吸收塔设计实例.docx

1、吸收塔设计实例一、 吸收的基本理论 21、 吸收的定义 22、 吸收过程对吸收剂的要求 23、 影响吸收效果的主要因素 3二、 吸收设备 41、 吸收过程对吸收设备的一般要求 42、 填料塔的组成及各个部分的作用 43、 吸收塔中填料的作用种类及选型 4三、 吸收过程中的气液流动方向 5四、 基础性数据的计算 61、 液相物性数据 62、 气相物性数据 63、 气液相平衡数据 6五、吸收塔的物料衡算 7六、 吸收塔的工艺尺寸的计算 81、 塔径计算 82、 填料层高度的计算 9七、 填料层压降计算 12八、 液体分布器简要设计 122、 分布点密度计算 123、 布液计算 14九、 吸收剂输送

2、泵的选型 151、 填料塔高度的计算 152、 泵的扬程计算 153、 泵的选择 15十、设计数据汇总 16十一、毕业设计心得体会 17我国化工产品种类繁多已达45000个品种。生产企业多为中小型，加之采用高消耗低 效益粗放型生产模式对环境构成了压力。所以近几年来国家提出了清洁生产这个概念。它 的定义是：清洁生产是将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中以期减少 对人类和环境的风险。其目的在于提高资源利用效率减少和避免污染物的产生，保护和改 善生态环境保障人体的健康，促进持续发展。对于企业来说应改善生产管理提高生产效率， 减少资源和能源的浪费，限制污染排放。推行原材料和能源的循环利用

3、，替换和更新导致 严重污染的落后的生产流程技术和设备开发清洁产品鼓励绿色消费。众所周知化工行业是 个耗能大户。由一般组数据显示1994年我国一次能源消费为12.3亿吨标准煤，而化工行 业就占1.05亿吨标准煤。在煤的燃烧和化工生产过程中会产生大量的 SC?气体，目前SO已成为大气污染中的重要原凶之一。 SO在常温下为无色气体，密度为1.4337 kg/m 3,熔点-72.4 C、沸点-10 C,在25 E下溶解度为9.4g/ml。SQ存在于大气中，可形成酸雨。而 酸雨会腐蚀金属石材表面对纸制品皮革制品等造成损伤，更有甚者会给生态系统以及农业 森林水产资源带来毁灭性打击。在工业生产中人如果接触了

4、 SQ对眼及呼吸系统粘膜有强烈的刺激作用大量的吸入可引起肺水肿、声带痉挛而导致窒息。长期低浓度接触会有头痛 头昏乏力等全身症状以及慢性咽喉炎支气管炎嗅觉及味觉减退的现象。因此为了减少 SQ排放对人类的危害，在工业生产我们应对含有 SQ的废气进行吸收处理而在化工行业更应该如此。这次我做的毕业设计课题是矿石焙烧炉尾气中 SQ的清水吸收，处理量为3200n3/h尾气中SQ的含量为4%要求SQ的吸收率为95%。一、吸收的基本理论1、吸收的定义吸收是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度或化学反应活性不同而将 混合物分离的一种方法。在化工原理中对吸收的定义是：当混合气体与一定量的液体相接 触时气体

5、中的一个或几个组分溶解于该液体中，不能溶解的组分仍然保留在气相中借助于 这种方法可以使原气体中混合物得以分离。吸收操作的本质是溶质分子由气相穿过气液界 面进入液相的单向传质。在吸收过程中，如果溶质与溶剂间不发生显著的化学反应，溶质只是单纯溶解于液相 中，该吸收过程称为物理吸收；如果溶质溶解于液相的同时溶质中的某组分与溶剂发生显 著的化学反应，则称为化学吸收过程。2、吸收过程对吸收剂的要求吸收操作是气液两相之间的接触传质过程，吸收操作的成功与否 在很大程序上决定于溶剂的性质，特别是溶剂与气体混合物之间的相平衡关系。因此吸收过程中对吸收剂的 要求有：1溶解度。吸收剂对于溶质组分应具有较大的溶解度这

