化工原理課程設計---二氧化硫的填料塔吸收設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄1</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p><b>　　第1章 緒論5</b></p><p>　　1·1吸收技術概況5</p

2、><p>　　1·2 吸收設備的發(fā)展6</p><p>　　1.3吸收在工業(yè)生產中的應用7</p><p>　　第2章 設計方案7</p><p>　　2.1吸收劑的選擇7</p><p>　　2.2 吸收流程的選擇8</p><p>　　2.2.1 氣體吸收過程分類8<

3、;/p><p>　　2.2.2吸收裝置的流程9</p><p>　　2.3吸收塔設備及填料的選擇9</p><p>　　2.3.1 吸收塔設備9</p><p>　　2.3.2 填料的選擇10</p><p>　　2.4 吸收劑再生方法的選擇10</p><p>　　2.5 操作參數的選擇

4、11</p><p>　　第3章 吸收塔的工藝計算11</p><p>　　3.1 基礎物性數據11</p><p>　　3.1.1 液相物性數據11</p><p>　　3.1.2 氣相物性數據12</p><p>　　3.1.3氣液相平衡數據12</p><p>　　3.2物料衡

5、算12</p><p>　　3.3塔徑計算13</p><p>　　3.3.1 塔徑的計算13</p><p>　　3.3.2泛點率校核：14</p><p>　　3.3.4液體噴淋密度得校核：14</p><p>　　3.4 填料層高度的計算14</p><p>　　3.4.1

6、傳質單元數的計算14</p><p>　　3.4.2傳質單元高度的計算15</p><p>　　3.4.3填料層高度的計算16</p><p>　　3.5 填料塔附屬高度的計算17</p><p>　　3.6 液體分布器計算17</p><p>　　3.6.1液體分布器的選型18</p>&l

7、t;p>　　3.6.2布液孔數的計算18</p><p>　　3.6.3布液計算18</p><p>　　3.7 其他附屬塔內件的選擇18</p><p>　　3.7.1填料支承裝置的選擇18</p><p>　　3.7.2填料壓緊裝置19</p><p>　　3.7.3塔頂除霧器19</p&g

8、t;<p>　　3.8吸收塔的流體力學參數計算20</p><p>　　3.8．1 吸收塔的壓力降20</p><p>　　3.8.2 吸收塔的泛點率21</p><p>　　3.8.3 氣體動能因子21</p><p>　　3.9 附屬設備的計算與選擇21</p><p>　　3.9.1 離心

9、泵的選擇與計算21</p><p>　　3.9.2吸收塔主要接管尺寸選擇與計算22</p><p>　　工藝設計計算結果匯總與主要符號說明23</p><p>　　設計過程的評述和有關問題的討論26</p><p><b>　　主要參考文獻27</b></p><p><b>

10、　　結束語28</b></p><p>　　吸收操作系統(tǒng)的工藝流程圖29</p><p>　　吸收操作系統(tǒng)的設備條件圖30</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　氣體吸收過程是利用氣體混合物中，各組分在液體中溶解度或化學反應活性的差異，在氣液兩相接觸時發(fā)生傳質，實現氣液混合物的分

11、離。一般說來，完整的吸收過程應包括吸收和解吸兩部分。在化工生產過程中，原料氣的凈化，氣體產品的精制，治理有害氣體，保護環(huán)境等方面都廣泛應用到氣體吸收過程。填料塔由于其通量大，阻力小，壓降低，操作彈性大，塔內持液量小，填料易用耐腐蝕材料制造，結構簡單，分離效率高等優(yōu)點， 使得其在某些處理量大要求壓降小的分離過程中得到了廣泛的應用并作為主要設備之一，越來越受到青睞。</p><p>　　本設計任務是用20℃清水洗收錄

12、其中的。對于氣體的吸收應該采用氣液傳質設備填料塔，因為它具有較高的比表面積。用水吸收屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收流程。在此吸收過程中，操作溫度及操作壓力較低，選用塑料散裝填料。因塑料階梯環(huán)的綜合性能較好，所以選用DN8聚丙烯階梯環(huán)填料。梁型支承板的性能優(yōu)良，有利于氣液傳質，因此選用梁型支承板。因該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器。</p><p>　　關鍵詞:吸

13、收---- 填料塔-- 逆流 </p><p>　　Abstract Gas absorption process is the use of the gas mixture, each component in the solubility in liquid or chemical reactivity of the differences in the two-phase gas-liquid mass

14、transfer occurs when the contact, gas-liquid mixture to achieve separation. In general, the integrity of the process should include the absorption and desorption absorbing two parts. In the chemical production process, t

15、he raw material of gas purification, gas refined products, management of hazardous gases and prote</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1·1吸收技術概況</b></p><p

16、>　　利用混合氣體中各組分在同一種溶劑（吸收劑）中溶解度的不同分離氣體混合物的單元操作稱為吸收。吸收是分離氣體混合物最常見的單元操作之一。</p><p>　　工業(yè)吸收操作是在吸收塔內進行的。在吸收操作中，通常將混合氣體中能夠溶解于溶劑中的組分稱為溶質或吸收質，以A表示;而不溶或微溶的組分稱為載體或惰性氣體，以B表示；吸收所用的溶劑稱為吸收劑，以S表示；經吸收后得到的溶液稱為吸收液;被吸收后排出吸收塔的氣體

