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制药化工课程设计概述- 34 -2020年5月29日文档仅供参考齐 齐 哈 尔 大 学化工原理课程设计题 目 水吸收二氧化硫填料吸收塔设计 学 院 化学与化学工程学院 专业班级 制药工程学生姓名 指导教师 成 绩 年 月 日 摘 要气体吸收过程是利用气体混合物中,各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异,在气液两相接触时发生传质,实现气液混合物的分离。一般说来,完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中,原料气的净化,气体产品的精制,治理有害气体,保护环境等方面都广泛应用到气体吸收过程。填料塔由于其通量大,阻力小,压降低,操作弹性大,塔内持液量小,填料易用耐腐蚀材料制造,结构简单,分离效率高等优点,使得其在某些处理量大要求压降小的分离过程中得到了广泛的应用并作为主要设备之一,越来越受到青睐。本设计任务是用20清水洗收录其中的二氧化硫。对于气体的吸收应该采用气液传质设备填料塔,因为它具有较高的比表面积。在此吸收过程中,操作温度及操作压力较低,选用塑料散装填料。因塑料阶梯环的综合性能较好,因此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。梁型支承板的性能优良,有利于气液传质,因此选用梁型支承板。因该吸收塔液相负荷较大,而气相负荷相对较低,故选用槽式液体分布器。关键词:吸收;填料塔;水;二氧化硫AbstractGas absorption process is the use of the gas each component in the solubility in liquid or chemical reaction of the differences in the two-phase gas-liquid mass transfer occurs when the contact, gas-liquid mixture to achieve separation. In general, the integrity of the process should include the absorption and desorption two parts. In the chemical production process, the raw material of gas purification, gas refined products, management of hazardous gases and protect the environment are widely used in the process of absorbing the gas. Packed column because of its large flux, small resistance, the pressure to reduce operating flexibility, the tower holding a small amount of fluid, easy-to-use filler material corrosion-resistant, simple structure, high efficiency separation, making its deal with some of the large volume of requests The small drop in the process of separation is widely used as one of the major equipment, more and more popular. The present task is to design with 20 of water to wash ones record. The gas should be used to absorb the gas-liquid mass transfer equipment packed column, as it has a high surface area. In the absorption process, the operating temperature and low pressure operation, the selection of bulk plastic filler. Plastic ring ladder as a result of the comprehensive performance is better, so choose DN38 polypropylene packing ring ladder. The excellent performance of beam type plate,in favor of gas-liquid mass transfer, the choice of beam-board support. The liquid tower as a result of a greater load, and