水吸收二氧化硫填料塔设计.docx

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水吸收二氧化硫填料塔设计

氐咽理N犬卷

课程设计

课程名称:

化工原理课程设计

设计题目:

水吸收二氧化硫烟气的填料塔设计

学

院:

环境科学与工程学院

专

业:

再生资源科学与技术

年

级:

XXX

级

XXX

XXX

学生姓名:

指导教师:

日期:

2013624-2013.7.5

课程设计任务书

、设计任务及操作条件

设计题目：

水吸收SQ烟气的填料塔设计

混合烟气处理量为1OOOn3/h（30C,100KN/m）;

操作条件：

（1）

（2）

进塔气体组成：

9%（体积比）SQ其余可视为空气;

回收其中所含SCO的95%

吸收塔操作温度为30r，压力位1OOKN/m；

（5）

（6）

液气比为最小液气比的1.2倍；

空塔气速取泛点气速的0.65倍;

（7）

填料：

自选;

二、设计内容

1.设计方案的选择及流程的确定;

2.塔的物料衡算和热量衡算;

3.塔的主要工艺尺寸确定:

（1）塔高的确定;

（2）塔径的确定;

4.

（3）全塔压降的验算；

辅助设备的选型与计算;

5.

绘制工艺流程图;

6.

绘制填料塔设备图;

7.

编写设计说明书。

摘要:

吸收是分离气体混合物的单元操作，其分离原理是利用气体混合物中各组分

在液体溶剂中溶解度的差异来实现不同气体的分离。

一个完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。

气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。

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，保护环境等方面都广泛应用到气体吸收过程。

本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔的方法处理含有二氧化硫的混合物，使其达到排放标准,采用填料吸收塔吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表

面具有良好的湍流状况，关键词：

吸收单元操作

解析

绪论

吸收技术概况

设计方案

2.2.1气体吸收过程分类

2.2.2吸收装置的流程

2.3.1吸收塔设备

2.3.2填料的选择

2.5.1操作温度的确定2.5.2操作压力的确定

吸收塔工艺条件的计算

3.1

基础物性数据

10

3.2

3.3

3.4

3.1.1液相物性数据

3.1.2气相物性数据

3.1.3气液两相平衡时的数据

物料衡算

11

填料塔的工艺尺寸计算

3.3.1塔径的计算

3.3.2泛点率校核和填料规格

3.3.3液体喷淋密度校核

填料层高度计算

10

10

10

11

13

11

12

13

13

3.4.1传质单元数的计算

17

17

3.7其它附属塔内件的选择

3.7.1填料支撑板

18

3.8流体力学参数计算

3.8.1填料层压力降的计算

3.8.3离心泵的计算与选择

第4章工艺设计计算结果汇总与主要符号说明

23

4.1填料塔工艺尺寸计算结果表

23

4.2流体力学参数计算结果汇总

24

4.3附属设备计算结果汇总

24

4.4所用Dn38聚丙烯塑料阶梯环填料主要性能参数汇总

25

4.5主要符号说明

25

第5章设计方案讨论.

27

第6章心得体会

28

附录

29

参考文献

32

V，Y2

-，X2

J

第1章绪论

1.1吸收技术概况

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，工业生产中以逆流操作为主，吸收剂以塔顶加入自上向下流动，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。

吸收塔操作示意图如图片2-1所示。

符号含义：

—单位时间内通过吸收塔的惰性气体量,

单位时间内通过吸收塔的溶剂量，kmol/s；

摩尔丫

Xi,X2

比，kmol/kmol；

分别为进塔及出塔液体中溶质组分

的摩尔

V，Y1

比，kmol/kmol。

}L，Xi

图2-1吸收塔操作示意图

吸收塔设备是气液接触的传质设备，一般可分为逐级接触型和微分接触型两类。

板式塔属于逐级接触型的气液传质设备，它是在塔体内按照一定距离设置许多塔盘，气体以鼓泡或喷射的方式穿过塔盘上的液层。

填料塔属于微分接触型气液传质设备，它是在塔体内装有一定数量的填料，填料的作用是提供气液间的传质面积。

在塔内液体沿填料表面下流，形成一层薄膜，气体沿填料空隙上升，在填料表面的液层与气体的界面上进行传质过程。

1.2吸收在工业生产中的应用

在化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，为进一步加工和使用，常需将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。

对于均相物系，要想进行组分间的分离，必须要造成一两个物系,利用原物系中各组分间某种物性的差异，而使其中某个组分（或某些组分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。

物质在相间的转移过程称为物质传递过程。

吸收单元操作是化学工业中常见的传质过程。

气体的吸收在化工生产中主要用来达到以下几种目的

（1）有用组分的回收。

例如用硫酸处理焦炉气以回收其中的二氧化硫，用气油处理焦炉气以回收其中的芳烃，用液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等。

