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1、.SOSO2 2吸收塔的设计计算吸收塔的设计计算矿石焙烧炉送出的气体冷却到 25后送入填料塔中，用 20清水洗涤以除去其中的SO2。入塔的炉气流量为 2400m3/h，其中 SO2摩尔分率为 0.05，要求 SO2的吸收率为 95%。吸收塔为常压操作。试设计该填料吸收塔。解解1 1设计方案确实定设计方案确实定用水吸收 SO2属于中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收过程。因用水作为吸收剂，且 SO2不作为产品，故采用纯溶剂。2 2填料的选择填料的选择对于水吸收 SO2的过程，操作过程与操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用
2、聚丙烯阶梯环填料。3 3工艺参数的计算工艺参数的计算步骤步骤 1 1：全局性参数设置。计算类型为“Flowsheet，选择计量单位制，设置输出格式。单击“Next， 进入组分输入窗口， 假设炉气由空气 AIR 和 SO2组成。 在“ComponentID中依次输入 H2O，AIR，SO2。步骤步骤 2 2：选择物性方法。选择NRTL 方程。步骤步骤 3 3：画流程图。选用“RadFrac严格计算模块里面的“ABSBR1模型，连接好物料线。结果如图 3-1 所示。图图 3-13-1水吸收水吸收 SOSO2 2流程图流程图步骤步骤 4 4：设置流股信息。按题目要求输入进料物料信息。 初始用水量设定
3、为 400kmol/h。步骤步骤 5 5：吸收塔参数的输入。在“Blocks|B1|Setup栏目，输入吸收塔参数。吸收塔初始模块参数如表 3-1 所示。 其中塔底气相 GASIN 由第 14 块板上方进料， 相当于第 10 块板下方。Calculation typeNumber of stagesCondenserReboilerValid phasesConvergenceFeed stagePressure(kPa)WATERGASINStage 1Equilibrium13NoneNoneVapor-LiquidStandard114101.325表表 3-13-1吸收塔初始参数吸收塔
4、初始参数1 / 5.至此，在不考虑别离要求的情况下，本流程模拟信息初步设定完毕，运行计算，结果如图 3-2 所示。此时 SO2吸收率为308.49/319.6096.52%。图图 3-23-2初步计算结果初步计算结果步骤步骤 6 6：别离要求的设定，塔板数固定时，吸收剂用量的求解。运用 “Design Specifications功能进展计算，在“Blocks|B1|Design Spec下，建立别离要求“1。在“Blocks|B1|Design Spec|1| Specifications页面，定义别离目标。按题目要求进展设定。结果如图 3-3 所示。在“Blocks|B1|Design S
5、pec|1|Components页面，选定“SO2为目标组分；在“Feed/Product Streams页面，选择“LOUT为参考物流。图图 3-3 Design Spec-13-3 Design Spec-1 的定义的定义图图 3-4 Vary-13-4 Vary-1 的定义的定义在“Blocks|B1|Vary下， 定义变量“1。 在“Blocks|B1|Vary|1|Specifications页面，设定进料流量“Feed rate为变量，上下限分别为5、1000。结果如图 3-4 所示。至此，别离要求已设置完毕，运行计算，结果如图3-5 所示。当塔板数为 13 时，要到达 95%的吸
6、收率，需用水 386.44kmol/h。图图 3-53-5吸收剂用量计算结果吸收剂用量计算结果步骤步骤 6 6：吸收塔的优化，吸收剂用量对塔板数灵敏度分析。使用“Sensitivity功能进展分析。在“Modle Analysis Tools|Sensitivity目录，创立一个灵敏度分析文件“S-1。在“S-1|Input|Define页面，定义因变量“FLOW，用于记录进塔水流量，结果如图3-6 所示。图图 3-63-6定义灵敏度分析参数定义灵敏度分析参数在“S-1|Input|Vary页面，设置自变量与其变化围，这里假设塔板数变化，如图3-7所示。2 / 5.在“S-1|Input|Ta