17、稱為吸收尾氣。吸收就是吸收質從氣相轉入液相的過程[1]。</p><p>　　吸收過程通常在吸收塔中進行。根據氣、液兩相的流動方向，分為逆流操作和并流操作兩類，工業(yè)生產中以逆流操作為主，吸收劑以塔頂加入自上向下流動，與從下向上流動的氣體接觸，吸收了吸收質的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。吸收塔操作示意圖如圖片2-1所示。</p><p>　　在工業(yè)生產中，除以制取溶液產品為目的的吸

18、收(如用水吸收HCl氣制取鹽酸等)之外，大都要將吸收液進行解吸，以便得到純凈的溶質或使吸收劑再生后循環(huán)使用。解吸也稱為脫吸，它是使溶質從吸收液中釋放出來的過程，解吸通常在解吸塔中進行。圖片2-2所示為洗油脫除煤氣中粗苯的流程簡圖。圖中虛線左側為吸收部分，在吸收塔中，苯系化合物蒸汽溶解于洗油中，吸收了粗苯的洗油(又稱富油)由吸收塔底排出，被吸收后的煤氣由吸收塔頂排出。圖中虛線右側為解吸部分，在解收塔中，粗苯由液相釋放出來，并為水蒸汽帶出，

19、經冷凝分層后即可獲得粗苯產品，解吸出粗苯的洗油(也稱為貧油)經冷卻后再送回吸收塔循環(huán)使用。</p><p>　　吸收塔設備是氣液接觸的傳質設備，一般可分為逐級接觸型和微分接觸型兩類。板式塔屬于逐級接觸型的氣液傳質設備，它是在塔體內按照一定距離設置許多塔盤，氣體以鼓泡或噴射的方式穿過塔盤上的液層。填料塔屬于微分接觸型氣液傳質設備，它是在塔體內裝有一定數量的填料，填料的作用是提供氣液間的傳質面積。在塔內液體沿填料表面

20、下流，形成一層薄膜，氣體沿填料空隙上升，在填料表面的液層與氣體的界面上進行傳質過程[2]。</p><p>　　1·2 吸收設備的發(fā)展</p><p>　　吸收操作主要在填料塔和板式塔中進行，幾種常用的吸收塔有填料塔、湍球塔、板式塔等。其中填料塔的應用較為廣泛。</p><p>　　填料塔的歷史較久，早在19世紀中期已開始用于生產，到20世紀初，人們以碎石

21、、短管段等為填料用來蒸餾原油，改進了原來的釜式蒸餾技術，促進了石油工業(yè)的發(fā)展。但由于當時對填料兩相的流動研究很少，塔的優(yōu)越性未能全部發(fā)揮，故不久就為泡罩塔所取代。后來隨著石油、酸堿、肥料、石油化工等工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對填料塔的實踐和認識才進一步不斷加深，制造了多種形式的填料；對填料塔的壓降和泛點得出了較為可靠的關聯式，為設計和操作提供了依據[3]。</p><p>　　填料塔，它由外殼、填料、填料支承、液體分布

22、器、中間支承和再分布器、氣體和液體進出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料，也可用塑料制造。</p><p>　　填料是填料塔的核心，它提供了塔內氣液兩相的接觸面，填料與塔的結構決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定的機械強度、密度小、價格低廉等。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀80年代后開發(fā)的新型填料如QH—1型扁環(huán)填料、八四內弧環(huán)、刺猬形

23、填料、金屬板狀填料、規(guī)整板波紋填料、格柵填料等，為先進的填料塔設計提供了基礎。</p><p>　　塔填料的研究與應用已獲得長足的發(fā)展，鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、萊佛厄派克環(huán)、金屬環(huán)矩鞍等的出現標志著散裝填料朝高通量、高效率、低阻力方向發(fā)展有新的突破。規(guī)整填料在工業(yè)裝置大型化和要求高分離效率的情況下，倍受重視，已成為塔填料的重要品種。其中金屬與塑料波紋板造價適中，抗污力強，操作性能好，并易于工業(yè)應用，可作為通用填料使用；柵

24、格填料對液體負荷和允許壓降要求苛刻的過程十分有利，并具有自凈機能，即使應用在污垢系統(tǒng)也能長期穩(wěn)定運轉；脈沖填料獨特的結構使之在大流量、大塔徑下也不會發(fā)生偏流，極易工業(yè)放大，從發(fā)展上看很有希望。</p><p>　　近年來，工程界對填料塔進行了大量的研究工作，主要集中在以下幾個方面：</p><p>　　開發(fā)多種形式、規(guī)格和材質的高效、低壓降、大流量的填料；</p><p