the gas load is relatively low, the selection of trough liquid distributor. Key words:Absorption; Packed tower; Water; Sulfur dioxide 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 吸收技术的概况11.2 吸收设备的发展11.3 吸收在工业生产中的应用2第2章 设计方案的选择32.1 吸收流程的选择32.1.1 吸收工艺流程的确定32.2 吸收塔的设备及填料的选择42.2.1 吸收塔的设备选择42.2.2 填料的选择42.3 操作参数的选择62.3.1 操作压力的选择62.3.2 操作温度的选择72.3.3 吸收因子的选择72.4 吸收剂的选择7第3章 吸收塔的工艺计算93.1 基础物性数据93.1.1 液相物性数据93.1.2 气相物性数据93.1.3 气液相平衡数据93.1.4 物料衡算103.2 填料塔的工艺尺寸的计算103.2.1 塔径的计算103.2.2 泛点率校核123.2.3 填料规格核算123.2.4 液体喷淋密度校核123.3 填料层高度计算133.3.1 传质单元数的计算133.3.2 传质单元高度的计算133.3.3 填料层高度的计算153.3.4 填料塔附属高度计算163.4 接管尺寸的计算173.4.1 液体进出口管径173.4.2 气体进出口管径173.5 总压降的计算173.5.1 填料层压降计算173.5.2 气体进出管压降183.5.3 总压降193.6 液体分布器的选择193.7 辅助设备的选型203.7.1 填料支承板203.7.2 除沫器21结果汇总表22设计总结23参考文献24致 谢25第1章 绪论1.1 吸收技术的概况在化学工业中,经常需将气体混合物中的个各组分加以分离。气体的吸收是用适当的液体吸收剂与气体混合物接触,吸收器气体混合物中一个或几个组分,使其中的各组分得以分离的一种操作。在化工生产中有着重要的应用,它主要用于原料气的净化、有用组分的回收。制取气体的溶液作为成品,以及废气的治理等方面,因此吸收操作是一种重要的分离方法,在化学工业中应用相当普遍。吸收操作利用气体混合物各组分在某种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。气体吸收是物质自气相到液相的转移,这是一种传质过程。混合气体中某一组分能否进入液相,既取决于气相中该组分的分压,也取决于溶液里该组分的平衡蒸气压。如果混合气体中该气体的分压大于溶液中该组分的平衡蒸气压,这个组分便可自气相转移到液相,即被吸收。转移的结果,溶液里这个组分的浓度便升高,它的平衡蒸汽压也随着升高,到最后,能够升高到等于它的气相中的分压,传质过程于是停止,这时称为气液两相达到平衡。根据两相的平衡关系能够判断传质过程的方向与极限1。另外,传质速率与推动力成正比,与阻力成反比,两相的浓度距离平衡浓度越大,则传质的推动力越大,传质速率与越大。吸收技术是从气液两相的平衡关系与传质速率关系着手,利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同的基本原理,最终实现各组分分离的目的。1.2 吸收设备的发展吸收设备有多种类型,如填料塔、板式塔、喷洒塔和鼓泡塔等。最常见的有填料塔与板式塔。填料塔中装有诸如瓷环之类的填料;气液接触在填料中进行。板式塔中装有筛孔塔板,气液亮相在塔板上鼓泡进行接触2。工业模型的填料塔始于1881年的蒸馏操作中,19 采用于炼油工业,当时的填料是碎砖瓦、小石块和管子缩节等。20世纪初,填料塔进入了一个新的发展阶段。在瓷环填料亦称拉西环填料被广泛采用后,弧鞍形填料相继问世,特别是出现了斯特曼填料后,便大大的促进了规整填料的发展,除了各种填料大大涌现外,还发展了多管塔、乳化塔等被成为高效填料塔的新塔型。从20世纪60年代起新型填料有了较多的发展,属于颗粒型填料的有: 海佐涅尔填料、阶梯环填料、多角螺旋填料、金属鞍环填料、比阿雷茨基环、莱瓦填料以及它们的改进形式。属于规整填料的有:苏采尔填料、重叠式丝网波纹板填料、重叠式金属波形板填料、格里希栅格填料、格子填料、拉伸金属网填料、塑料蜂窝填料、Z形格子填料、Perform喷射式填料和脉冲填料等。同时,还创立了使小球浮动来强化传质的湍球塔。进入20世纪70年代后,至于新型填料的研究,希望找到有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。近年来随着化工产业的发展,大规模的吸收设备已经广泛用于实际生产当中。具有了很高的吸收效率,以及在节能方面也日趋完善。填料塔的工艺设计内容是在明确了装置的处理量,操作温度及操作压力及相应的相平衡关系的条件下,完成填料塔的工艺尺寸及其它塔内件设计。在今后的化学工业的生产中,对吸收设备的要求及效率将会有更高的要求,因此日益完善的吸收设备会逐渐应用于实际的工业生产中。1.3 吸收在工业生产中的应用吸收在工业上的应用大致有以下几种:(1)原料气的净化 为除去原料气中所有的杂质,吸收可说是最常见的方法。(2)有用组分的回收 如从焦炉煤气中用水回收氨,再用洗油回收粗苯蒸气(包括苯、甲苯、二甲苯等),以及从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。