6、样可以提高吸收速率并减少吸 收剂的消耗量。当吸收剂与溶质组分之间有化学反应时溶解度可大大提高，但若要循环使 用吸收剂则化学反应必须是可逆的。对于物理吸收也应该选择溶解度随着操作条件改变而 有显著差异的吸收剂以便回收重新利用。2选择性。吸收剂要在对溶质组分有良好吸收能力的同时，对混合气体中的其它组分 却基本上不吸收或吸收甚微否则不能实现有效的分离。3挥发度。操作温度下吸收剂的蒸气压要低。因为离开吸收设备的气体往往为吸收剂 蒸气所饱和，吸收剂的挥发度越高其损失量便越大。4粘性。操作温度下吸收剂的粘度要低，这样可以改善吸收塔内的流动状况从而提高 吸收速率且有助于降低泵的功耗还能减少传热阻力。5毒性应

7、尽量小不易燃对设备腐蚀要小，既可以节省设备费用和维修费用，又有利于 安全生产。6来源充足廉价易得。3、影响吸收效果的主要因素为了保证吸收过程的正常进行，吸收操作过程中的操作条件也非常重要，主要的条件 包括温度和压力。1压力。当压力升高时能提高吸收过程的推动力，减少了气体的体积流量这样可以减 小吸收塔的塔径但是压力升高使得吸收剂的选择性降低同时也使吸收塔的造价提高。压力 降低时则与上述相反。所以在化工生产中应该从过程的经济性角度出发必须兼顾吸收以及 整个工艺的操作条件选择合适的操作压力。2吸收温度的选择。对于物理吸收，吸收温度低可使溶质的溶解度增大，减少溶剂用 量使吸收过程的推动力增大，降低吸收

8、塔的高度。缺点是低于常温的操作会增加操作的费 用。对于化学吸收，吸收温度升高可使化学反应速度加快。但不足之处在于会使传质的推 动力降低。所以根据上述影响吸收效果的因素在这次的毕业设计过程中我选择的操作压力 是常压操作温度是在25 C下。3液气比。根据操作线方程Y=L/V( X-X? ) +Y?，式中L/Y为塔内液气比其值反映的是单位气体处理量的吸收剂用量。在气体处理量 V相同的前提下若吸收剂用量增大表明吸收过程进行的推动力增大，对传质过程有利，但出塔液体中溶质的含量降低，若吸收剂需 再循环使用由于液体处理量大而使操作费用增大。若吸收剂用量 L减小则吸收操作的推动力减小，但液体出塔含量增大，若要

9、在单位时间内吸收同量的溶质吸收设备也要大一些。亠、吸收设备吸收设备按气一液相接触形态可分为：气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡反应 器、搅拌鼓泡反应器和板式反应器；液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反 应器（它们主要用于含尘气流的除尘，但在某些特定场合，也可用于处理气态污染物 ）：液体以膜状运动与气相进行接触的填料反应器和降膜反应器等。在工业生产中用于净化气态污染物的吸收设备主要是板式塔和填料塔。1、 吸收过程对吸收设备的一般要求对用于处理气态污染物的吸收设备，一般要求气液有效接触面积大，气液湍动程度高 （以利于提高吸收效率），设备的压力降损失小，结构简单，易于操作和维修，从而减少投 资

10、及操作费用。在这次毕业设计过程中我选择的吸收设备是填料塔。2、 填料塔的组成及各个部分的作用填料塔由液体分布器、液体再分布器、填料、填料支撑板、裙座、塔体这些部分组成。 液体分布器是填料塔中重要组成部分。它能将液体平均分布于填料层顶部。而液体再分布 器的作用是减少填料层中液体壁流，使液体在填料层中分布均匀。对分段装设的填料它对 下段填料将液体再分布。对于填料支撑板它能支撑填料及填料上的持液量。3、吸收塔中填料的作用种类及选型填料在填料塔中是必不可少的部分。它能增加气液两相的接触面积，并提高液体的湍 动程度以利于传质传热的进行。因此填料应能使气液接触面积增大传质系数提高。填料种 类很多通常可分为

