水吸收二氧化硫填料塔.doc

1、第 1 页化工原理课程设计设计名称 水吸收 SO2-空气混合气填料塔的设计学 院 能源与环境学院 班 级 环境 131 学 号 201301144120 姓 名 高鹏垒 指导教师 石凤娟 2016 年 1 月 22 日 第 2 页化工原理课程设计任务书一、设计题目水吸收 SO2-空气混合气填料塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用 20的清水吸收 SO2-空气混合气中的 SO2。已知入口空气中含 SO2的摩尔分率为 0.05，操作压力为101.3KPa,相对湿度为 70%。要求 SO2的回收率为 96%。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的 1.5 倍。二、设计操作条件（1）入塔炉气流量：1

2、200（1800）+n*10=1400 hm/3（说明: n 为学号尾数后两位）（2）常压 101.3KPa。（3）操作温度 20。三、填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。四、工作日每年 300 天，每天 24h 连续运行。五、厂址河南省周口市。六、设计内容（1）填料塔的物料衡算；（2）填料塔的工艺尺寸计算；（3）填料层压降的计算；（4）液体分布器简要设计；（5）填料塔接管尺寸计算；（6）绘制生产工艺流程图（A2 号图纸）（7）绘制填料塔装配图（A1 号图纸）（8）对设计过程的评述和有关问题的讨论。第 3 页摘要：介绍了吸收技术的基本知识；叙述了水吸收 SO2 的设计方案和流程；根据操

3、作条件设计出符合要求的填料塔，包括塔设备的工艺尺寸计算、填料选择及辅助设备的选型和计算。关键字：课程设计 SO2 吸收 填料塔第 4 页目录一、前言 .11、吸收技术概况 .12、吸收在工业生产中的应用 .23、吸收设备 .2二、设计方案 .31、吸收剂的选择 .32、吸收流程的选择 .42.1 气体吸收过程分类 .42.2 吸收装置的流程 .53、吸收塔设备及填料的选择 .63.1 吸收塔设备 .63.2 填料的选择 .64、吸收剂再生方法的选择 .75、操作参数的选择 .85.1 操作温度的确定 .85.2 操作压力的确定 .8三、吸收塔工艺条件的计算 .91、基础物性数据 .91.1 液

4、相物性数据 .91.2 气相物性数据 .91.3 气液两相平衡时的数据 .92、物料衡算 .103、填料塔的工艺尺寸计算 .113.1 塔径的计算 .113.2 泛点率校核和填料规格 .123.3 液体喷淋密度校核 .124、填料层高度计算 .134.1 传质单元数的计算 .134.2 传质单元高度的计算 .134.3 填料层高度的计算 .155、填料塔附属高度的计算 .156、液体分布器的简要设计 .166.1 液体分布器的选型 .166.2 分布点密度及布液孔数的计算 .176.3 塔底液体保持管高度的计算 .187、其它附属塔内件的选择 .187.1 填料支撑板 .187.2 填料压紧装

5、置与床层限制板 .187.3 气体进出口装置与排液装置 .198、流体力学参数计算 .208.1 填料层压力降的计算 .20第 5 页9、吸收塔主要接管的尺寸计算 .219.1 液体进料接管 .219.2 气体进料接管 .219.3 吸收剂输送管路直径及流速计算 .22四、工艺设计计算结果汇总与主要符号说明 .231、填料塔工艺尺寸计算结果表： .232、流体力学参数计算结果汇总： .243、附属设备计算结果汇总： .254、所用 聚丙烯塑料阶梯环填料主要性能参数汇总： .258ND5、主要符号说明： .26五、课程设计总结 .29附录 .30附录（一） 水的物性数据表 .30附录（二） 塔径

6、与填料公称直径的比值 D/d 的推荐值 .30附录（三）贝恩（Bain）-霍根（Hougen）关联式中的 A、K 值 .31参考文献 .32第 0 页一、前言1、吸收技术概况化学工业中的废气二氧化硫主要来自化石燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸、磷肥等生产的工业废气。二氧化硫是化工生产中极为重要的生产原料，其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，必须进行净化回收，具经济价值的规模应充分回收利用，避免硫资源浪费和造成大气污染，危害人类生存发展。吸收是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的的单元操作。工业吸收操作是在吸收塔内进行的。

7、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 1。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。其操作示意图如下图所示：混合气体（AB）吸收剂S 吸收尾气（B微量的 A）吸收塔吸收液（AS ）第

8、 1 页2、吸收在工业生产中的应用） 、有用组分的回收：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。）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。）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。）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。3、吸收设备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。由于填料塔的基本特点是结构简单

9、，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐第 2 页蚀材料制造，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性，故填料塔的应用较为广泛。填料塔由外壳、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。二、填料塔设计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：溶解

10、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。 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。 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。 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。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

11、分压应迅速上升，则被吸收的气体解吸，吸收剂再生方便。 其它：无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性第 3 页质稳定、经济安全 1。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）吸收热效应显着（3）用低压蒸汽气提解吸（4）适于溶

12、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、吸收流程的选择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。 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。 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

13、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。 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。对于低浓度吸收过程，由于气相中溶质浓度较低，传递到液相中的溶质量相对于气、液相流率也较小，因此流经吸收塔的气、液相流率均可视为常数。 第 4 页等温吸收与非等温吸收: 气体溶质溶解于液体时，常由于溶解热或化学反应热，而产生热效应，热效应使液相的温度逐渐升高，这种吸收称为非等温吸收。若吸收过程的热效应很小，或虽然热效应较大，但吸

14、收设备的散热效果很好，能及时移出吸收过程所产生的热量，此时液相的温度变化并不显著，这种吸收称为等温吸收 6。 2.2 吸收装置的流程吸收装置的流程主要有以下几种。逆流操作 气相自塔底进入塔顶排出，液相自塔顶进入塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需要吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操

15、作易引起液泛。吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平蘅常数 m 植很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应予指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需要设置循环泵，操作费用增加。多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需要经常清理调料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需要留较大空间，输液、喷淋、支承板等辅助装置增加，使设备投资加大。串联并联混合操作 若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小（否则易引起塔的液泛） ，塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程。用水吸收二氧化硫属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，且二氧化硫不作为产品，故采用纯溶剂 7