（2）原料气的净化。

例如用水和碱液脱除合成二氧化硫原料气中的二氧化碳，

用丙酮脱除裂解气中的乙炔等。

（3）某些产品的制取。

例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氢以

制备盐酸，用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等。

（4）废气的治理。

例如：

电厂的锅炉尾气含二氧化硫。

硝酸生产尾气含一氧化

氮等有害气体，均须用吸收方法除去。

1.3吸收设备的发展

吸收操作主要在填料塔和板式塔中进行，几种常用的吸收塔有填料塔、湍球塔、板式塔等。

其中填料塔的应用较为广泛。

填料塔的历史较久，早在19世纪中期已开始用于生产，到20世纪初，人们以碎石、短管段等为填料用来蒸馏原油，改进了原来的釜式蒸馏技术，促进了石油工业的发展。

但由于当时对填料两相的流动研究很少，塔的优越性未能全部发挥，故不久就为泡罩塔所取代。

后来随着石油、酸碱、肥料、石油化工等工业的飞速发展，人们对填料塔的实践和认识才进一步不断加深，制造了多种形式的填料;对填料塔的压降和泛点得出了较为可靠的关联式，为设计和操作提供了依据。

填料塔，它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。

填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。

填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。

常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八

四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。

塔填料的研究与应用已获得长足的发展，鲍尔环、阶梯环、莱佛厄派克环、

金属环矩鞍等的出现标志着散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的

突破。

规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下，倍受重视，已成为塔填料的重要品种。

其中金属与塑料波纹板造价适中，抗污力强，操作性能好,并易于工业应用，可作为通用填料使用；栅格填料对液体负荷和允许压降要求苛

刻的过程十分有利，并具有自净机能，即使应用在污垢系统也能长期稳定运转；脉冲填料独特的结构使之在大流量、大塔径下也不会发生偏流，极易工业放大,从发展上看很有希望。

近年来，工程界对填料塔进行了大量的研究工作，主要集中在以下几个方面:

（1）开发多种形式、规格和材质的高效、低压降、大流量的填料；

（2）与不同填料相匹配的塔内件结构;

（3）填料层中液体的流动及分布规律;

（4）蒸馏过程的模拟。

填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等。

对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。

过去，填料塔多推荐用于0.6〜0.7m以下的塔径。

近年来，随着高效新型填料和其他性能内件的开发，以及人们对填料流体力学，放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。

第2章设计方案

2.1吸收剂的选择

吸收操作的好坏在很大程度上取决于吸收剂的性质。

选择吸收剂时在，主要考虑以下几点:

（1）溶解度大吸收剂对溶质组分的溶解度越大，则传质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少，操作费用较低。

（2）选择性好吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。

（3）挥发性好在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和。

故在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收剂的损失量。

（4）粘度低吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高。

（5）易再生当富液不作为产品时，吸收剂要易再生，以降低操作费用。

要求溶解度对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小；而

且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升，则被吸收的气体解吸，吸收剂再生方便。

⑹其它所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定、经济安全⑴。

在实际生产中满足所有要求的吸收剂是不存在的。

应从满足工艺要求出发,对可供选择的吸收剂做全面的评价，作出科学、经济、合理的选择。

表2-1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

（1）吸收容量对溶质分压不太敏感

分压

（2）吸收热效应显着

（2）吸收热效应很小（近于等温）

（3）用低压蒸汽气提解吸

（3）常用降压闪蒸解吸

（4）适于溶质含量不咼，而净化度要

（4）适于溶质含量高，而净化度要求

求很高的场合

（5）对设备腐蚀性小，不易变质

综上所述，考虑吸收剂的选用标准，在二氧化硫的吸收过程中，采用水为吸收剂。

2.2吸收流程的选择2.2.1气体吸收过程分类

气体吸收过程通常按以下方法分类。

（1）单组分吸收与多组分吸收：

吸收过程按被吸收组分数目的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收。

若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶（或微溶）于吸收剂，这种吸收过程称为单组分吸收。

反之，若在吸收过程中,混合气中进入液相的气体溶质不止一个，这样的吸收称为多组分吸收。

（2）物理吸收与化学吸收：

在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显

著的化学反应，可以把吸收过程看成是气体溶质单纯地溶解于液相溶剂的物理过

程，则称为物理吸收。

相反，如果在吸收过程中气体溶质与溶剂（或其中的活泼

组分）发生显著的化学反应，则称为化学吸收。

（3）低浓度吸收与高浓度吸收：

在吸收过程中，若溶质在气液两相中的摩

尔分率均较低（通常不超过0.1），这种吸收称为低浓度吸收；反之，则称为高

浓度吸收