(3)液体产品的制取 将气体中需要的成分以指定的溶剂吸收出来,成为溶液态的成品或半成品。如制酸工业中含HCL、NOX(氮氧化物)或SO3的气体制取盐酸、硝酸或硫酸;甲醇(乙醇)蒸气经氧化后,用水吸收以制成甲醛(乙醛)半成品等。(4)废弃的治理 很多工业废气中含有SO2 、NOX (主要是NO及NO2)、汞蒸气等有害成分,虽然浓度一般甚低,但对人体和环境仍危害甚大而必须进行治理。选择适当的工艺和溶剂进行吸收,使废气治理中应用较广的方法。当然,以上目的有时也难以截然分开,如干燥废气中的有机溶剂,能回收下来就很有价值,任其排放则会污染大气3。第2章 设计方案的选择2.1 吸收流程的选择工业上使用的吸收流程多种多样,能够从不同角度进行分类,从所选用的吸收剂的种类看,有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两步吸收流程,从所用的塔设备数量来看,可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程,从塔内气液两项的流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程,另外,还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程4。2.1.1 吸收工艺流程的确定 一步吸收流程和两步吸收流程:一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低,同时过程的分离要求不高,选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高,难以用一步吸收达到规定的吸收要求,但过程的操作费用较高,从经济性的角度分析不够适宜时,能够考虑采用两步吸收流程。 单塔吸收流程和多塔吸收流程:单塔吸收流程是吸收过程中最常见的流程,如过程无特别需要,则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高,使用单塔操作时,所需要的塔体过高,或采用两步吸收流程时,则需要采用多塔流程。典型的是双塔吸收流程。 逆流吸收与并流吸收:吸收塔或再生塔内气液相能够逆流操作也能够并流操作,由于逆流操作具有传质推动力大,分离效率高(具有多个理论级的分离能力)的显著优点而 广泛应用。工程上,如无特别需要,一般均采用逆流吸收流程。 部分溶剂循环吸收流程:由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大,当液相喷淋量过小时,将降低填料塔的分离效率,因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时,能够采用部分溶剂循环吸收流程,以提高液相喷淋量,改进踏的操作条件5。2.2 吸收塔的设备及填料的选择2.2.1 吸收塔的设备选择塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节,选择时应考虑的因素有:物料性质、操作条件、塔设备性能、以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。与物性有关的因素:如易起泡的物系,处理量不大时,选填料塔为。具有腐蚀性的介质,也可选用填料塔。具有热敏性的物料须减压操作,可采用装填规整的散堆填料。粘性较大的物系,能够选用大尺寸填料6。与操作条件有关的因素:气相传质阻力大,宜采用填料塔。大的液体负荷,可选用填料塔。低的液体负荷,不宜采用填料塔。液气比波动的适应性,板式塔优于填料塔。其它因素:对于吸收过程,能够完成其分离任务的塔设备有多种,如何从众多的塔设备中选出合适的类型是进行工艺设计的首要工作.而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后,并经多方案对比喻能得到较满意的结果.一般而言,吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求,即用较小直径的塔设备完成规定的处理量,塔板或填料层阻力要小,具有良好的传质性能,具有合适的操作弹性,结构简单,造价低,易于制造、安装、操作和维修等。但作为吸收过程,一般具有操作液起比大的特点,因而更适用于填料塔.另外,填料塔阻力小,效率高,有利于过程节能,因此对于吸收过程来说,以采用填料塔居多.但在液体流率很低难以充分润湿填料,或塔径过大,使用填料塔不经济的情况下,以采用板式塔为宜7。2.2.2 填料的选择填料是填料塔中传质元件,它能够有各种不同的分类:如按性能分为通用填料和高效填料;按形状分为颗粒型填料和规整填料。填料品种很多,最古老的填料是拉西环;在国外被认为较为理想的是鲍尔环,矩鞍填料和波纹填料等工业填料,现经测试验证,已被推荐为中国今后推广使用的通用型填料,填料的材质可为金属、陶瓷或塑料。