25、>　　與不同填料相匹配的塔內件結構；</p><p>　　填料層中液體的流動及分布規(guī)律；</p><p><b>　　蒸餾過程的模擬。</b></p><p>　　填料塔的基本特點是結構簡單，壓力降小，傳質效率高，便于采用耐腐蝕材料制造等。對于熱敏性及容易發(fā)泡的物料，更顯出其優(yōu)越性。過去，填料塔多推薦用于0.6～0.7m以下的塔徑。近年來

26、，隨著高效新型填料和其他性能內件的開發(fā)，以及人們對填料流體力學，放大效應及傳質機理的深入研究，使填料塔技術得到了迅速發(fā)展[4]。</p><p>　　1.3吸收在工業(yè)生產中的應用</p><p>　　氣體吸收在化工生產中的應用大致有以下幾種。 </p><p>　　制備液體產品 如用水吸收HCL制備鹽酸，用水吸收甲醛蒸汽制福爾馬林溶液等，都是吸收操作。</p

27、><p>　　凈化氣體或精制氣體 如用水脫除合成氨原料中的CO2，用丙酮脫除石油裂解氣中的乙炔等，其目的是出去氣體中的有害成分，便于氣體在工序中能順利進行。</p><p>　　回收有用物質 工藝尾氣中含有一些有價值的物質，，通過吸收可以為這些物質找到新的用途，做到物盡其用。</p><p>　　保護環(huán)境 在排放到大氣的工藝尾氣中可能含有對人或其他生物有害的物質，

28、比如硫的化合物、氨的化合物等。這些有害物質如果不除，將造成環(huán)境污染。通過吸收，可以在排放前除去這些有害物，做到達標排放[1]。</p><p><b>　　第2章 設計方案</b></p><p><b>　　2.1吸收劑的選擇</b></p><p>　　吸收操作的好壞在很大程度上取決于吸收劑的性質。選擇吸收劑時在，主

29、要考慮以下幾點：</p><p>　　(1) 溶解度大 吸收劑對溶質組分的溶解度越大，則傳質推動力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少，操作費用較低。 </p><p>　　(2) 選擇性好 吸收劑應對溶質組分有較大的溶解度，而對混合氣體中的其它組分溶解度甚微，否則不能實現有效的分離。 </p><p>　　(3) 揮發(fā)性好 在吸收過程中，吸收尾氣往往為吸

30、收劑蒸汽所飽和。故在操作溫度下，吸收劑的蒸汽壓要低，以減少吸收劑的損失量。 </p><p>　　(4) 粘度低 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內的流動阻力越小，擴散系數越大，這有助于傳質速率的提高。</p><p>　?。?）易再生 當富液不作為產品時，吸收劑要易再生，以降低操作費用。要求溶解度對溫度的變化比較敏感，即不僅在低溫下溶解度要大，平衡分壓要?。欢译S著溫度升高，溶解

31、度應迅速下降，平衡分壓應迅速上升，則被吸收的氣體解吸，吸收劑再生方便。 </p><p>　　(6) 其它 所選用的吸收劑應盡可能無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得，且化學性質穩(wěn)定、經濟安全[1]。</p><p>　　在實際生產中滿足所有要求的吸收劑是不存在的。應從滿足工藝要求出發(fā)，對可供選擇的吸收劑做全面的評價，作出科學、經濟、合理的選擇。</p>&

32、lt;p>　　綜上所述，考慮吸收劑的選用標準，在二氧化硫的吸收過程中，采用清水為吸收劑。</p><p>　　2.2 吸收流程的選擇</p><p>　　2.2.1 氣體吸收過程分類</p><p>　　氣體吸收過程通常按以下方法分類。 </p><p>　　(1) 單組分吸收與多組分吸收:　吸收過程按被吸收組分數目的不同，可分為單組分

33、吸收和多組分吸收。若混合氣體中只有一個組分進入液相，其余組分不溶（或微溶）于吸收劑，這種吸收過程稱為單組分吸收。反之，若在吸收過程中，混合氣中進入液相的氣體溶質不止一個，這樣的吸收稱為多組分吸收。 </p><p>　　(2) 物理吸收與化學吸收: 在吸收過程中，如果溶質與溶劑之間不發(fā)生顯著的化學反應，可以把吸收過程看成是氣體溶質單純地溶解于液相溶劑的物理過程，則稱為物理吸收。相反，如果在吸收過程中氣體溶質與溶

34、劑(或其中的活潑組分)發(fā)生顯著的化學反應，則稱為化學吸收。 </p><p>　　(3) 低濃度吸收與高濃度吸收: 在吸收過程中，若溶質在氣液兩相中的摩爾分率均較低（通常不超過0.1），這種吸收稱為低濃度吸收；反之，則稱為高濃度吸收。對于低濃度吸收過程，由于氣相中溶質濃度較低，傳遞到液相中的溶質量相對于氣、液相流率也較小，因此流經吸收塔的氣、液相流率均可視為常數。 </p><p>　　