11、两大类：一类是实体填料、包括拉西环鲍尔环阶梯环等环形填料，矩鞍 形弧鞍形等鞍形填料，栅形填料及波纹填料等。另一类是网体填料、包括鞍形网填料9网 环填料等。在这次毕业设计中我选择的是聚丙烯阶梯环填料。这是 20世纪70年代在鲍尔环填料的基础上发展起来的新型填料。阶梯环填料由于形状不对称的特点，在填料床层内 减少了填料环的相互重叠增大了空隙率同时使填料的表面得以充分利用，使压降降低传质 效率提高。而且塑料填料质轻价廉、具有良好的韧性耐冲击不易碎、耐酸碱等介质的腐蚀。 它可制成薄壁结构多用于吸收解吸萃取除尘装置中。填料用于工业生产以来填料的结构型 式有了重大的改进，特别是近三十来发展更快，到目前为止

12、各种型式各种规格填料已有数 百种之多。而且填料也在不断的改进以期更加适应工业生产比如近些年才出现的多角螺旋 填料、半环填料、高流环填料等。但总的来看填料的发展方向为：增加填料的通过能力， 以适应工业生产的需要，改善流体的分布与接触以提高分离效率并解决由实验室向工厂生 产的放大问题。三、吸收过程中的气液流动方向吸收过程还可按气液流动的方向分为并流和逆流操作。在相同的进出口组成条件下 ，逆流吸收流程具有较大的平均传质推动力，可以实现多个理论级操作，气体净化的程度较 高,工业上常用的较多，而并流吸收流程只有一个理论级操作 ，气体净化程度不是很高，但 可以避免塔的液泛现象，一般用于快速化学反应的吸收操

13、作。而我这次毕业设计使用水吸 收SO,属于中等溶解度的吸收过程，所以为提高传质效率选用逆流吸收过程。四、基础性数据的计算1、液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由实用化学手册 查得，25C时有关物性数据如下：密度为 几=997.08 kg/m 3粘度为 jl = 0 . 8937cp = 3.2 kg/ (m- h)表面张力为二 L = 71.97dyn/ cm = 932731.2 kg/h 2SO?在水中的扩散系数为Dl -1.77 10cm2/s=：6.37 10”m2/h2、气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为M vm 八可 Mi =0.04 X 64

14、+ 0.96 X 29=30.4混合气体的平均密度为混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查实用化学手册得空气的粘度为 Dv= 1.83 10 *Pa S =0.066 kg/(m h)查实用化学手册SO?在空气中的扩散系数为% = 0.108cm2/s = 0.039 m2 /h3、气液相平衡数据由化工手册查得，常压下 25C时SO?在水中的亨利系数为:E= 0.408 X 10? KPa相平衡常数为E m=P4亠408 10 = 40.28101.3溶解度系数为P. 997 08 3H = 8=0.0136 kmol/(kpa m3)EMS 0.408 104 18五、吸收塔的物料衡算进塔气

15、相摩尔比为出塔气相摩尔比为丫2 =丫1 (1 - a) =0.0417 (1 - 0.96) =0.001668进塔惰性气相流量为3200 273V (1-0.04) =125.64 kmol/h22.4 273 +25该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算即对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2 =0丄 丿0417 -0.001668 =38.67V min 0.0417/40.28 -0取操作液气比为-1.4 38.67 =54.14VL =54.1处 125.64 = 6802.15kmd/LV(Y1 -丫2)二 L(X1 -X2)w 125.64 汉(0.041

16、7 0.001668)门X1 0.000746802.15六、吸收塔的工艺尺寸的计算1、塔径计算采用埃克特通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为WV =3200 1.243 =3977.6 kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即Wl =6802.15 18 =122438.7 kg/h埃克特通用关联图的横坐标为122438.7 r-3977.6 、WlWV v0.5= 1.087图5-21得1.243997.08查化工原理课程设计第140页沖 F.10.2 =0.02f -170m J液相为水其液体密度校正系数，=1 , 25C时水的粘度-0.8937 mPas卄 J- 09997.0

17、802 =0.973 m/sV .170 1 1.243 0.8937取 u = 0.7u f = 0.7 0.973 = 0.681 rn/s由 d-4Vs 二 4 3200/3600 .1.289 mV 兀u V 3.14 汉 0.681圆整塔径取D =1.4m泛点率校核3200/3600 门 c ,u 2 =0.58 m/s0.785 1.42- 058 100 % = 59.61 %uF 0.973填料规格校核D 140036.84 8 d 38液体喷淋密度校核取最小润湿速率为(L w)min =0.08 m3/m h查化工原理课程设计第219页附录五得at =132.5 m2 / m

