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1、- - - word.zl-设计要求书设计要求书设计题目设计题目处理量为2400m3/h水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计设计题目一原始数据及条件设计题目一原始数据及条件1.生产能力：混合气SO2空气的处理量2400m3/h；2.进塔混合气中SO2的含量 5%摩尔分数；3.吸收率：95%；4.以清水为吸收剂；5.平衡线方程：Y = 66.7888X1.163726.操作压力：常压101325Pa；7.吸收温度：20；注：吸收过程视为等温吸收过程。8.吸收剂的用量为最小用量的 1.5 倍。设计任务设计任务完成填料吸收塔的工艺设计及有关附属设备的设计和选用，绘制填料塔系统带控制点的工艺流程图及填料塔的
2、设计条件图，编写设计说明书。- - - word.zl-目录设计要求书设计要求书 1 1设计题目 1设计题目一原始数据及条件 1设计任务 1第 1 章概述 31.1 吸收塔的概述 31.2 吸收设备的开展 31.3 吸收过程在工业生产上应用 4第第 2 2 章设计方案章设计方案 4 42.1 吸收剂的选择 42.2 吸收流程确实定 62.3 吸收塔设备的选择 72.4 吸收塔填料的选择 7第第 3 3 章吸收塔的工艺计算章吸收塔的工艺计算 10103.1 物料衡算 103.1.1 液相物性数据 103.1.2 气相物性数据 113.1.3 气液相平衡数据 113.1.4 物料衡算 113.2
3、填料塔的工艺尺寸的计算 133.2.1 塔径的计算 133.2.2 填料层高度计算 143.2.3 塔高度确实定 173.2.4 塔材料以及壁厚等确实定 173.2.5 填料层压降的计算 18第第 4 4 章塔件及附属设备的计算章塔件及附属设备的计算 19194.1 液体分布器的计算 194.2 填料支撑板 204.3 填料压紧装置 214.4 液体除雾器 214.5 筒体和封头的设计 224.6 人孔的设计 23- - - word.zl-4.7 法兰的设计 23符号说明 25英文字母 26下标 27希腊字母 27参考文献 28第第 1 1 章概述章概述1.11.1 吸收塔的概述吸收塔的概述
4、气体混合物的别离，是根据混合物中各组分间某种物理性质和化学性质的差异而进展的。吸收作为其中一种，它的根本原理根据混合物各组分在特定的液体吸收剂中溶解度的不同，实现各组分别离的单元操作。实际生产中，除了少数情况只需单独进展吸收外，一般需对吸收后的溶液继以脱吸，使溶剂再生，循环使用。因此，除了吸收塔以外，还需与其他设备一道组成一个完整的吸收-脱吸流程。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；(2) 根据流程进展过程的物料和
5、热量衡算，确定工艺参数；(3) 依据物料及热量衡算进展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。(6) 1.2 吸收设备的开展- - - word.zl-1.21.2 吸收设备的开展吸收设备的开展吸收操作主要在填料塔和板式塔中进展，尤以填料塔的应用较为广泛。填料吸收塔是化学工业中最常用的气液传质设备之一。它具有构造简单、便于用耐腐蚀材料制造以及压降小等优点，采用新型高效填料可以获得很好的经济效果，常用于吸收、精馏等别离过程。其中塔填料的研究与应用已取得长足的开展：鲍尔环、阶梯环、金属环矩鞍等的出现标志散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向
6、开展有新的突破；规整填料在工业装置大型化和要求高别离效率的情况下倍受重视，已成为塔填料的重要品种。填料塔仍处于开展之中，今后的研究方向主要是提高传质效率，同时考虑填料的强度、操作性能及使用上的通用因素并综合环型、鞍型及规整填料的优点开发构型优越、堆积接触方式合理、流体在整个床层均匀分布的新型填料。目前看来，填料的材质以瓷、金属、塑料为主，为满足化工生产温度和耐腐蚀要求，已开发了氟塑料制成的填料。填料塔的开展，与塔填料的开发研究是分不开的。除了提高原有填料的流体力学与传质性能外，还开发了效率高、放大效应小的新型填料。加上塔填料本身具有压降小、持液量小、耐腐蚀、操作稳定、弹性大等优点，使填料塔开发
7、研究到达了新的台阶。1.31.3 吸收过程在工业生产上应用吸收过程在工业生产上应用化工生产中吸收操作广泛应用于混合气体的别离：净化或精制气体，混合气体中去除杂质。如用 K2CO3水溶液脱除合成气中- - - word.zl-的，丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等。2CO制取某种气体的液态产品。如用水吸收氯化氢气体制取盐酸。混合气体以回收所需组分。如用汽油处理焦炉气以回收其中的芳烃。工业废气处理。工业生产中所排放的废气中常含有 SO2，NO，NO2，HF等有害组分，组成一般很低，但假设直接排入大气，那么对人体和自然环境危害都很大。因此排放之前必须加以处理，选用碱性吸收剂吸收这些有害的气体是环保工程中最
8、长采用的方法之一。第第 2 2 章章 设计方案设计方案2.12.1 吸收剂的选择吸收剂的选择吸收剂的对吸收操作过程的经济性由十分重要的影响，因此对于吸收操作，选择适宜的吸收剂具有十分重要的意义。一般情况下，选择吸收剂，着重考虑- - - word.zl-以下方面：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条件下，吸收剂的用量小，可以有效地减少吸收剂的循环量。另一方面，在同样的吸收剂用量下液相的传质推动力大可以提高吸收效率，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
9、他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，以防止吸收过程中吸收剂的损失提高吸收过程的经济性。4再生性能好由于在吸收剂再生过程中一般要对其进展升温或气提等处理，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。5粘度和其他物性吸收剂在操作条件下的粘度越低，其在塔的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。此外，所选的吸收剂还应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易暴、不发泡、冰点低，价廉易得以及化学性质稳定的要