35、(4) 等溫吸收與非等溫吸收: 氣體溶質溶解于液體時，常由于溶解熱或化學反應熱，而產生熱效應，熱效應使液相的溫度逐漸升高，這種吸收稱為非等溫吸收。若吸收過程的熱效應很小，或雖然熱效應較大，但吸收設備的散熱效果很好，能及時移出吸收過程所產生的熱量，此時液相的溫度變化并不顯著，這種吸收稱為等溫吸收[6]。 </p><p>　　2.2.2吸收裝置的流程</p><p>　　吸收裝置的流程主要

36、有以下幾種。</p><p>　?。?）逆流操作 氣相自塔底進入塔頂排出，液相自塔頂進入塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點是，傳質平均推動力大，傳質速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產中多采用逆流操作。</p><p>　?。?）并流操作 氣液兩相均從塔頂流向塔底，此即并流操作。并流操作的特點是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產能力。并流操作通常用于以下情況：當吸收

37、過程的平衡曲線較平坦時，流向對推動力影響不大；易溶氣體的吸收或處理的氣體不需要吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。</p><p>　?。?）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充的新鮮吸收劑一同送回塔內，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以下情況：當吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度；對于非等溫吸收過程，為控制塔內的溫升，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相

38、平蘅常數m植很小的情況，通過吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。應予指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動力要低，且需要設置循環(huán)泵，操作費用增加。</p><p>　?。?）多塔串聯操作 若設計的填料層高度過大，或由于所處理物料等原因需要經常清理調料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個串聯的塔內，每個吸收塔通過的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯操作。此種操作因塔內需要留較大空間，輸液、噴淋、支承板等

39、輔助裝置增加，使設備投資加大。</p><p>　?。?）串聯—并聯混合操作 若吸收過程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內的噴淋密度過大，操作氣速勢必很?。ǚ駝t易引起塔的液泛），塔的生產能力很低。實際生產中可采用氣相作串聯、液相作并聯的混合流程。</p><p>　　用水吸收二氧化硫屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且二氧化硫不作為產品

40、，故采用純溶劑[7]</p><p>　　2.3吸收塔設備及填料的選擇</p><p>　　2.3.1 吸收塔設備</p><p>　　對于吸收過程，塔設備有多種，如何選擇合適的類型是進行工業(yè)設計的首要工作。而進行這一項工作則主要對吸收過程進行充分的研究后，并經過多方案對比方能得到較滿意的結果。一般而言，吸收用塔設備與精餾過程所需要的塔設備具有相同的原則要求，即用較

41、小直徑的塔設備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質性能，具有合適的操作彈性，結構簡單，造價低，易于制造、安裝、操作和維修等。</p><p>　　但作為吸收過程，一般具有操作液氣比大的特點，因而更適用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過程節(jié)能，所以對于吸收過程來說，以采用填料塔居多。但在液體流率很低難以充分潤濕填料，或塔徑過大，使用填料不很經濟的情況下，以采用板式塔為宜。</p&

42、gt;<p>　　本設計過程采用填料塔作為吸收設備[8]。</p><p>　　2.3.2 填料的選擇</p><p>　　塔填料是填料塔中氣液接觸的基本構件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設計的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　在選擇塔填料時應考慮如下幾個問題：</p><p>　　（1）

43、比表面積要大 比表面積a是指單位體積的填料層所具有的表面積，大的比表面積和良好的潤濕性能有利于傳質速率的提高。</p><p>　　（2）空隙率大 空隙率ε是指單位體積的填料所具有的空隙體積，填料的空隙率大，氣液通過的能力大，氣體流動的阻力小，填料的空隙率一般在0.45-0.95范圍。</p><p>　　（3）堆積密度小 堆積密度ρ是指單位體積填料的質量，在機械強度允許的條件下，

44、填料壁要盡量減薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。</p><p>　?。?）填料的幾何形狀 填料的幾何形狀對填料的流體力學和傳質性能有著重要的影響。</p><p>　?。?）填料的材質 工業(yè)上，填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類，不同的材質適應于不同的操作條件[9]。</p><p>　　該流程的操作壓力及溫度較低，工業(yè)上通常選用塑料

45、散裝填料，在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用DN38聚丙烯階梯環(huán)填料。</p><p>　　階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個錐形翻邊。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料表面由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利于傳質效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑

46、爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。</p><p><b>　　其主要性能參數為：</b></p><p>　　比表面積 =132.5m</p><p>　　孔隙率 =0.91</p><p>　　形狀修正系數

47、 =1.45</p><p>　　填料因子 =170m</p><p><b>　　A=0.204</b></p><p>　　2.4 吸收劑再生方法的選擇</p><p>　　使溶解于液相中的氣體釋放出來的操作稱為解吸。其操作方法通常是使富液與惰性氣體或

48、蒸汽逆流接觸，富液自解吸塔頂引入，在其下流過程中與來自塔底的惰性氣體或蒸汽相遇，吸收質逐漸從溶液中釋放出來，在塔頂得到吸收質與惰性氣體或蒸汽的混合物，在塔底得到較純凈的吸收劑。在本設計操作中，規(guī)定吸收二氧化硫后的水，經富液泵送入再生塔頂，用燃料氣進行氣提解吸操作，解吸后的水經貧油泵，送回吸收塔，循環(huán)使用，氣提氣則進入燃料處理系統(tǒng)[9]。</p><p>　　2.5 操作參數的選擇</p><p

