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1、清水吸收SO2烟气的填料塔课程设计说明书专 业： 材料工程技术 班 级：姓 名： 班 级 学 号：指 导 老 师：日 期：任 务 书化工单元操作课程设计任务书一、题目清水吸收SO2烟气的填料塔设计二、设计任务及操作条件1、气体处理量1000m3/h（30，100kpa）2、进塔气体的组成：9%（体积分数）SO2，其余可视为空气3、回收其中所含SO2的95%4、吸收塔的操作温度为30，压力位100kpa5、液气比为最小液气比的1.2倍6、空塔气速取泛点气速的0.65倍7、填料自选三、设计内容1、填料塔的物料衡算2、塔的主要工艺尺寸确定塔高的确定塔径的确定3、辅助设备的类型及作用4、绘制填料塔的设
2、备图（CAD）5、编写设计说明书（电子版）目 录第一章 前言 1吸收的概况 2 吸收设备分类 第二章 设计方案 2.1吸收剂的选择2.1.1 对溶质的溶解度大 2.1.2 对溶质有较高的选择性 2.1.3 不易挥发 2.1.4 再生性能好 2.2塔内气液流向的选择 2.3吸收系统工艺流程 2.3.1.工艺流程图及说明2.4 填料的选择2.5操作参数的选择 2.5.1操作温度 2.5.2 操作压力的确定第三章 工艺计算 3.1 物料衡算 3.2 吸收剂用量 3.4 塔径计算 3.5填料层高度计算第四章 辅助设备的类型及作用4.1 液体分布器 4.2 除雾器 4.3 填料压紧装置 4.4 填料支撑
3、装置第五章 结束语第六章 主要符号说明第七章 参考文献1 前言 1.1 吸收技术的概况 利用混合气体中各组分在同一种溶剂（吸收剂）中溶解度的不同分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收是分离气体混合物最常见的单元操作之一。工业吸收操作是在吸收塔内进行的。在吸收操作中，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收质，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；吸收所用的溶剂称为吸收剂，以S表示；经吸收后得到的溶液称为吸收液;被吸收后排出吸收塔的气体称为吸收尾气。吸收就是吸收质从气相转入液相的过程。吸收过程通常在吸收塔中进行。根据气、液两相的流动方向，分为逆流操作和并流操作两类，
4、工业生产中以逆流操作为主，吸收剂以塔顶加入自上向流动，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。吸收流程 如图所示A+B混合气即吸收尾气S溶剂A+S叫吸收液A溶质B叫惰性气体（化工术语，注意与初等化学中的概念区分）或叫惰性成分1.2 吸收设备分类 吸收操作所用的设备。主体通常是各种吸收塔，最常用的是板式塔和填充塔。此外，在化工生产中还使用其他类型的吸收器，主要有：喷洒式吸收器将液体喷散成液滴，分散于气体中，以扩大相际接触面积。喷洒液滴可用高速转动的转盘，也可用液体喷嘴。但用得最广的是通过高速气流分散液体的喷射塔。喷射塔的上部是喷射段，设有气液两相进口和喷杯
5、。进入喷射段的吸收剂连续溢入喷杯内,气体以高达2026m/s的速度由喷杯喷出,将吸收剂分散成细小雾滴。塔的中部是吸收段,气液两相在此充分接触，进行吸收。塔的底部是气液分离段。喷射塔结构简单，生产强度高，压降小，适用于易溶气体的吸收和伴有快速反应的化学吸收，一般用单级或双级。表面吸收器这种吸收器内具有固定的相际接触表面，气体在吸收器内掠过静止或缓慢流动的液体表面，适用于易溶气体的吸收和伴有快速反应的化学吸收。表面吸收器形状简单，可采用耐腐蚀材料制造，具体类型有陶瓷吸收罐、石英管吸收器、石墨板吸收器、管壳式湿壁吸收器等，其中有的类型能及时移去吸收产生的热量。搅拌吸收器用涡轮搅拌器分散从下方导入的气
6、体，以增强相际接触。为增加气体在液体中的停留时间，在涡轮上面设置一个帽形环使气体返回容器下部。也有的在液面处设置另一叶轮，推动气相返入液体中。这种吸收器适用于气体流量小或液相中悬浮有固体颗粒的吸收。2 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有着十分重要影响。一般情况下，选择吸收剂，要着重考虑如下问题：2.1.1 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
7、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。2.1.2 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。2.1.3 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。2.1.4 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。
8、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 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
9、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，二氧化硫为溶质。 用水作为吸收剂吸收二氧化硫的原因：节约成本 ,可以减少过程使用的成本；水吸收SO2之后的产品还可以再次利用； SO2在水中的溶解度大；水的挥发度低。2.2塔内气液流向的选择 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。
10、2.3吸收系统工艺流程2.3.1.工艺流程图及说明 吸收二氧化硫流程包括吸收和解析两部分。混合气体在30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。在气液接触中，气体中的二氧化硫溶解于水，使离开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。2.4 填料的选择 塔填料是填料塔中的气液相
11、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。2.4.1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
12、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(Stairs wreath)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） 矩鞍填料将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两
13、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Intalox）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。2.4.2 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
14、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(Space grid filler)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(Ripples filler)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
15、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。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(The metals presses to postpone the bore p
