水吸收二氧化硫填料吸收塔设计说明书完整版 - 图文

吉林化工学院

化工原理 课 程 设 计

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题目 处理量为2500m/h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 化学工程与工艺0804班 学生姓名 学生学号 08110430 指导教师 徐洪军

2010 年 12 月 15 日

化工原理课程设计任务书

一．设计题目

处理量为2500m/h水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计 二．原始数据及条件

生产能力：年处理空气—二氧化硫混合气2.3万吨（开工率300天／年）。 3

原料：二氧化硫含量为5%（摩尔分率，下同）的常温气体。 分离要求：塔顶二氧化硫含量不高于0.26% 。 塔底二氧化硫含量不低于0.1% 。 建厂地址：河南省永城市。 三．设计要求

（一）编制一份设计说明书，主要内容包括: 1. 摘要；

2. 流程的确定和说明（附流程简图）； 3. 生产条件的确定和说明； 4. 吸收塔的设计计算； 5. 附属设备的选型和计算； 6. 设计结果列表；

7. 设计结果的讨论和说明； 8. 主要符号说明；

9. 注明参考和使用过的文献资料； 10. 结束语

(二) 绘制一个带控制点的工艺流程图。 （三） 绘制吸收塔的工艺条件图[1]。

四．设计日期： 2010 年 11 月 22 日 至 2010 年 12 月

15 日

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目录

摘要.……………………………………………………………………………………..……………………...…IV 第一章 绪论……………………………………………………………………………………….……………1

1.1 吸收技术概况…………………………………………………………………………………….……..1 1.2 吸收设备发展……………………………………………………………………………………...……1 1.3 吸收在工业生产中的应用………………………………………….……………………………...…3

第二章 吸收塔的设计方案…………………………………………………...…………………….……4

2.1 吸收剂的选择………………………………………………………..…………………………….……4 2.2 吸收流程选择…………………………………………………………….…….…………………….…5 2.2.1 吸收工艺流程的确定………………………………………………..…………………………5 2.2.2 吸收工艺流程图及工艺过程说明……………………..…………………………………….6 2.3 吸收塔设备及填料的选择……………………………………………………………………………7 2.3.1 吸收塔设备的选择……………………………………………………...………………………7 2.3.2 填料的选择………………………………………………………………………….………..…..8 2.4 吸收剂再生方法的选择…………………………………………………………………….….…….10 2.5 操作参数的选择………………………………………………………………………………….……11 2.5.1 操作温度的确定…………………………………………………….………………………….11 2.5.2 操作压强的确定………………………………………………….………………………….…11

第三章 吸收塔工艺条件的计算…………………………………………………………………..….12

3.1 基础物性数据………………………………………………………………………………………….12 3.1.1 液相物性数据…………………………………………………………………………………..12 3.1.2 气相物性数据………………………………………………………………………………..…12 3.1.3 气液两相平衡时的数据…………………………………………...………………………….12 3.2 物料衡算………………………………………………………………………………………………..12 3.3 填料塔的工艺尺寸计算…………………………………………………………………….………..13

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3.3.1 塔径的计算…………………………………………………………………………….………..13 3.3.2 泛点率校核和填料规格………………………………………………………………...…….14 3.3.3 液体喷淋密度校核……………………………………………………...……………………..15 3.4 填料层高度计算………………………………………………………...………………………....…..15 3.4.1 传质单元数的计算……………………………………………….……..……………………..15 3.4.2 传质单元高度的计算…………………………….…...………………..……………………...16 3.4.3 填料层高度的计算………………………………….……………………………………..…..17 3.5 填料塔附属高度的计算……………………………….….……………………………………..…..18 3.6 液体分布器的简要设计……………………………………………………………………………..18 3.6.1 液体分布器的选型………………………………………...…………………………………..18 3.6.2 分布点密度及布液孔数的计算………………………………………………………….….19 3.6.3 塔底液体保持管高度的计算………………………………………………………………..20 3.7 其他附属塔内件的选择……………………………………………………………………………..21 3.7.1 填料支撑板……………………………………………………………………………….…….21 3.7.2 填料压紧装置与床层限制板……………………………………………………………..…21 3.7.3 气体进出口装置与排液装置……………………………………………………………..…21 3.8 流体力学参数计算………………………………………………………………………………...…22 3.8.1 填料层压力降的计算……………………………………………..…………………………..22 3.8.2 泛点率…………………………………………………………………………………………...23 3.8.3 气体动能因子…………………………………………………………………………………..23 3.9 附属设备的计算与选择………………………………………………………………………..……23 3.9.1 吸收塔主要接管的尺寸计算…………………………………..……………………….……23 3.9.2 离心泵的计算与选择……………………………………………..………………………..…24

