粘度mPa·s（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，其填料因子泛点气速：对于散装填料，泛点率的经验值为，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∴圆整塔径D取。泛点率校核和填料规格泛点率校核(在允许*围内)填料规格校核阶梯环的径比要求：>8有即符合要求液体喷淋密度校核取最小润湿速率为：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，填料塔直径选用D=1200mm合理3.4填料层高度计算传质单元数的计算解吸因数为气相总传质单元数为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查表(常见材质的临界表面*力值)，液体质量通量为气体质量通量为气膜吸收系数由下式计算液膜吸收系数由下式计算由，查附得，则因为，故需要校正。由，得则有由填料层高度的计算根据设计经验，填料层设计高度一般为~因此取所以设计取填料层高度为查附，对于阶梯环填料，h/D=8～15,m取则计算得填料层高度为5500mm，故不需要分段。3.5填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1.3m，塔底液相停留时间按1.5min考虑，则塔釜液所占空间高度为：考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取2.5m，所以塔的附属空间高度可以取为1.3+2.5=3.8米。因此塔的实际高度取H=5.5+3.8=9.3(m)3.6液体分布器的简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：⑴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。①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，塔截面D=400330D=750170D≥120042②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，进行比较，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。③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%。⑵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2～4，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊设计。⑶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。⑷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，故选用槽式液体分布器。当填料层高度与塔径之比超过*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的液体分布。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按照Eckert建议值，D≥1200mm时，喷淋点密度为42点/m2,因为该塔液相负荷较大，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：二级槽共设七道，槽侧面开孔，槽宽度为80mm,槽高度为210mm,两槽中心矩为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L:液体流量m3/sn:开孔数目:孔流系数，取0.55～0.60d0:孔径，m:开孔上方的液位高度，m取，m设计取图3-1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15mm，则液位保持管中的液位高度可由公式：得，即：：式中：：布液孔直径，mL：液体流率，m3/s：布液孔数：孔流系数：液体高度，m：重力加速度，m/s2值由小孔液体流动雷诺数决定可取因此，取根据经验，则液位保持管高度为：3.7其它附属塔内件的选择3.7.1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，为防止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%。本次设计选用驼峰型支撑装置。3.7.2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，为防止在填料压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防止液体倒灌，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心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m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。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：式中——气速，m；——液相及气相密度，；——系数，；本设计中取，则流过的气速所需除雾板组的横断面为由上式确定的气速*围，除雾板的阻力为49-98pa，此时能除去的最小雾滴直径约为0.05mm，即50.（2）排液装置液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止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10～20m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取0.8～1.5m/s（必要时可加大些）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。3.8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。则气体的进出口流速为:则进口（突然扩大=1）出口(突然缩小=0.5）（2）填料层压力降气体通过填料层的压力降采用Eckert关联图计算，有前面计算可知其中横坐标为查《散装填料压降填料因子平均值》得m-1纵坐标为查Eckert关联图得所以填料层压力降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泛点率吸收塔操作气速为0.614m/s.泛点气速为0.9458m/s.所以泛点率为对于散装填料，其泛点率的经验值为：~所以该塔的泛点率合适。气体动能因子吸收塔内气体的动能因子为气体动能因子在常用*围内。