水吸收二氧化硫填料吸收塔设计说明书课程设计(编辑修改稿)

水吸收二氧化硫填料吸收塔设计说明书课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。 （ 5） 金属环矩鞍填料如图片金属换环聚鞍填料所示，环矩鞍填料（国外称为 Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。 环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装填料 中应用较多。 2．规整填料 规整填料是由许多相同尺寸和形状的材料组成的填料单元，以整砌的方式装填在塔体中。 规整填料主要包括板波纹填料、丝网波纹填料、格利希格栅、脉冲填料等，其中尤以板波纹填料和丝网波纹填料所用材料主要有金属丝网和塑料丝网。 （ 1） 格栅填料 (Space grid filler)是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。 工业上应用最早的格栅填料为如图片 312（ a）所示的木格栅填料。 目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等，其中以图片 312（ b）所示的格里 奇格栅填料最具代表性。 格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。 （ 2） 波纹填料 (Ripples filler)目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有 30176。 和 45176。 两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。 各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错 90176。 排列。 波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。 金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。 金属丝网波纹填料的压降低，分离效 率很高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。 尽管其造价高，但因其性能优良仍得到了广泛的应用。 （ d）所示，金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。 该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm 左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。 波纹板片上轧成细小沟吉林化工学院化工原理课程设计 10 纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。 金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。 （ 3） 金属压延孔板波纹填料 (The metals presses to postpone the bore plank ripples filler)是另一种有代表性的板波纹填料。 它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为 ～ 小刺孔。 其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价格便宜，应用较为广泛。 波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大（常用的有 12 150、 250、 350、500、 700 等几种）。 波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸 、清理困难，造价高。 （ 4）脉冲填料 (Pulse filler)是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一种规整填料，如图片 312（ e）所示。 脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动。 在缩颈段，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质。 在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。 流道收缩、扩大的交替重复，实现了“ 脉冲 ” 传质过程。 脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。 因其优良的液体分布性能使放大效应减少，故特别适用于大塔径的场合。 工业上 常用规整填料的特性参数可参阅有关手册 ]2[。 由于该过程处理量不大，所以所用的塔直径不会太大，以采用填料塔较为适宜，所以采用38ND 聚丙烯塑料阶梯环填料。 其主要性能参数为 ]2[ ： 比表面积 a = 孔隙率  = 形状修正系数  = 填料因子 F =170m1 A= 临界张力 33C cmdyn/ 吸收剂再生方 法的选择 依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方案，工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生、加热再生及气提再生等。 A. 减压再生（闪蒸） 吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。 在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得融入吸收剂中的溶质得以再生。 该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需要在真空条件下进行，则过程可能不够经济 B. 加热再生 加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。 吸收了大量溶质后的吸收剂进 入再生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。 由于再生温度必须高于吸收温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。 一般采用水蒸气作为加热介质，加热方法可依据具体情况采吉林化工学院化工原理课程设计 11 用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热。 操作参数的选择 操作温度的确定 对于物理吸收而言 ,降低操作温度 ,对吸收有利 .但低于环境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的 ,所以一般情况下 ,取常温吸收较为有利 .对于特殊条件的吸 收操作方可采用低于或高于环境的温度操作 . 