18、3U min = (L w)min at = 0.08 132.5 =10.6 m3 / m2 * h122438.7/9 97.080.785 1.422、填料层高度的计算Y二 mX1 =40.28 0.00074 =0.0298Y2 二 mX 2 =0吸脱因数为：mv 40.28 125.64S 0.744L 6802.15气相总传质单元数为：Nog =丄(1 _S)Y1 _丫2 +sOG 1-S 丫2-丫2 一1 0 0417 0 11 In (1 -0.744) - 0.744 =7.6811 -0.744 L 0.001668 -0匚 c =33 dyn/cm 二 427680 kg

19、/h 2 1200时，喷淋点密度为42点/m2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为120点/m2。布液点数为n -0.785 1.42 120 =184.6点:185点按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设十一 道，在槽侧面开孔，槽宽度为 80mm槽高度为210mm两槽中心矩为120mm分布点采用 三角形排列，实际设计布点数为 n=176点，布液点示意图如下所示：3、布液计算由 Ls =尹n . 2g. H取=0.60 H = 160mmd04Ls= 0.0154 22438.7/997.08 汉 3600 (3.14 x 1760.6 汉 J2X9.81

20、x 0.16 丿设计取d0 =14mm九、吸收剂输送泵的选型1、填料塔高度的计算经计算得填料塔填料层高度为 6m且对于阶梯环填料最小分段高度 hmax = 11.2m大于填料层高度故填料层不需要分段。根据经验公式塔高 H =(1.2 1.3)Z取 H =1.2Z贝U H =1.2 6 = 7.2m设计取填料塔高度H=8m2、泵的扬程计算经计算得填料塔高度为8m根据伯努力方程式H扬程=f+ZJPg 2g 丿 d (Pg 勿 丿 s可以得到泵的扬程。为简便计算根据经验公式 H扬程=(1.21.3)H取H扬程=1.2H则H 扬程=1.2 8 = 9.6m3、泵的选择因为设计中液相的流量为121172

21、.22即121.53 m3/h输送流量大且是以清水为吸收剂， 流体黏度小所以工业上通常选用离心泵中的清水泵。设计中要求液相流量为 121.53 m3/h扬程为9.6m。查化工原理第388页附录22得知需选择4B15A型离心泵。该泵性能参 数为：流量72n3/h，扬程11m功率2.87KW效率0.75。因一台泵不能满足输送任务要 求，所以需用两台相同的泵并联操作以满足要求。十、设计数据汇总25 C时清水的密度Pl997. 08kg/m3填料层咼度Z6m25 C时清水的黏度卩l0. 8937cp填料层的压力降AP706. 32 pa25 r时清水的表 面张力b L71. 97dyn/cm液体分布器

22、布液 点数n185点混合气体平均分子量Mvm30. 4液体分布器槽宽 度80mm混合气体平均密度Pvm1. 243 kg/m 3液体分布器槽咼 度210mm混合气体黏度出1.8310Pa *S液体分布器的孔径d。15mmSO在空气中的扩散系数Dv0. 108cn2/s填料塔高度8m25 r时SO在水中 的亨利系数E40.408 x 10 Pa离心泵扬程H11m相平衡常数m40. 28离心泵的流量Q72rm/h溶解度系数H0. 0136kmol/kpa m3离心泵的功率N2. 87kw最小液气比1 lV 丿min38. 27离心泵的效率口0. 75操作液气比-V53. 28出塔吸收剂中溶质的摩尔比Xi0. 00074填料塔的塔径D1. 4m十、毕业设计心得体会通过这次毕业设计锻炼了我综合运用在大学期间学习到的知识的能力，使我充分的体 会到了书本上学到的知识在生产当中的用途。在毕业设计的过程中也使我对以前学到的知 识进行了温习加深了对这些知识在我脑海中的印象。也增添了我对于将知识运用在将来的 工作的信心。当然人无完人没有十全十美的事在这次毕业设计中难免会有些错误望各位老 师给予指正以便我能完善我的毕业设计。