3.9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则为：常压塔气体进出口管气速可取10～20m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取0.8～1.5m/s（必要时可加大些）1．液体进料接管进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下查《输送流体用地缝钢管：GB8163-20083》可知，可选用热轧无缝钢管管径为。则实际管内径为174mm.实际通过液体接管的液速为：。2．气体进料接管采用直管进料。取气速所以查《输送流体用地缝钢管：GB8163-20083》可知取管径为实际管内径为，则实际通过气体接管的气速为：3．吸收剂输送管路直径及流速计算根据管材规*，选择型的热轧无缝管道，其内径为145mm，其实际流速为：。离心泵的计算与选择流量流量所需的扬程式中—两截面处位头差；—两截面处静压头之差；—两截面处动压头之差；—直管阻力；—管件、阀门局部阻力；根据前面设计资料对上述公式各项进行估算：管路总阻力和所需压头计算根据管路的平立面布置，计算所得雷诺数为：（湍流）利用柏拉修斯关系式有：根据填料塔高及泵的大体位置，管路长ｌ取13米选用三个90。弯头，三个截止阀全开考虑到安全系数，查得流量的安全系数为1.1，扬程的安全系数为1.05～1.1因为该吸收以清水为吸收剂，选用离心泵型号为：IS125-100-200单级单吸离心泵，其性能参数如下（见附录五）表3--2转速（r/min）流量m3/h扬程H/m效率η/%功率/kW必需汽蚀余量(NPSH)r/m轴功率电机功率2.5145010012.5764.487.5工艺设计计算结果汇总与主要符号说明基础物性数据和物料衡算结果汇总：表-1项目符号数值与计量单位吸收剂（水）的密度ρL998.2(kg/m3)溶剂的粘度μL0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)溶剂表面*力δL72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)二氧化硫在水中扩散系数DL1.47×10-5(㎝2/s)=5.29×10-6(m2/h)混合气体的平均摩尔质量30.75混合气体的平均密度1.278二氧化硫在空气中扩散系数DG0.108×10-4(m2/s)=0.039(m2/h)亨利系数E3.55×103KPa;气液相平衡常数35.04溶解度系数H0.0156kmol/(m³.KPa);二氧化硫进塔摩尔比Y10.0526二氧化硫出塔摩尔比Y20.00263惰性气体摩尔流量G98.79kmol/h;吸收剂摩尔流量L4932.58kmol/h液相进口摩尔比*20液相出口摩尔比*10.001填料塔工艺尺寸计算结果表：表-2项目符号数值与计量单位气相质量流量3195kg/h液相质量流量88885.09kg/h塔径1200mm空塔气速0.614泛点率64.92%喷淋密度U78.77m3/(m2.h)解吸因数S0.7018气相总传质单元数6.361液体质量通量UL78631.54气体质量通量UG2826.43气膜吸收系数0.0317kmol/(m².h.kpa)液膜吸收系数1.171(m/h)气相总吸收系数(校正后)6.419kmol/(m3.h.kpa)液相总吸收系数（校正后）114.34(l/h)气相总传质系数1.396kmol/(m3.h.kpa)气相传质单元高度0.618填料层高度Z′5.5填料塔上部空间高度1.3填料塔下部空间高度2.5塔附属高度3.8塔高9.3布液孔数132点孔径d00.015m开孔上方高度0.16m液位保持管高度h′0.1833m流体力学参数计算结果汇总：表-3项目符号数值与计量单位气体进口压力降△P1120.11Pa;气体出口压力降△P260.05Pa;填料层压力降△P3701.42Pa;吸收塔总压力降△P881.58Pa;泛点率64.92%气体动能因子F附属设备计算结果汇总：表-4项目选型数值与计量单位液体进出口接管热轧无缝钢管液体实际流速气体进出口接管热轧无缝钢管气体实际流速吸收剂输送管路热轧无缝钢管吸收剂实际流速离心泵的选型IS125-100-200单级单吸离心泵扬程H=12.001m所用聚丙烯塑料阶梯环填料主要性能参数汇总：表-5项目符号数值与计量单位公称直径38mm塔径与填料公称直径比值D/d>8填料因子平均值170m临界表面*力值33形状修正系数1.45填料分段高度推荐值h/D=8～15m压降填料因子平均值116m-1主要符号说明：1、英文字母表-6——填料层的润滑比表面积m²/m³；S——脱吸因数;无因次;——填料层的有效传质比表面积（m²/m³）——扩散系数，m²/s;塔径,m;——液体质量通量——气体质量通量——亨利系数，KPa;——重力加速度，kg/(m².h);——溶解度系数，kmol/(m³.KPa);——气相传质单元高度，m;——液相传质单元高度，m;——气相总传质单元高度，m;——液相总传质单元高度，m;——液体喷淋密度;——相平衡常数，无因次;——气相传质单元数，无因次;——液相传质单元数，无因次;——气相总传质系数，无因次——液相总传质系数，无因次;——总压，KPa;——温度，0C;——气体通用常数，kJ/(kmol.K)——填料直径，mm；——空塔速度，m/s;——液泛速度，m/s;——惰性气体流量，kmol/h;——混合气体体积流量，m3/h;—液膜吸收系数m/h;——气膜吸收系数，kmol/(m².h.kpa);—气相总吸收系数kmol/(m3.h.kpa);—液相总吸收系数，l/h;—气相总传质系数kmol/(m3.h.kpa);—液相总传质系数l/h;——吸收剂用量kmol/h;kmol/s;——是吸收液量kmol/h——吸收剂质量流量kg/h；——气体质量流量，kg/h；——密度kg/m³——填料因子，m-1;修正系数，无因次2、下标表-7——液相的——气相的——混合气流量——混合气质量流量*——溶质在液相中的摩尔分率无因次*——溶质在液相中的摩尔比无因次y——溶质在气相中的摩尔分率无因次Y——溶质在气相中的摩尔比无因次Z——填料层高度m’——填料高度m3.希腊字母表-8——粘度Pa.s——密度kg/m3——表面*力kg/h2——平均的，对数平均的——最小的——最大的设计方案讨论本次设计的用水吸收二氧化硫的填料吸收塔，采用的是聚丙烯塑料阶梯环填料和逆流单程流程。混合气的体积流率为2500m3/h，经过物料衡算知吸收剂水的体积流量为89.045m3/h。塔径为1200mm,塔总体高度为9.3m，而且不需要分段。气体和液体的进出口以及输送管路的管道尺寸都是依据《输送流体用地缝钢管：GB8163-20083》。在选择离心泵的时候，不仅考虑到了吸收剂的体积流量安全系数，也考虑到了扬程的安全系数。条件装配图尤其是工艺流程图，是在查阅有关绘图权威资料如《化工工艺算图》，《工程制图与AutoCAD教程》以及参考了《化工仪表及自动化》的基础上认真绘制的，但是由于学生的能力有限，水平欠佳，所以最终的图也许并没有达到十分的标准，这是有待在以后的学习生活中需要加以提高