精品水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计化工原理毕业论文.docx

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精品水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计化工原理毕业论文

吉林化工学院

化工原理课程设计

题目水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计

教学院化工与材料工程学院

专业班级轻化0802

学生姓名

学生学号

指导教师

2010年11月18日

课程设计任务书

1、设计题目：

水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计；

矿石焙烧炉送出的气体冷却到25℃后送入填料塔中，用20℃清水洗涤洗涤除去其中的SO2。

入塔的炉气流量为6000m3。

文氏管吸收器结构简单、设备小、占空间少、气速高、处理量大、气液接触好、传质较容易，特别适用于捕集气流中的微小颗粒物。

但因气液并流，气液接触时间短，不适合难溶或反应速度慢的气液吸收，而且压力损失大（800～9000h），能耗高

4.液膜吸收器：

在液膜吸收器中，气液两相在流动的液膜表面上接触。

液膜是沿着圆管或平板的纵向表面流动的。

已知有三种类型的液膜吸收器：

列管式吸收器：

液膜沿垂直圆管的内壁流动；

板状填料吸收器：

填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的两测流动；

升膜式吸收器：

液膜向上（反向）流动。

目前，液膜吸收器应用比较少，其中最常见的是列管式吸收器，常用于从高浓度气体混合物同时取出热量的易溶气体（氯化氢，二氧化硫）的吸收。

填料吸收器填料吸收器是装有各种不同形状填料的塔。

喷淋液体沿填料表面流下，气液两相主要在填料的润湿表面上接触。

设备单位体积内的填料表面积可以相当大，因此，能在较小的体积内得到很大的传质表面。

但在很多情况下，填料的活性接触表面小于其几何表面。

5.填料吸收器：

填料吸收器一般作成塔状，塔内装有支撑板，板上堆放填料层。

喷淋的液体通过分布器洒向填料。

在吸收器内，填料在整个塔内堆成一个整体。

有时也将填料装成几层，每层的下边都设有单独的支撑板。

当填料分层堆放时，层与层之间常装有液体再分布装置。

在填料吸收器中，气体和液体的运动经常是逆流的。

而很少采用并流操作。

但近年来对在高气速条件下操作的并流填料吸收器给予另外很大的关注。

在这样高的气速下，不但可以强化过程和缩小设备尺寸，而且并流的阻力降也要比逆流时显著降低。

这样高的气速在逆流时因为会造成液泛，是不可能达到的。

如果两相的运动方向对推动力没有明显的影响，就可以采用这种并流吸收器。

近年来,开发使用了斜孔塔盘、导向筛板、网孔塔盘、大孔筛板、浮阀-筛板复合塔盘以及浮动喷射塔板、旋流塔板等。

填料塔所用填料,对于乱堆填料除拉西环、鲍尔环外,阶梯环、金属矩鞍环已大量采用;由于金属丝网及金属板波纹填料规整填料的使用,并配合新型塔内件结构使填料塔的效率大为提高,因此应用范围日益扩大。

更多的新型材料将有助于开发各种塔的进一步发展。

1.3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）分离混合气体以获得一定的组分。

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）除去有害组分以净化气体。

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）制备某种气体的溶液。

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）保护环境。

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。

（5）用液体吸收气体获得半成品或成品。

例如：

用水吸收氯化氢制取盐酸；在硫酸生产中SO3吸收；用水或碱溶液吸收氮氧化物生产硝酸或硝酸盐。

这类吸收，吸收后就不再进行解吸了。

（6）从气体混合物中回收有价值的组分。

为了防止有价值组分的损失并污染环境，例如：

易挥发性溶剂如醇、酮、醚等的回收。

1.3.1塔设备在化工生产中的作用和地位

塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。

在塔设备中能进行的单元操作有:

精馏、吸收、解吸、气体的增浓及冷却等。

在化工、石油化工及炼油厂中,塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额,以及三废处理和环境保护等各个方面,都有重大影响。

在化工和石油化工生产装置中,塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的25.39%,炼油和煤化工生产装置占34.85%。

它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中所占的比例也较多,例如在年产250万吨常压及减压炼油蒸馏装置中耗用的钢材重量占62.4%,年产60及120万吨的催化裂化装置占48.9%。

