吸收塔設(shè)計(jì)工藝

1、引言在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個(gè)組分加以分離，其主要目的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理，或除去工業(yè)放空尾氣中的有害成分，以免污染空氣。吸收操作是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度不同而達(dá)到分離的目的。大氣是人類賴以生存的最基本的環(huán)境要素，它不僅通過(guò)自身運(yùn)動(dòng)進(jìn)行熱量，動(dòng)量和水資源分布的調(diào)節(jié)過(guò)程，給人類創(chuàng)造了一個(gè)適宜的生活環(huán)境，并且阻擋過(guò)量的紫外線照射地球表面，有效地保護(hù)人類和地球上的生物。但是，隨著人類生產(chǎn)活動(dòng)和社會(huì)活動(dòng)的增加，特別是自工業(yè)革命以來(lái)，由于大量燃料的燃燒，工業(yè)廢氣和汽

2、車尾氣的排放，使大氣環(huán)境質(zhì)量日趨惡化。煤炭是我國(guó)的最主要的能源，并且近期內(nèi)不會(huì)有根本性的變化。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)決定了我國(guó)的大氣污染是屬于煤煙型污染，主要污染物是粉塵，二氧化硫和氮氧化合物。此外一氧化硫，二氧化碳和少量的氟化物與氯化物?！?3】填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。 填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣

3、液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小

4、時(shí)不能有效地潤(rùn)濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。精選文庫(kù)根據(jù)其特點(diǎn)我們因此選擇填料吸收塔為本次設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)備。用吸收劑水來(lái)除去丙酮。-2精選文庫(kù)1 吸收流程1.1 幾種流程的比較 【3】逆流操作 氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是，傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。并流操作 氣液兩相均從塔頂流向塔底，此即并流操作。并流操作的特點(diǎn)是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常用于以下情況：當(dāng)吸收過(guò)程的平衡曲線

5、較平坦時(shí)，流向?qū)ν苿?dòng)力影響不大；易溶氣體的吸收或處理的氣體不需吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。吸收劑部分再循環(huán)操作 在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排出液體的一部分冷卻后與補(bǔ)充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以下情況：當(dāng)吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度；對(duì)于非等溫吸收過(guò)程，為控制塔內(nèi)的溫升，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平衡常數(shù) m 值很小的情況，通過(guò)吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。 應(yīng)予指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動(dòng)力要低，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用增加。多塔串聯(lián)操作 若設(shè)計(jì)的填料層高度過(guò)大，或由于所處理的物料等原因需

6、經(jīng)常清理填料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個(gè)串聯(lián)的塔內(nèi)，每個(gè)吸收塔通過(guò)的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作。此種操作因塔內(nèi)需留較大空間，輸液、噴淋、支撐板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。串聯(lián) - 并聯(lián)混合操作 若吸收過(guò)程處理的液量很大 ,如果用通常的流程 ,則液體在塔內(nèi)的噴淋密度過(guò)大 ,操作氣速勢(shì)必很小 (否則易引起塔的液泛 ),塔的生產(chǎn)能力很低 .實(shí)際生產(chǎn)中可采用氣相做串聯(lián)、液相做并聯(lián)的混合流程；若吸收過(guò)程處理的液量不大而氣相流量很大時(shí)，可采用液相做串聯(lián)、氣相做并聯(lián)的混合過(guò)程。1.2 吸收流程的確定由設(shè)計(jì)書(shū)的要求可知，吸收過(guò)程平衡曲線較為平緩，且為提高分離效率及吸收劑的利用率，減少設(shè)備

7、投資，本次設(shè)計(jì)采用逆流串聯(lián)操作吸收過(guò)程。-3精選文庫(kù)2 填料的選擇本次設(shè)計(jì)我選擇鮑爾患填料，鮑爾環(huán)填料是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得。其結(jié)構(gòu)為在拉西環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，被切開(kāi)的環(huán)壁側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開(kāi)孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻?！刻沾商盍暇哂辛己玫哪透g性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的常見(jiàn)的各種無(wú)機(jī)酸，有機(jī)的腐蝕，對(duì)強(qiáng)堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料，陶瓷填料價(jià)格便宜，具有很好的表面潤(rùn)濕性能。工業(yè)上，主要用于氣體吸收，氣體洗滌，液體萃取等過(guò)程?！?】規(guī)格（直徑×比表面積空隙率填料