49、>　　吸收過程的操作參數主要包括吸收（或再生）壓力、吸收（或再生）溫度以及吸收因子（或解吸因子）。這些條件的選擇應充分考慮前后工序的工藝參數，從整個過程的安全性、可靠性、經濟性出發(fā)，利用過程的模擬計算，經過多方案對比優(yōu)化得出過程參數。</p><p><b>　　操作壓力選擇</b></p><p>　　本任務中已經給出是常壓操作，所以不需要再對其進行考慮。&l

50、t;/p><p><b>　　操作溫度選擇</b></p><p>　　本任務中已經給出操作溫度是20℃</p><p>　　吸收因子和解吸因子選擇</p><p>　　吸收因子和解吸因子是一個關聯了氣體處理量，吸收劑用量以及氣液平衡常數的綜合過程參數。吸收因子和解吸因子的取值大小對過程的經濟性影響很大，選用大的吸收因子，則

51、過程的設備費用降低而吸收劑用量或循環(huán)量加大，操作費用升高。若吸收因子較小，則過程推動力減小，塔必然很高。在設計上，兩者的數值應該以過程的總費用最低為目標函數進行設計后確定[10]。</p><p>　　根據公式m=E/p；A=；所以；</p><p>　　第3章 吸收塔的工藝計算</p><p>　　3.1 基礎物性數據</p><p>　　

52、3.1.1 液相物性數據</p><p>　　對低濃度吸收過程，溶液的物性數據可近似取水的物性數據。由手冊查得，20℃時水的有關物性數據如下：</p><p><b>　　密度</b></p><p><b>　　黏度</b></p><p><b>　　表面張力為</b>&l

53、t;/p><p>　　SO2在水中的擴散系數為</p><p>　　3.1.2 氣相物性數據</p><p>　　混合氣體的平均摩爾質量為</p><p><b>　　混合氣體的密度為</b></p><p>　　混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查手冊得20℃空氣的黏度為</p>&

54、lt;p>　　查手冊得SO2在空氣中的擴散系數為</p><p>　　3.1.3氣液相平衡數據</p><p>　　由手冊查得，常壓下20℃時SO2在水中的亨利系數為</p><p><b>　　相平衡常數為</b></p><p><b>　　溶解度系數為</b></p>&l

55、t;p><b>　　3.2物料衡算</b></p><p><b>　　進塔氣相摩爾比為</b></p><p><b>　　出塔氣相摩爾比 </b></p><p><b>　　進塔惰性氣相流量 </b></p><p>　　最小液氣比

56、</p><p><b>　　液氣比 </b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　3.3

57、塔徑計算</b></p><p>　　3.3.1 塔徑的計算</p><p>　　采用Eckert關聯圖計算泛點氣速</p><p><b>　　氣相質量流量為</b></p><p><b>　　液相質量流量為</b></p><p>　　Eckert關聯圖得

58、橫坐標為</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　圓整塔徑，取</b></p><p>　　3.3.2泛點率校核：</p><p>　　3.3.3填料規(guī)格校核：</p><p>　　3.3.4液體噴淋密度得校核：</p><p&

59、gt;　　填料表面的潤濕狀況是傳質的基礎，為保持良好的傳質性能，每種填料應維持一定的液體潤濕速率（或噴淋密度）。</p><p>　　依Morris等推薦，d<75mm的環(huán)形及其它填料的最小潤濕速率（）min為</p><p>　　最小噴淋密度

60、

61、 </p><p

62、><b>　　噴淋密度</b></p><p>　　經以上校核可知，填料塔直徑選用合理。</p><p>　　3.4 填料層高度的計算</p><p>　　3.4.1 傳質單元數的計算</p><p><b>　　脫吸因數 </b></p><p>　　氣相總傳質單元

63、數 NOG</p><p>　　3.4.2傳質單元高度的計算</p><p>　　氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯式計算：</p><p><b>　　又</b></p><p><b>　　液體質量通量</b></p><p><b>　　氣膜吸收系數 &

64、lt;/b></p><p>　　又氣體質量通量 </p><p><b>　　液膜吸收系數</b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　查表5-4得 </b></p><p><b>　　

65、則 </b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　由 </b></p><p>　　3.4.3填料層高度的計算</p><p><b>　　由</

66、b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　設計取填料層高度為</b></p><p>　　查表5-16，對于階梯環(huán)填料，建議分段高度得條件為</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　計算得填料

67、層高度為，故不需分段。</p><p>　　3.5 填料塔附屬高度的計算</p><p>　　塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器所需的空間高度，塔的底部空間高度等。</p><p>　　塔的上部空間高度是為使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來而留取的高度，可取1.2m（包括除沫器高度）。設塔定液相停留時間為10s，則塔釜液所占空間高度為</

68、p><p>　　考慮到氣相接管的空間高度，底部空間高度取為0.5米，那么塔的附屬空間高度可以取為1.7。吸收塔的總高度為7.3.</p><p>　　3.6 液體分布器計算</p><p>　　液體分布器可分為初始分布器和再分布器，初始分布器設置于填料塔內，用于將塔頂液體均勻的分布在填料表面上，初始分布器的好壞對填料塔效率影響很大，分布器的設計不當，液體預分布不均，填料