因此,塔设备的设计和研究,对化工、炼油等工业的发展起着重大作用。

1.3.2化工生产对塔设备的要求

塔设备除了应满足特定的化工工艺条件（如温度、压力及耐腐蚀）外,为了满足工业生产的需要还应达到下列要求:

（1）生产能力大,即气液处理量大;

（2）高的传质和传热效率,即气液有充分的接触空间、接触时间和接触面积;

（3）操作稳定,操作弹性大,即气液负荷有较大波动时仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作,且塔设备应能长期连续运转;

（4）流体流动的阻力小,即流体通过听设备的压力降小,以达到节能降低操作费用的要求;

（5）结构简单可靠,材料耗用量小,制造安装容易,以达到降低设备投资的要求。

在实际上,任何一个塔设备能同时达到上述的诸项要求是很困难的,因此只能从生产需要及经济合理的要求出发,抓住主要矛盾进行设计。

随着人们对于增大生产能力、提高效率、稳定操作和降低压力降的追求,推动着各种新型塔结构的出现和发展。

第2章设计方案

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

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.

（一）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,这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利.另一方面,在同样的吸收剂用量下,液相的传质推动力大,则可以提高吸收效率,减小塔设备的尺寸.

（二）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.

（三）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,提高吸收过程的经济性.

（四）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.

以上四个方面是选择吸收剂时应考虑的主要问题,其次,还应注意所选择的吸收剂应具有良好的物理、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其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用廉价易得的溶剂.

表2—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

（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）吸收热效应显著

（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

2.2吸收流程的选择

2.2.1吸收工艺流程的确定

工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同角度进行分类，从所选用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两步吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程，从塔内气液两相的流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用剂循环流程。

于特定条件下的部分溶

（一）一步吸收流程和两步吸收流程

一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成任务的情况。

若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以考虑采用两步吸收流程。

（二）单塔吸收流程和多塔吸收流程

单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程，如过程无特别需要，则一般采用单塔吸收流程。

若过程的分离要求较高，使用单塔操作时，所需要的塔体过高，或采用两步吸收流程时，则需要采用多塔流程（通常是双塔吸收流程）

（三）逆流吸收与并流吸收

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）的显著优点而广泛应用。

工程上，如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。

（四）部分溶剂循环吸收流程

由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，当液相喷淋量过小时，将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善踏的操作条件。

2.2.2吸收工艺流程图及工艺过程说明

2.3吸收塔设备及填料的选择

2.3.1吸收塔的设备选择

对于吸收过程,能够完成其分离任务的塔设备有多种,如何从众多的塔设备中选出合适的类型是进行工艺设计的首要工作.而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后,并经多方案对比方能得到较满意的结果.一般而言,吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求,即用较小直径的塔设备完成规定的处理量,塔板或填料层阻力要小,具有良好的传质性能,具有合适的操作弹性,结构简单,造价低,易于制造、安装、操作和维修等.

但作为吸收过程,一般具有操作液起比大的特点,因而更适用于填料塔.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,以采用填料塔居多.但在液体流率很低难以充分润湿填料,或塔径过大,使用填料塔不经济的情况下,以采用板式塔为宜.

2.3.2填料的选择

填料的选择尤为重要，所选填料既要满足生产工艺的要求,又要使设备投资和操作费用较低但各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。

在选择塔填料时，应该主要考虑如下几个问题：

（1）填料的性能

（一）比表面积：

单位体积填料所具有的表面积称为填料的比表面积，常以a表示，其单位为.

（二）空隙率：

单位体积填料所具有的空隙体积，称为填料的空隙率，以表示，其单位是.

（三）填料因子：

由以上两个填料特性组合成的形式，成为干填料因子，其单位。

但填料经喷淋后表面覆盖了液层，其值发生了变化，故把实验获得的有液体喷淋条件下的相应数值，成为湿填料因子，简称填料因子，以表示。

（四）单位体积填料层的填料个数，以n表示。

（2）填料的类型与选择

（一）填料的类型

填料的种类很多，可分为实体填料和网体填料两大类。

实体填料用陶瓷、金属、塑料制成，主要有拉西环及其衍生型、鞍型、波纹填料等。

网型填