水吸收二氧化硫填料塔的设计说明

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1、化 工 原 理 课 程 设 计题目 水吸收二氧化硫填料塔的设计 教 学 院 化工与材料工程学院专业班级 材化0901 学生 学生学号 指导教师 2011年 7月5 日 课程设计任务书1、设计题目：处理量为2750m3/h水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计；矿石焙烧炉送出的气体冷却到20后送入填料塔中，用20清水洗涤洗涤除去其中的SO2。入塔的炉气流量为2750m3/h，其中进塔SO2的摩尔分率为0.05，要求SO2的吸收率为95。吸收塔为常压操作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变，可近似取为清水的温度。吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。2、工艺操作条件：（1）操作平均压力 常压（2）操作温

2、度 t=20 （3）选用填料类型及规格自选。3、设计任务：完成干燥器的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和吸收塔的工艺条件图，编写设计说明书。化工原理教研室 2011年5月目录第1章 绪论11.1吸收技术概况11.2吸收设备的发展11.3吸收在工业生产中的应用2第2章 设计方案22.1吸收剂的选择42.2吸收流程的选择42.2.1吸收工艺流程的确定42.3吸收塔设备及填料的选择42.3.1吸收塔的设备选择42.3.2填料的选择52.4吸收剂再生方法的选择62.5操作参数的选择7第3章 吸收塔的工艺计算93.1基础物性数据93.1.1液相物性数据93.1.2气相物

3、性数据93.1.3气液相平衡数据93.2物料衡算103.3填料塔的工艺尺寸的计算113.3.1塔径的计算113.3.2泛点率校核113.3.3填料规格校核:113.3.4液体喷淋密度校核113.4填料塔填料高度计算123.4.1传质单元高度计算123.4.2传质单元数的计算143.5填料塔附属高度计算143.6 液体分布器计算15 3.6.1 液体分布器153.6.2布液孔数173.6.3 液体保持管高度173.7其他附属塔件的选择173.7.1填料支承板173.7.2除沫器（除雾器）173.7.3管口结构183.8吸收塔的流体力学参数的计算193.8.1吸收塔的压力降193.8.2吸收塔的泛

4、点率203.8.3气体动能因子203.9附属设备的计算与选择20 3.9.1离心泵的选择与计算20 3.9.2吸收塔的主要接管尺寸的计算21 工艺设计主要符号说明22评述与讨论24 结束语25参考文献26第1章 绪论1.1吸收技术概况 在化学工业中，经常需将气体混合物中的个各组分加以分离。气体的吸收是用适当的液体吸收剂与气体混合物接触，吸收器气体混合物中一个或几个组分，使其中的各组分得以分离的一种操作。在化工生产中，它主要用于原料气的净化、有用组分的回收。制取气体的溶液作为成品，以及废气的治理等方面，因此吸收操作是一种重要的分离方法，在化学工业中应用相当普遍。 吸收操作利用气体混合物各组分在某

5、种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。混合气体中某一组分能否进入液相，既取决于气相中该组分的分压，也取决于溶液里该组分的平衡蒸气压。如果混合气体中该气体的分压大于溶液中该组分的平衡蒸气压，这个组分便可自气相转移到液相，即被吸收。转移的结果，溶液里这个组分的浓度便升高，它的平衡蒸汽压也随着升高，到最后，可以升高到等于它的气相中的分压，传质过程于是停止，这时称为气液两相达到平衡。根据两相的平衡关系可以判断传质过程的方向与极限。另外，传质速率与推动力成正比，与阻力成反比，两相的浓度距离平衡浓度越大，则传质的推动力越大，传质速率与越大。吸收技术是从气液

6、两相的平衡关系与传质速率关系着手，利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同的基本原理，最终实现各组分分离的目的。1.2吸收设备的发展 吸收设备有多种类型，如填料塔、板式塔、喷洒塔和鼓泡塔等。最常用的有填料塔与板式塔。填料塔中装有诸如瓷环之类的填料；气液接触在填料中进行。板式塔中装有筛孔塔板，气液亮相在塔板上鼓泡进行接触。 工业模型的填料塔始于1881年的蒸馏操作中，1904年采用于炼油工业，当时的填料是碎砖瓦、小石块和管子缩节等。20世纪初，填料塔进入了一个新的发展阶段。在瓷环填料亦称拉西环填料被广泛采用后，弧鞍形填料相继问世，特别是出现了斯特曼填料后，便大大的促进了规整填料的发