对于化学吸收 ,操作温度应根据化学反应的性质而定 ,既要考虑温度对化学反应速度常数的影响 ,也要考虑对化学平衡的影响 ,使吸收反应具有适宜的反应速度 . 对于再生操作 ,较高的操作温度可以降低溶质的溶解度 ,因而有利于吸收剂的再生 . 而对本设计而言，由吸收过程的气液关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度，即低温有利于吸收，但操作温度的低限应有吸收系统的具体情况决定。 依据本次设计要求，操作温度定为 20℃。 操作压力的确定 操作压力的选择根据具体情况的不同分为三种： 对于 物理吸收 ,加压操作一方面有利于提高吸收过程的传质推动力而提高过程的传质速率 ,另一方面 ,也可以减小气体的体积流率 ,减小吸收塔径 .所以操作十分有利 .但工程上 ,专门为吸收操作而为气体加压 ,从过程的经济性角度看是不合理的 ,因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下 ,一般是以前道工序的压力作为吸收单元的操作压力 . 对于化学吸收 ,若过程由质量传递过程控制 ,则提高操作压力有利 ,若为化学反应过程控制 ,则操作压力对过程的影响不大 ,可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压力 ,但加大吸收压力依然可以减小气相的体积 流率 ,对减小塔径仍然是有利的 . 对于减压再生 (闪蒸 )操作 ,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定 ,逐次或一次从吸收压力减至再生操作压力 ,逐次闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果 . 本设计中由吸收过程的气液平衡可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加压有利于吸收。 但随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加，综合考虑，采用常压。 吉林化工学院化工原理课程设计 12 第三章 吸收塔工艺条件的计算 基础物性数据 液相物性数据 对于低浓度的吸收过程，溶液的物性数据可以近似取纯水 的物性数据 20℃时水的有关物性数据如下 ]3[ ： 密度ρ L=(kg/m3) 粘度μ L=()=() 表面张力δ L=(dyn/cm)=941803(kg/h2) SO2在水中的扩散系数 DL= 105(㎝ 2/s)= 106(m2/h) 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 Mvm = + 29= 混 合气体的平均密度为 （ kg/m3） 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的 20 C176。 空气的粘度为  hmkgsPa //0 6 )( 5G   (m h) 2SO 在空气中的扩散系数为  hmscmD /)/( 224G   m2/s)= (m2/h) 气液两相平衡时的数据 常压下 20℃ 2SO 在水中的亨利系数为 ]2[ aKPE  相平衡常数为 3  pEm 溶解度系数为  33 /01 8 mk pak m olEMHsL   物料衡算 因为公式 GB（ Y1Y2） =Ls(X1X2)无论是低浓度吸收还是高浓度吸收均适用，故物料衡算利用此  )/(2 5 7 33 1 0 1 3G mkg 吉林化工学院化工原理课程设计 13 式 ]4[。 （以下计算过程分别以 G和 L表示 GB 和 Ls） 进塔气相摩尔比为 05 111  yyY 出塔气相摩尔比为 0 0 2 6 )(0 5 2 )1(12  AYY  进塔惰性气相流量为 2 5 0 0 2 7 3 ( 1 0 . 0 5 ) 9 8 . 7 9 ( / )2 2 . 4 2 7 3 2 0G k m o l h    该吸收过程属于低浓度吸收，平衡曲线可近似为直线，最小液气比可按下式计算，即 2121m in / XmYYYGL  对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 02X  GL 取操作液气比 )( m in  GLGL 93 L= = (kmol/h) )()( 2121 XXLYYG  )()( 211  L YYGX + X2=()/ +0 = 填料塔的工艺尺寸计算 塔径的计算 采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速 ]4[。 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 吉林化工学院化工原理课程设计 14 LW = =气相质量流量为 GW =2500 =3195kg/h Eckert 通用关联图的横坐标为 9 9 )9 9 8 . 21 . 2 7 8(3 1 9 58 8 8 8 5 . 0 9)( LG GLWW 查 Eckert 通用关联图得（附录四）， 2 0 .2 0 .0 2 1GFFLLu g    式中： Fu ：泛点气速 m/s g：重力加速度 G ， L ：气相，液相密度 kg/m3 L ：液体粘度 mPa s 1F m：试验填料因子， ；水密度与液体密度之比: （此处为 1） 本次设计选用的是塑料阶梯环类型填料。 查表 511，其填料因子 1170  mF 泛点气速： smguLGFLF /9 4 5 0 7 7 0 9 2 2     对于散装填料，泛点率的经验值为 ~ Fuu  ，泛点率的选择，对于加压操作，选择较高的泛点率，减压操作选择较低的泛点率，此处取  Fuu sm/ muGD S 3 6 00/2 5 0044   ∴圆整塔径 D取 mm1200。 泛点率校核和填料规格 吉林化工学院化工原理课程设计 15 泛点率校核 smu / 3600/2500 2   %% Fuu (在允许范围内 ) 填料规格校核 阶梯环的径比要求： dD 8 有 dD 即符合要求 ]4[ 液体喷淋密度校核 取最小润湿速率为：    hmmL w  / 3m in 查《化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）》附录五得 32 /.5132 mma     hmmaLU w  23m i nm i n /. 3 m i n2 . 27 8 9 8/ 8 8 8 5 UU  故满足最小喷淋密度的要求 . 经以上校核可知，填料塔直径选用 D=1200mm 合理 填料层高度计算 传质单元数的计算 0 3 5 0 0 1 * 11  mXY 0* 22  mXY 解吸因数为  LmGS 气相总传质单元数为 吉林化工学院化工原理课程设计 16 ]7 0 1 0 2 6 00 5 2 )7 0 1 n [ (7 0 1 1]**)1l n [ (1 1 22 21  SYY YYSSN OG 传质单元高度的计算 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 ]4[ })()()()(。