69、層的有效濕面積減小而偏流現象和溝流現象增加，即使填料性能再好也很難得到滿意的分離效果。因而液體分布器的設計十分重要。特別對于大直徑低填料層的填料塔，特別需要性能良好的液體分布器。</p><p>　　液體分布器的性能主要由分布器的布液點密度（即單位面積上的布液點數），各布液點均勻性，各布液點上液相組成的均勻性決定，設計液體分布器主要是決定這些參數的結構尺寸。對液體分布器的選型和設計，一般要求：液體分布要均勻；自由

70、截面率要大；操作彈性大；不易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調整水平。</p><p>　　液體分布器的種類較多，有多種不同的分類方法，一般多以液體流動的推動</p><p>　　力或按結構形式分。若按流動推動力可分為重力式和壓力式，若按結構形式可分為多孔型和溢流型。其中，多孔型液體分布器又可分為：蓮蓬式噴灑器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和雙

71、排管式多孔型分布器等。溢流型液體分布器又可分為：溢流盤式液體分布器和溢流槽式液體分布器。</p><p>　　根據本吸收的要求和物系的性質可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數應應依所用填料所需的質量分布要求決定，噴淋點密度應遵循填料的效率越所需的噴淋點密度越大這一規(guī)律[11]。</p><p>　　3.6.1液體分布器的選型</p><p>　　該吸收塔液相負荷較

72、大，而氣相負荷相對較小，故選用槽式液體分布器。</p><p>　　3.6.2布液孔數的計算</p><p>　　按Eckert建議值，時，噴淋點密度為42點，因該塔液相負荷較大，設計取噴淋點密度為120點</p><p><b>　　布液點數為</b></p><p><b>　　點</b><

73、;/p><p>　　按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為：二級槽共七道，在槽側面開孔，槽寬度為80，槽高度為210，兩槽中心距為160。分布點采用三角形排列，實際設計布點數點。</p><p><b>　　3.6.3布液計算</b></p><p><b>　　由</b></p><p

74、><b>　　取</b></p><p><b>　　設計取</b></p><p>　　3.7 其他附屬塔內件的選擇</p><p>　　3.7.1填料支承裝置的選擇</p><p>　　填料支承裝置的作用是支承填料以及填料層內液體的重量，同時保證氣液兩</p><p&g

75、t;　　相順利通過。支承若設計不當，填料塔的液泛可能首先發(fā)生在支承板上。為使氣體能順利通過，對于普通填料塔，支承件上的流體通過的自由截面積為填料面的50%以上，且應大于填料的空隙率。此外，應考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設計時應取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產生攔液現象。增加壓強降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承裝置本身對塔內氣液的流動狀態(tài)也會產生影響，因此作為填料支承裝置，除考慮其對流體流動的影

76、響外，一般情況下填料支承裝置應滿足如下要求：</p><p>　?。?） 足夠的強度和剛度，以支持填料及所持液體的重量（持液量），并考慮填料空隙中的持液量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動，機械震動，溫度波動等因素。</p><p>　　足夠的開孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撐處發(fā)生液泛；為使氣體能順利通過，對于普通填料塔，支承件上的流體通過的自由截面積為填料面的50%以上，且應

77、大于填料的空隙率。此外，應考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設計時應取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產生攔液現象。增加壓強降，降低效率，甚至形成液泛[12]。</p><p>　　結構上應有利于氣液相的均勻分布，同時不至于產生較大的阻力（一般阻力不大于20Pa）；</p><p>　　結構簡單，便于加工制造安裝和維修。</p><p>　

78、　要有一定的耐腐蝕性。</p><p>　　因梁型氣體噴射式支承板可提供超過90%的自由截面，保證氣體通量大，阻力小，故選用梁型噴射式支承板。</p><p>　　支持板外徑1116，分塊數4，支承圈寬度50，支承圈厚度10，近似重量400.</p><p>　　3.7.2填料壓緊裝置</p><p>　　為保證填料塔在工作狀態(tài)下填料床能夠穩(wěn)

79、定，防止高氣相負荷或負荷突然變動時填料層發(fā)生松動，破壞填料層結構，甚至造成填料損失，必須在填料層頂部設置填料限定裝置。填料限定可分為類：一類是將放置于填料上端，僅靠自身重力將填料壓緊的填料限定裝置，稱為填料壓板；一類是將填料限定在塔壁上，稱為床層限定板。填料壓板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料發(fā)生移動撞擊，造成填料破碎。床層限定板多用于金屬和塑料填料，以防止由于填料層膨脹，改變其開始堆積狀態(tài)而造成的流體分布不均勻的現象。一般要求壓板和限制板

80、自由截面分率大于70%[5]。</p><p>　　本任務由于使用聚丙烯填料，故選用床層限定板。</p><p>　　3.7.3塔頂除霧器</p><p>　　由于氣體在塔頂離開填料塔時，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液相，經常需要在頂設置除沫器。常用的除沫器有以下幾種：折流板式除沫器，它是一種利用慣性使液滴得以分離的裝置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器，由幾