7、展，除了各种填料大大涌现外，还发展了多管塔、乳化塔等被成为高效填料塔的新塔型。从20世纪60年代起新型填料有了较多的发展，属于颗粒型填料的有: 海佐涅尔填料、阶梯环填料、多角螺旋填料、金属鞍环填料、比阿雷茨基环、莱瓦填料以及它们的改进形式。属于规整填料的有：采尔填料、重叠式丝网波纹板填料、重叠式金属波形板填料、格里希栅格填料、格子填料、拉伸金属网填料、塑料蜂窝填料、Z形格子填料、Perform喷射式填料和脉冲填料等。同时，还创建了使小球浮动来强化传质的湍球塔。进入20世纪70年代后，至于新型填料的研究，希望找到有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。近年来随着化工产业的发展，大规模的吸收设备

8、已经广泛用于实际生产当中。具有了很高的吸收效率，以及在节能方面也日趋完善。填料塔的工艺设计容是在明确了装置的处理量，操作温度及操作压力及相应的相平衡关系的条件下，完成填料塔的工艺尺寸及其他塔件设计。在今后的化学工业的生产中，对吸收设备的要求及效率将会有更高的要求，所以日益完善的吸收设备会逐渐应用于实际的工业生产中。1.3吸收在工业生产中的应用 吸收在工业上的应用大致有以下几种：（1） 原料气的净化 为除去原料气中所有的杂质，吸收可说是最常用的方法。（2） 有用组分的回收 如从焦炉煤气中用水回收氨，再用洗油回收粗苯蒸气（包括苯、甲苯、二甲苯等），以及从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。（3） 液

9、体产品的制取 将气体中需要的成分以指定的溶剂吸收出来，成为溶液态的成品或半成品。如制酸工业中含HCL、NOX(氮氧化物)或SO3的气体制取盐酸、硝酸或硫酸；甲醇（乙醇）蒸气经氧化后，用水吸收以制成甲醛（乙醛）半成品等。（4） 废弃的治理 很多工业废气中含有SO2 、NOX （主要是NO 及NO2）、汞蒸气等有害成分，虽然浓度一般甚低，但对人体和环境仍危害甚大而必须进行治理。选择适当的工艺和溶剂进行吸收，使废气治理中应用较广的方法。当然，以上目的有时也难以截然分开，如干燥废气中的有机溶剂，能回收下来就很有价值，任其排放则会污染大气。第2章 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

10、,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.(一)对溶质的溶解度大所选的吸收剂多溶质的溶解度大,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。(二)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,而对其他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.

11、(三)不易挥发吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压,以避免吸收过程中吸收剂的损失,提高吸收过程的经济性.(四)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=以上四个方面是选择吸收剂时应考虑的主要问题,其次,还应注意所选择的吸收剂应具有良好的物理、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其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

12、,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用廉价易得的溶剂.工业常用吸收剂溶质吸收剂溶质吸收剂氨水、硫酸硫化铵碱液、砷碱液、有机溶剂丙酮蒸汽水苯蒸汽煤油、洗油氯化氢水丁二烯乙醇二氧化碳水、碱液、碳酸烯酯二氯乙烯煤油二氧化硫水一氧化碳铜氨液2.2吸收流程的选择工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同角度进行分类，从所选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步吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程，从塔气液两相的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。2.2.1

13、吸收工艺流程的确定工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同角度进行分类，从所选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步吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程，从塔气液两相的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）一步吸收流程和两步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

14、。（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。典型的是双塔吸收流程。（三）逆流吸收与并流吸收吸收塔或再生塔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）的显著优点而 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，改善踏的操作条件。2.3吸收塔设备及填料的选择2.3.1吸收塔的设备选择塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能、以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。（一） 与物性有关的因素：如易起泡的物系，处理量不大时，选填料塔为宜。具有腐蚀性的介质，也可选用填料塔。具有热敏性的物料须减压操作，可采用装填规整的