10、求。结合以上吸收剂选择原那么和考虑经济最优原那么，本设计采用水作为吸- - - word.zl-收剂：在水中的溶解度大、吸收推动力大、溶剂用量小、设备尺寸也小；2SO水的价格低廉，而且水无毒性、无腐蚀性、不易燃易暴、不发泡、冰点低，水的挥发性也比拟低。本设计题目要求吸收剂用水。表 1 物理吸收剂和化学吸收剂的特性物理吸收剂化学吸收剂吸收容量溶解度正比于溶质分压吸收热效应很小近于等温常用降压闪蒸解吸溶质含量高而净化度要求不太高的场合对设备腐蚀性小，不易变质吸收容量对溶质分压不太敏感吸收热效应显著用低压蒸汽气提解吸溶质含量不高而净化度要求很高的场合对设备腐蚀性大，易变质2.22.2 吸收流程确实定
11、吸收流程确实定工业上有多种吸收流程，从所选吸收剂的种类看，有用一种吸收剂的一步吸收流程和用两种吸收剂的两步吸收流程；从所用的塔设备数量看，有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，并流吸收流程等根本流程。此外，还有特定条件下的局部溶剂循环过程。1一步吸收流程和两步吸收流程一步吸收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吸收任务的情况。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吸收要求或者虽能到达吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以采用两步吸收流程。2单塔吸收流程和多塔吸收流程单塔吸
12、收流程式吸收过程中的常用流程，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- - - word.zl-过高，或采用两步吸收流程时，那么需要采用多塔流程。3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，别离效率高的显著优点，工业上如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。4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，挡液相喷淋量过小时，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，以提高液相喷林量，改善塔的操作条件。
13、结合设计要求和以上流程选择原那么，在本设计中选择单塔逆流的操作流程：吸收推动力大；吸收任务不大。2.32.3 吸收塔设备的选择吸收塔设备的选择对于吸收过程，一般具有操作液气比大的特点，因而更适应于填料塔。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，以采用吸收塔的多。本设计中二氧化硫气体在水中的溶解度比拟大，吸收效率高，设计题目也要求采用填料塔，所以本设计选用填料塔作为气液传质设备。2.42.4 吸收塔填料的选择吸收塔填料的选择1填料种类的选择填料种类的选择要考虑别离工艺的要求，通常考虑以下几个方面。- - - word.zl- 传质效率 即别离效率，它有两种表示方法：一是
14、以理论级进展计算的表示方法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即 HETP 值；另一是以传质速率进展计算的表示方法，以每个传质单元相当的填料层高度表示，即 HTU 值。在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即 HETP或 HTU值低的填料。对于常用的工业填料，其 HETP(或 HTU)值可由有关手册或文献中查到，也可以通过一些经历公式来估算。 通量 在一样的液体负荷下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大，那么通量愈大，它的处理能力也愈大。因此，在选择填料种类时，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。对于大多数常用填料，其泛点气速或气相动能因子可在有关
15、手册或文献中查到，也可由一些经历式来估算。 填料层的压降 填料层的压降是填料的主要应用性能，压降越低，动力消耗越低，操作费用越小。选择低压降的填料对热敏性物系的别离尤为重要。比拟填料层的压降尤两种方法：一是比拟填料层单位高度的压降；另一是/p z比拟填料层单位传质效率的比压降 。填料层的压降可用经历公式计算，/Tp N亦可从有关图标中查出。 填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作弹性，抗污堵性及抗热敏性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔气液负荷发生波动时维持操作稳定。2填料规格的分类 散装填料规格的分类 散装填料的规格通常是指填料的公尺直径。工业塔常用的散装填料主要有 DN16、DN
16、25、DN38、DN50、DN76 等几种规格。- - - word.zl-同类填料，尺寸越小，别离效率越高；但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的别离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一定的规定。表 2 常用填料的塔径与填料公称直径比值 D/d 的推荐值填料种类D/d 的推荐值拉西环鞍环鲍尔环阶梯环环矩鞍D/d2030D/d15D/d1015D/d8D/d8 规整填料规格的分类 工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国习惯用比外表积表示，主要有 125，150，250，350，500，700 等几种规格，同种类型的规整填料，其外表积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也明显增加。选用时应从别离要求，通量要求，场地条件，物料性质及设备投资，操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足工艺要求，又具有经济合理性。应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型，不通规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料，有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选