81、塊固定的旋流板片組成，氣體通過時，產生旋轉運動，造成一個離心力場，液滴在離心力作用下，向塔壁運動實現了氣液分離。適用于大塔徑凈化要求高的場合。絲網除沫器，它由金屬絲卷成高度為100-150的盤狀使用。安裝方式多種多樣，氣體通過除霧沫器的壓強降約為120-250Kp，絲網除沫器的直徑由氣體通過絲網的最大氣速決定[14]。</p><p>　　根據本吸收特點及要求，本吸收操作選用金屬絲網除沫器。</p>

82、<p>　　絲網除霧器的設計計算如下:</p><p><b>　　直徑</b></p><p>　　3.8吸收塔的流體力學參數計算</p><p>　　3.8．1 吸收塔的壓力降</p><p>　　氣體通過填料塔的壓強降，對填料塔影響較大。如果氣體通過填料塔的壓強降大，則操作過程的消耗動力大，特別是負壓操

83、作更是如此，這將增加塔的操作費用。氣體通過填料塔的壓力降主要包括氣體進入填料的進口及出口壓力降，液體分布器及再分布器的壓力降，填料支撐及壓緊裝置壓力降以及除沫器壓力降等。</p><p>　?。?）填料層壓降的計算 </p><p>　　可以利用Eckert通用關聯圖計算壓強降；</p><p><b>　　橫坐標為</b

84、></p><p>　　又查表5-18得， </p><p><b>　　縱坐標</b></p><p><b>　　查圖5-18得</b></p><p><b>　　填料層壓降為</b></p><p>　?。?）氣體進出口壓力降</p&

85、gt;<p><b>　　氣體出口壓降</b></p><p>　　取接管內徑250mm </p><p><b>　　則進口壓降為 </b></p><p><b>　　出口壓降 </b></p><p>　　（3）其它塔內件的壓力降較小，

86、在此可忽略</p><p><b>　　所以總壓為</b></p><p>　　3.8.2 吸收塔的泛點率</p><p>　　泛點率校核 （允許范圍內）</p><p>　　3.8.3 氣體動能因子</p><p>　　吸收塔內氣體動能因子為</p><p>　　氣體動

87、能因子在常用的范圍內。</p><p>　　3.9 附屬設備的計算與選擇</p><p>　　3.9.1 離心泵的選擇與計算</p><p>　　取液體流速為 u=2.0m/s</p><p>　　據根管材規(guī)范，該直徑d應該選熱軋無縫鋼管，內徑為125</p><p><b>　　實際流速</b>

88、</p><p><b>　　原料泵的選擇</b></p><p><b>　　壓頭</b></p><p><b>　　又 </b></p><p><b>　?。ㄍ牧鳎?lt;/b></p><p><b>　　取管壁

89、絕對粗糙度</b></p><p><b>　　由圖查知</b></p><p>　　選2個彎頭 ，2個截止閥全開。</p><p><b>　　流量</b></p><p>　　由于本設計中吸收劑使用的是水，因而，采用清水泵（可用于輸送各種工業(yè)用水以及物理性質、化學性質類似于水的其他液

90、體）既簡單又使用。通過計算可知，吸收塔所要求的壓頭不是很高，所以采用普通的單級單吸式即可，本設計中選用的型號為IS125-100-200,其具體參數如下：</p><p>　　3.9.2吸收塔主要接管尺寸選擇與計算</p><p><b>　　氣體管路直徑：</b></p><p>　　氣體進入塔內的流速一般為10~18m/s，常壓塔氣體進出口

91、管速度可取10~20m/s,高壓塔氣速低于此值。為了防止突然擴大引起的壓頭損失，所以取氣體流速為u=18m/s。</p><p>　　據根管材規(guī)范，取管徑為：內徑為250</p><p><b>　　實際流速</b></p><p><b>　?。?）液體進口裝置</b></p><p>　　對于直

92、徑1.5以下的塔，管口末端可制成向下的喇叭形擴大口，防止淋下的液體進入管內，同時還要使氣體分散均勻。</p><p><b>　?。?）氣體出口裝置</b></p><p>　　氣體的出口裝置，要求既能保證氣體暢通又要盡量除去被夾帶的液沫，在氣體出口前加裝除液沫擋板。當氣體夾帶較多霧滴時，需另裝除沫器</p><p><b>　?。?