8、因子堆積密度高×厚） /mm2·m-3-1L W/a/m/ m3m-3/mkg3mm3m h40×20×3.02580.7753205480.12-4精選文庫(kù)3 吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 液相與物相物性數(shù)據(jù)計(jì)算液相物性數(shù)據(jù)25時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)4 如下：密度為： L=1000kg/m3【 3】【 3】粘度為： L =0.8937 Pas ·將填料塔分為兩個(gè)塔，即每個(gè)塔的生產(chǎn)能力約為2500m3 /h氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：M =yiM i =0.040 ×58.0780.960 ×28.02=29.222混合氣體

9、的平均密度：P M= 101.329.222 =1.195 kg/m2=RT8.3142983.2 設(shè)計(jì)特性數(shù)據(jù)計(jì)算根據(jù)丙酮 -水系統(tǒng)平衡數(shù)據(jù)（ 25）x00 0010 00200030004000500060 0070008y*（ ×101464416681693481205179479490403）2141200.070.060.05*）Y 0.04（率0.03分爾摩0.02相0.01氣0.00-0.010.0000.0050.0100.0150.0200.025液相摩爾分率（X）由上圖得X 1* =0.01428-5精選文庫(kù)進(jìn)塔氣相摩爾比為：Y 1=y1【1】0.040=0.0

10、417=10.0401y1出塔氣相摩爾比為：Y 2=y2【1】0.0008=0.0008=11y20.0008水吸收丙酮為純吸收劑吸收過(guò)程，則x2=0所以X=02最小液 -氣比為： ( L )min= Y13Y20.04170.00082.864GX1X 20.01428 03.3吸收劑用量計(jì)算進(jìn)塔氣相流量為： G= 2500273(1 0.040) =98.154kmol/h22.4298取適宜的液 -氣比為： L =1.3(L )min 【1】 = 1.1 2.864=3.150×GG吸收劑用量為： L= L ×G=3.15098.154=309.224kmol/hG3

11、.4泛點(diǎn)氣速計(jì)算氣相質(zhì)量流量： wV=qv× =2500×1.195=2987.5 kg/h液相質(zhì)量流量 : w L=L×M H2O =309.224 ×18.02=5572.2kg/h圖 1 的橫坐標(biāo)為： wL (V )0.5 = 5572.2(1.195) 0.5 =0.0645wVL2987.510002根據(jù)圖 1,由所求得的橫坐標(biāo)查得縱坐標(biāo)pV0.2gL=0.15L圖 1-6精選文庫(kù)根據(jù)所求得的縱坐標(biāo)得出泛點(diǎn)氣速0.15gL0.159.811000=3.112 m/sUF=0.2 =130 1 1.195 0.89370.2FVL3.5 塔徑及壓

12、力降計(jì)算3.5.1 塔徑計(jì)算【 】根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取空塔氣速F 2=0.6 3.112 =1.867m/su = 0.6u氣體體積流量 Vs=2500m3/h=2500/3600m3/s=0.694 m3/s64 0.6944VS=0.68 m/s塔徑 D=u3.141.867圓整塔徑，取 D = 0.7m4222 =0.785D=0.785 ×0.7 = 0.385m3.5.2 空塔氣速Vs2 =0.694=1.80m/su =20.785 D0.785 0.7氣體壓力降由空塔氣速求得圖1 的縱坐標(biāo)為u 2PV0.21.802 1301 1.1950.2gL9.8110000.89370.

13、0503L3.6 填料層高度-7精選文庫(kù)全塔物料衡算12123G(y-y )=L(x-x )1G y1y2x2=98.154(0.04 0.0008)則 x =L0 0.0124309.224x1X 1= 10.0124x2=0 得 X 2=00.01261x10.070.060.05*）Y0.04（10.0124率 0.03分爾摩0.02相氣0.010.00-0.010.0000.0050.0100.0150.0200.025液相摩爾分率（X）由圖 2 得,Y1* =0.0323Y2* =0Y1* 10.04170.0323 0.0094Y1 Y1Y2Y2Y2* 10.000800.0008