工艺设计计算结果汇总与主要符号说明…………………………………...............................……26 设计方案讨论…………………………………………………………………………………………..………31 附录（计算程序及有关图表）…………………………………………………………………………32

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参考文献……………………………………………………………………………………….……..…………..34 结束语………………………………………………………………………………….……………………….…35 带控制点的工艺流程图………………………………………………………………………………..…..36 设备条件图…………………………………………………………………………………………………...…37 化工原理课程设计教师评分表………………………………………………………………………….38

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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0.4～0.5mm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125、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3-12（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DN38聚丙烯塑料阶梯环填料。其主要性能参数为[2]： 比表面积 a=132.5m2 孔隙率 ?=0.91 形状修正系数 ?=1.45 填料因子 ?F=170m?1 A=0.204

临界张力 ?C?33dyn/cm

2.4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

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用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热。 2.5 操作参数的选择 2.5.1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℃。 2.5.2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101.325kPa。

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第三章 吸收塔工艺条件的计算

3.1基础物性数据

3.1.1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ρL=998.2(kg/m3)

粘度μL=0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h)

表面张力δL=72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)

SO2在水中的扩散系数DL=1.47×10-5(㎝2/s)=5.29×10-6(m2/h)

3.1.2气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为

Mvm =0.05×64.06+0.95×29=30.75 混合气体的平均密度为

101.3?30.753?G??1.1.278257(kg/m)3） （kg/m8.314??273?20?

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20 C°空气的粘度为

??G?1.81?10?5(Pa?s)?0.065kg/?m·/hh) (m

SO2在空气中的扩散系数为

2222DG?0.108?10?4( mcm/s)=0.039 (m/s)?0.039m/h) /h?3.1.3气液两相平衡时的数据

常压下20℃SO2在水中的亨利系数为[2]

E?3.55?103KPa

相平衡常数为

E3.55?103m???35.04

p101.325溶解度系数为

H??LEMs?998.23 ?0.0156kmol/kpa?m33.55?10?18.02??

3.2物料衡算

因为公式GB（Y1-Y2）=Ls(X1-X2)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

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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

Y1?y10.05??0.0526 1?y11?0.05出塔气相摩尔比为

Y2?Y1(1??A)?0.0526?(1?0.95)?0.00263

进塔惰性气相流量为

2500273G??(1?0.05)?98.79(kmol/h)

22.4273?20

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

Y1?Y2?L?? ???G?minY1/m?X2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为

X2?0

0.0526?0.00263?L??33.29 ????G?min0.0526/35.04?0取操作液气比

LL?1.5()min?1.5?33.29?49?93 93GGL=49.93×98.79=4932.58 (kmol/h)

G(Y1?Y2)?L(X1?X2)

G(Y1?Y2)101.02?(0.0526?0.00265) + X2=98.79(0.0526-0.00263)/4932.58 +0 =0.0010 ??0.001 L5044.94X1?

3.3填料塔的工艺尺寸计算

3.3.1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

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WL=4932.58×18.02=88885.09kg/h

气相质量流量为

WG=2500×1.278=3195kg/h

Eckert通用关联图的横坐标为

WL?G0.588885.091.2780.5()??()?0.995WG?L3195998.2 查Eckert通用关联图得（附录四），

uF2?F??G0.2???0.021 g?LL式中：uF：泛点气速 m/s

g：重力加速度 9.81m/s2

?G，?L：气相，液相密度 kg/m3 ?L：液体粘度 mPa·s ?F：试验填料因子，m?1

?: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5-11，其填料因子?F?170m?1 泛点气速：

uF?0.021g?L?F??G?L0.2?0.021?9.81?998.2?0.9458m/s

170?1?1.278?1.0040.2u?0.5~0.85对于散装填料，泛点率的经验值为uF，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u?0.8uF?0.8?0.9458?0.757m/s

D?4GS??u4?2500/3600?1.169m

3.14?0.757∴圆整塔径D取1200mm。

3.3.2泛点率校核和填料规格

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sk9f.html