93、）液體管路直徑</b></p><p><b>　　取液體流速</b></p><p>　　據根管材規(guī)范，取管徑為：其內徑為125。</p><p><b>　?。?）液體進口裝置</b></p><p>　　液體進口管應直接通向噴淋裝置，可選用直管。</p><p&

94、gt;<b>　　液體出口裝置</b></p><p>　　為了便于塔內液體排放，保證塔內有一定液封裝置高度而設計，并能防止氣體短路。</p><p>　　工藝設計計算結果匯總與主要符號說明</p><p>　　吸收塔的吸收劑用量計算總表 表-1</p><p>　　塔設備計算總表 表-2

95、</p><p>　　填料計算總表 表-3</p><p>　　主要符號說明 表-4</p><p>　　設計過程的評述和有關問題的討論</p><p>　　對吸收單元的操作型設計與計算，在工業(yè)生產中起著非常重要的作用，要求也很嚴格，設計合理與實用性好是必須的。</p>

96、<p>　　為使化工生產更加便捷，操作費用低廉，有些工藝材質需要加以改進，如塔填料。同時也要注意相關附屬設備的選擇，如選泵，要從多方面考慮，管道的直徑，管中流速，流量等。</p><p>　　任務的完成過程是艱辛的，也是快樂的。艱辛是由于缺少這方面的知識和經驗，從一開始的不知所措，到現在數據的基本完成，一路走來是坎坎坷坷?？鞓肥且驗樵谶@次設計中，我得到了同學的無限幫助和鼓舞，并且學到了知識，增加了實

97、踐經驗。為了能更好的完成本次課程設計，需要查閱大量的文字資料，這需要有翻閱文獻的能力。所以，在平時我們要盡力開拓自己的知識面。更重要的是，我明白了理論和實踐之間的差別，對我來說，它們之間的距離太大了。因此在設計過程中也出現了不少問題，有設備的選擇上的，也有軟件應用方面的。出現問題時，同學們給了我很大的幫助，也非常感謝老師給我們一個鍛煉自己的機會！</p><p>　　讓我困惑的一個問題是，輸送氣體時，要用到鼓風機

98、，那鼓風機的計算和選擇還用體現在電子版上嗎？</p><p>　　在以后的學習中，我會更加注重理論與實踐的結合，做到能用所學知識解決一些實際問題，并且爭取實踐機會。</p><p><b>　　主要參考文獻</b></p><p>　　【1】冷士良 陸清 宋志軒主編《化工單元操作及設備》，化學工業(yè)出版社</p><p&g

99、t;　　【2】朱孝欽主編《過程裝備基礎》，化學工業(yè)出版社</p><p>　　【3】黃英主編《化工過程設計》，化學工業(yè)出版社</p><p>　　【4】鄭津洋 董其伍 桑芝富主編《過程設備設計》，化學工業(yè)出版社</p><p>　　【5】《化工設計全書》編輯委員會.金國淼等編.《吸收設備》化學工業(yè)出版社；</p><p>　　【6】柴誠敬

100、，劉國維，李阿娜，化工原理課程設計，天津，天津科學技術出版社，1995</p><p>　　【7】國外氣液傳質設備的一些發(fā)展趨勢，化工進展，1994，（1）：22-28【8】化工設備技術全書編輯委員會.化工設備全書——塔設備設計.上海：上?？茖W技術出版社1998【9】《化工設計全書》編輯委員會.金國淼等編.《吸收設備》化學工業(yè)出版社</p><p>　　【10】[德]萊恩哈特 畢力特編

101、，《填料塔》，北京，化學工業(yè)出版社，1998年5月39頁，39</p><p>　　【11】陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋編，《化工原理》上冊，北京，化學工業(yè)出版社，2004年5月</p><p>　　【12】鄭曉梅.化工制圖，化工出版社，2002</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　哈哈，課

102、程設計終于竣工了！這是發(fā)自內心的笑聲，也包含了很多的艱辛很淚水！</p><p>　　剛開始看到這個設計題目時，老師給我們講了一下設計中的一些過程，但自己腦袋里幾乎是一片空白，不知道如何下手。向周圍的同學詢問她們的見解，大家的反應好像都一樣——茫然！同學們在一起討論，應該怎么做？我們先是反復閱讀設計任務，然后查看課本，去辦公室問老師，經過這些步驟后，頭腦里漸漸有了設計過程的一個輪廓，盡管不是太清楚，但已經知道具體

103、應該做些什么。</p><p>　　在以后的日子里，我的生活就是上完課，和同學就去圖書館查資料，去機房或是網吧完成文字部分的輸入。但是在計算過程中，出現了不少問題。在選擇數據時，因為沒有經驗，費了好多時間，計算完成后發(fā)現不合理，這時就得回到原點，再從新選擇，再計算。說實話，出現這種情況很氣人，后悔選擇了原來不合適的數據，有一種“走錯一步，全盤皆輸”的感覺。這時候就用一句“人生豪邁，大不了從頭再來”來激勵自己！當其

104、他同學也有同樣的感覺時，用這句話也很管用。它幾乎成了激勵我們繼續(xù)走下去滅火劑。遇到問題時，我們不再煩躁，而是靜下心來，想出解決問題的方法。我是體會最深的一個，因為就在我計算問題完成后，接近大功告成時，我的U盤丟了！這事要是在放在以前，我肯定會抱怨，會煩躁不安，那是自己的多大心血?。〗洑v了那么多后，我的心漸漸的平靜下來，連同學都懷疑我為什么能那么淡定。當我找完它所有可能純在的地方后，就決定再重新做一份，對我來說，這是最好的補救方法。<