环境工程课程设计-水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计

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1、吉林化工学院化工原理课程设计湖 南 农 业 大 学 课 程 论 文学 院 ： 资 源 环 境 学 院 班 级 ： 环 境 科 学姓 名 ： 李 文 涛 学 号 ： 7课 程 论 文 题 目 ： 填 料 塔 的 设 计课 程 名 称 ： 环 境 工 程 课 程 设 计评 阅 成 绩 ：评 阅 意 见 ：成 绩 评 定 教 师 签 名 ：日 期 ： 年 月 日设计任务书学生：(资源环境学院环境科学班级，学号：7)1、设计题目：水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计2、工艺操作条件：（1）操作平均压力 常压（2）操作温度 t=20 （3）每年生产时间：7200h。（4）选用填料类型及规格自选。3、设计任

2、务：完成填料塔的工艺设计与计算，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。目录一、摘要二、设计方案简介2.1 吸收剂的选择2.2 吸 收 流 程 的 选 择2.3 吸 收 塔 设 备 及 填 料 的 选 择2.3.1 吸收塔设备2.3.2 吸收塔填料2.4 吸收剂再生的选择2.5 操 作 参 数 的 选 择三、吸收塔的工艺计算3.1 基 础 物 性 数 据3.1.1 液相物性数据3.1.2 气相物性数据3.1.3 气液相平衡数据3.2 物料衡算3.3 湍球塔工艺尺寸的计算3.3.1 塔径3.3.2 填料数据计算和支撑板结构3.4 填料层高度3.5

3、流体力学计算3.5.1 各阶段工况气速的计算3.5.2 球层压力降P3.5.3 球层扩展阶段时的膨胀高度3.6 湍 球 塔 的 辅 助 结 构3.6.1 支承板及档网3.6.2 除沫器3.6.3 液体分布器3.7 填料塔附属高度计算3.8 湍球塔的流体力学参数计算3.8.1 全塔压降3.8.2 气体动能因子3.9 附属设备的计算和选择3.9.1 接管尺寸的计算举例3.9.2 离心泵的选择和计算四、工艺设计计算结果汇总汇总与主要符号说明五、对过程的评述和有关问题的讨论六、结束语摘要：吸收操作在化学工业中是一种重要的分离方法，本次设计采用水吸收矿石焙烧炉送出的气体，入塔的炉气流量为 2000m3/

4、h，其中进塔 SO2的摩尔分率为 0.05，SO 2的吸收率达到95吸收效果以减少对大气的污染，属于物理吸收。影响吸收的因素主要为溶质在吸收剂中的溶解度,其吸收速率主要决定于气相或液相与界面上溶质的浓度差，以及溶质从气相向液相传递的扩散速率。本设计本设计采用填料塔，塔高 8.7m，塔径 0.7m，采用聚丙烯空心球填料，具有通量大、阻力小、传质效率高等优点，可以达到较好的通过能力和分离效果。一般说来，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。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，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为主要设备之一，越来越受到青睐。二氧化硫填料吸收塔，以

5、水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。此外，由于水和二氧化硫反应生成硫酸，具有很大的利用率。关键词： 二氧化硫 吸收 水 填料塔二 、设计方案吸收过程的设计方案主要包括吸收剂的选择、吸收流程的选择、解吸方法选择、设备类型选择、操作参数的选择等内容。2.1 吸收剂的选择吸 收 剂 一 般 是 对 气 体 混 合 物 的 各 组 分 具 有 不 同 的 溶 解 度 而 能 选 择 性 地 吸 收 其 中 一 种组 分 或 几 种 组 分 的 液 体 。由 于 吸 收 操 作 的 目 的 不 同 ， 吸 收 剂 的 功 用 也 不 同 。 有 些 是 吸 收 气 体 而 获 得 产 品 ， 如 在盐

6、 酸 制 造 中 用 水 吸 收 氯 化 氢 气 体 。 有 些 是 除 去 气 体 混 合 物 中 的 一 种 或 几 种 组 分 ， 以 达 到 分离 的 目 的 ， 如 用 水 或 碱 液 吸 收 烟 道 气 等 中 的 二 氧 化 碳 。吸 收 操 作 中 能 够 选 择 性 地 溶 解 混 合 气 体 中 某 些 特 定 组 分 的 液 体 。 吸 收 剂 可 以 是 纯 液 体 ，也 可 以 是 溶 液 。 一 般 分 为 物 理 吸 收 剂 和 化 学 吸 收 剂 两 类 。 物 理 吸 收 剂 与 溶 质 之 间 无 化 学 反应 ， 气 体 的 溶 解 度 只 与 气 液 平