7、bulate页面，设置输出格式。设置“FLOW为输出变量。图图 3-73-7设置自变量变化围设置自变量变化围此题为吸收塔，在塔板数变化的同时，塔底气体的进料位置也随之改变。运用Calculator 功能，来实现这一过程。在“Flowsheeting Options|Calculator目录，创立一个计算器文件“C-1。在“C-1|Input|Define页面，定义 2 个变量，如图 3-8 所示。其中， “FEED记录塔底气体进料位置，“NS记录吸收塔塔板数。图图 3-83-8定义计算器变量定义计算器变量在“C-1|Input|Calculate页面，编写塔底气体进料位置的 Fortran 语
8、言计算语句，如图 3-9 所示。图图 3-93-9编写编写 FortranFortran 计算语句计算语句在“C-1|Input|Sequence页面，定义计算器计算顺序，如图 3-10 所示。在塔 B1 前计算。图图 3-103-10定义计算器顺序定义计算器顺序至此，吸收塔灵敏度分析计算所需要的信息已经全部设置完毕，运行计算，结果如图3-11、图 3-12 所示。图 3-12 为利用 AspenPlot 功能，吸收剂用量对塔板数作图结果。3 / 5.图图 3-113-11灵敏度分析计算结果图灵敏度分析计算结果图图图 3-123-12同塔板数所需吸收剂用量同塔板数所需吸收剂用量步骤步骤 7 7
9、：吸收塔的工艺参数。由图3-12 可得，当塔板数为大于10 时，随着塔板数的增加，吸收剂用量减少不太明显，因此选择塔板数为10。在“Blocks|B1|Setup栏目，将塔板数改为 10，塔底气体进料位置为11，隐藏“C-1和“S-1，运行计算。结果如图3-13所示。此时，水用量为 399.75kmol/h，7200kg/h。图图 3-133-13填料塔最终工艺计算结果填料塔最终工艺计算结果4 4填料塔设计填料塔设计首先进展塔径计算。在“Blocks|B1|Pack Sizing文件夹中，建立一个填料计算文件“1。在“Pack Sizing|1|Specifications页面，填写填料位置、
10、选用的填料型号、等板高度等信息，如图 3-14 所示。其中填料为塑料阶梯环PLASTIC CMR ，等板高度设定为0.45m。KOCH 公司的塑料阶梯环，在 Aspen Plus7.2 数据中有三种尺寸 1A，2A，3A。由于填料尺寸越小，别离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增多。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与严重的壁流， 使塔的别离效率降低。因此初始选择2A 型号，其湿填料因子为103.361/m 。运行计算，结果如图 3-15 所示。图图 3-143-14填料塔信息设置填料塔信息设置4 / 5.图图 3-153-15 填料塔计算结果填料塔计算结果由图 3-
11、15 可知，填料塔塔径为 752mm，最大液相负荷分率 0.62，最大负荷因子0.0537m/s，塔压降 0.0093bar，平均压降 1.73mmHg/m，液体最大表观流速 0.0046m/s，比外表积为 164 /m。本例题填料塔初步计算塔径为752mm，此时最大负荷分率为0.62，相对保守，可以用塔径 700mm 进一步核核算。在“Blocks|B1|Pack Rating文件夹下，建立一个填料核算文件“1，在“PackRating|1|Specifications页面，填写填料位置、选用的填料型号、等板高度等信息，如图 3-16 所示。运行计算，结果如图3-17 所示。图图 3-163-16 填料塔核算参数设置填料塔核算参数设置图图 3-173-17 填料塔核算参数设置填料塔核算参数设置由图 3-17 可知，当填料塔塔径为 0.7m，最大液相负荷分率 0.716，在 0.60.8 之间，最大负荷因子 0.062m/s，塔压降 0.0142bar，平均压降 2.63mmHg/m，液体最大表观流速0.00535m/s。因为一般填料塔的操作空塔气速低于泛点气速，对于一般不易发泡物系，液泛率为60%80%，因此塔径选择 0.7m 是合理的。5 / 5