14、YmY1Y2 10.00940.00080.00349lnY1ln 0.0094Y20.0008N OGY1Y210.04170.0008Ym0.0034911.72G181.795H OG0.393mK Y a2650.785Z111.720.3934.25mHOGNOG3.7 塔高計(jì)算由經(jīng)驗(yàn)公式得塔高 H=1.2Z+H d+Hb4 =1.2 ×4.25+1.1+1.4=7.6m 設(shè)計(jì)時(shí)塔高為 8m-8精選文庫(kù)3.8 校核填料塔中幾何定數(shù)的指標(biāo)校核D0.7滿足塔徑與填料公稱直徑比值的推薦植錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。14d p0.050D210d p錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 填料層的高

15、度和塔徑之比Z4.25D6.070.7錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 填料層高度 Z=4.25 滿足 Z<6m 液體在向下流動(dòng)的過(guò)程中會(huì)max集中 ,所以將 填料層分為 1 層。噴淋密度校驗(yàn)3由于所選的鮑爾環(huán)直徑為50mm<75mm，所以取最小潤(rùn)濕速率為 (L W)min=0.08 m（/m·h）5查附錄五 3 得： at= 110 m2/m35325最小噴淋密度Umin= (LWL·h)min ×a =0.08 ×110=8.8 m /(mwL5572.25.572 m34液體噴淋量 L h=1000hL噴淋密度的驗(yàn)算 U=Lh=5.57232&

16、#183;h) Umin0.785D 20.7850.7214.473m /( m經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=700 mm 合理3.8.3 壓降的校核圖 1 計(jì)算填料層壓降橫坐標(biāo)為：wL(V)0.5=5572.21.1950.50.0645wV2987.5()L1000縱坐標(biāo)為u2PV0.21.80213011.1950 .20.0503gL9.8110000.8937L填料層壓降為P=400Pa泛點(diǎn)的校核u=Vs/=0.694/0.385=1.80u/uf=1.80/3.112=0.578-9精選文庫(kù)4 附屬設(shè)備的選擇4.1 填料支承裝置：支承板的作用是支承塔內(nèi)的填料。 對(duì)于散裝填料，

17、通常選用孔管型或駝峰型支承裝置。設(shè)計(jì)中，為防止在填料塔支承軸裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生液泛，要求填料支承裝置的自由截面積應(yīng)大于 75%，防止發(fā)生液泛?！?1】 本次設(shè)計(jì)我選擇孔管型支承裝置。如圖所示：4.2 填料壓緊裝置：為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)或跳動(dòng)， 需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置，對(duì)于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其于壓緊柵板固定，我選擇壓緊網(wǎng)板，為防止在填料壓緊裝置處壓【2】降過(guò)大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于70%。4.3 液體分布裝置：我選擇管式分布器， 管式分布器由不同結(jié)構(gòu)形式的開(kāi)孔管制成，

18、其突出的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，共氣體流過(guò)的自由截面大，阻力小。它多用于中等以下液體負(fù)荷的填料塔中。我設(shè)計(jì)的塔直徑是 700mm，所以用管式分布器。 【 24.4 液體再分布裝置：我選擇槽盤式液體分布器。它兼有集液、分液及分氣三種的功能，結(jié)構(gòu)緊湊，氣體分布均勻，阻力較小，是優(yōu)良的液體收集及再分布裝置。 【1 】如圖所示：-10精選文庫(kù)5 設(shè)計(jì)結(jié)果列表吸收塔類型逆流串聯(lián)填料類型瓷質(zhì)鮑爾環(huán)支承裝置孔管型型支承裝置分布裝置管式分布器混合氣體處理量5000m3/h物料名稱含丙酮體積比 4.0%其余為氮?dú)獾幕旌蠚怏w操作壓力， KPa101.3操作溫度，25密度， kg/m31.195流量， kg/h5572.2塔徑， mm700填料層高度 ， m4.25每層填料層的壓力降 Pa400操作液氣比 kmol/h3.150-11精選文庫(kù)設(shè)計(jì)結(jié)果的討論和說(shuō)明本設(shè)計(jì)的任務(wù)是用水吸收丙酮的填料吸收塔的設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：要求處理量為5000m3 /h。若采用單塔操作其處理量過(guò)大，所以考慮分塔操作。塔過(guò)多會(huì)加大費(fèi)用造成經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)過(guò)計(jì)算分為2 個(gè)塔較為合理。在未采用分層操作時(shí)，填料層高度與塔徑之比過(guò)小，會(huì)