7、 衡 （ 见 汽 液 平 衡 ） 规 律 有 关 ； 化 学 吸 收 剂 与 溶 质 之 间 有 化 学反 应 ， 气 体 的 溶 解 度 不 仅 与 气 液 平 衡 规 律 有 关 ， 而 且 与 化 学 平 衡 规 律 有 关 。 化 学 吸 收 剂 大多 是 某 种 活 性 组 分 的 溶 液 ， 如 碳 酸 钾 或 氢 氧 化 钠 的 水 溶 液 。当 吸 收 是 为 了 制 取 某 种 溶 液 产 品 时 ， 只 能 用 某 种 特 定 的 吸 收 剂 ， 如 由 氯 化 氢 制 造 盐 酸 ，只 能 用 水 作 吸 收 剂 。 当 吸 收 是 为 了 对 气 体 混 合 物 作 组

8、 分 分 离 时 ， 吸 收 剂 的 合 理 选 择 ， 对 吸收 操 作 的 成 功 与 否 有 重 大 影 响 。 一 般 说 来 ， 化 学 吸 收 剂 易 于 达 到 较 高 的 选 择 性 ,并 可 使溶 质 易 于 溶 解 ； 但 再 生 比 较 困 难 ,消 耗 能 量 较 多 。 事 实 上 ， 很 难 找 到 一 个 能 够 满 足 上 述 各项 要 求 的 理 想 吸 收 剂 ， 只 能 通 过 对 可 用 吸 收 剂 的 全 面 评 价 ， 按 经 济 上 是 否 合 理 作 出 选 择 。为 此 ， 性 能 优 良 的 新 吸 收 剂 的 开 发 ， 一 直 为 人 们

9、 所 关 注 。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 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

10、 过 程 功耗 和 再 生 能 量 消 耗 十 分 有 利 。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 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 。3 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

11、程 的 经 济 性 。4 粘 度 低吸 收 剂 在 操 作 温 度 下 的 粘 度 越 低 ， 其 在 塔 内 的 流 动 性 越 好 ， 有 助 于 传 质 速 率 和 传 热 速率 的 提 高 。5 其 他所 选 用 的 吸 收 剂 应 尽 可 能 满 足 无 毒 性 、 无 腐 蚀 性 、 不 易 燃 易 爆 、 不 发 泡 、 冰 点 低 、 价廉 易 得 以 及 化 学 性 质 稳 定 等 要 求 。2.2 吸 收 流 程 的 选 择吸收装置的流程主要有以下几种（1）逆流操作 气体自塔底进入由塔顶排除，液相自塔顶进入由塔底排除，即此逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速

12、率快，分离效率高。工业生产中通常采用逆流操作。（2）并流操作 气液两项均从塔顶流向塔底，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。并流操作通常运用以下情况：当吸收过程中平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大；逆流操作易引起液泛。（3）吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排除液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分在循环操作。通常用于以下的情况：当吸收剂的用量较小，为提高液体的喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的升温，需取出一部分热量。该流程特别适宜平衡数值

13、很小的情况，通过吸收液的部分在循环提高吸收剂的使用效率。应予指出，吸收剂部分在循环操作较逆流操作平均推动力要低，切需要设置循环泵，操作费用增加。（4）多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或因为所处理物料等原因需经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大的空间，输液、喷淋、支承板等辅助装置增加，使设备投资加大。（5）串联并联混合操作 若吸收过程处理液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小，塔的生产能力降低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程；若吸收过程处理的

14、液量不大而气相流程很大时，可采用液相作串联、气相作并联的混合流程。总之，在实际应用中应根据生产任务、工艺特点，结合各种流程的优缺点选择适宜的流程布置。本设计采用湍球塔中通常采用的是单塔连续逆流操作，因为逆流推动力大，传质速率快，分离效果好，并且单塔逆流操作即可满足设计要求。2.3 吸 收 塔 设 备 及 填 料 的 选 择2.3.1 吸收塔吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔内气液两相

15、的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。（ 一 ） 基 本 要 求工 业 吸 收 塔 应 具 备 以 下 基 本 要 求 ： 1 塔 内 气 体 与 液 体 应 有 足 够 的 接 触 面 积 和 接 触 时 间 。 2 气 液 两 相 应 具 有 强 烈 扰 动 ， 减 少 传 质 阻 力 ， 提 高 吸 收 效 率 。 3 操 作 范 围 宽 ， 运 行 稳 定 。 4 设 备 阻 力 小 ， 能 耗 低 。 5 具 有 足 够 的 机 械 强 度 和 耐 腐 蚀 能 力 。

16、 6 结 构 简 单 、 便 于 制 造 和 检 修 。（二）吸收塔填料 1、 散 装 填 料2、 规 整 填 料二、填料的性能评价1填料的几何特性填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。（1）比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以 a 表示，其单位为 m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。（2）空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以 e 表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。（3）填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即 a/e 3，称为填料因子，以 f 表示，其单位为 1/m。填料因子分为干填料因子与湿填料因子，填料未被液体润