各种填料的结构差异较大,具有不同的有缺点,因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时,应该考虑如下几个问题:(1)选择填料材质 选择填料材质应根据吸收系统的介质以及操作温度而定,一般情况下,能够选用塑料、金属、陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料,如陶瓷、塑料、玻璃、石墨、不锈钢等,对于温度较高的情况,应考虑材料的耐温性能。(2)填料类型的选择 填料类型的选择是一个比较复杂的问题。一般来说,同一类填料塔中,比表面积大的填料虽然具有较高的分离效率,可是由于在同样的处理量下,所需要的塔径较大,塔体造价升高。表2-1 散装填料类型以及关联常数A,K值散装填料型AK规整填料类型AK塑料鲍尔环0.09421.75金属丝网波纹填料0.301.75金属鲍尔环0.11.75塑料丝网波纹填料0.42011.75塑料阶梯环0.2041.75金属网孔波纹填料0.1551.47金属阶梯环0.1061.75金属孔板波纹填料0.2911.75瓷矩鞍0.1761.75塑料孔板波纹填料0.2911.563金属环矩鞍0.062251.75(3)填料尺寸的选择 实践证明,填料塔的塔径填料直径的直径的比值应保持不低于某一下限值,以防止产生较大的壁效应,造成塔的分离效率下降。一般来说,填料尺寸大,成本低,处理量大,可是效率低,使用大于50mm的填料,其成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本损失。因此,一般大塔经常使用50mm的填料。但在大塔中使用小于2025mm填料时,效率并没有明显的提高,一般情况下,能够按表选择填料尺寸8。表2-2 填料尺寸与塔径的对应关系塔径/mm填料尺寸/mm D300300D900D90020252538 5080 因此对于水吸收二氧化硫的过程、操作、温度及操作压力较低,工业上一般选用散装填料。在所有散装填料中,塑料阶梯环填料的综合性能较好。阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比,阶梯环高度减少了一半,并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少,使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了气体经过填料层的阻力。锥形翻边不但增加了填料的机械强度,而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主,这样不但增加了填料间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点,能够促进液膜的表面更新,有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环,成为当前所使用的环形填料中最为优良的一种9。表2-3 聚丙烯阶梯环几何数据规格比表面积m2/m3空隙率堆积个数堆积重量填料因子m-116*8.9*13700.85299136135.6602.625*12.5*1.22280.908150097.8312.838*19*1.2132.50.912720057.5175.850*25*1.5114.20.9271074054.8143.176*37*2.6900.929342068.4112.32.3 操作参数的选择吸收过程的操作参数主要包括吸收(或再生)压力、吸收、(或再生)温度以及吸收因子(或解析因子),这些条件的选择应充分考虑前后工艺的工艺参数,从整个过程的安全性、可靠性、经济性出发,利用过程的模拟计算,经过多方案对比优化得出过程参数10。2.3.1 操作压力的选择对于物理吸收,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,也能够减少气体的气体的体积流率,减少吸收塔径。因此操作十分有利。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能够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,能够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能够减小气相的体积流率,对较小塔径依然是有利的。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11。2.3.2 操作温度的选择对于物理吸收而言,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,因此一般情况下,取常温吸收较为有利。对于特殊条件的吸收操作必须采用低于环境的温度操作。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,较高的操作温度能够降低溶质的溶剂度,因而有利于吸收剂的再生。2.3.3 吸收因子的选择吸收因子是一个关联了气体处理量,吸收剂用量以及气液相平衡常数的综合的过程参数12: (2-1)式中 -气体处理量,kmol/hL-吸收剂用量,kmol/h m-气体相平衡常数。2.4 吸收剂的选择对于吸收操作,选择适宜的吸收剂,具有十分重要的意义.其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响.一般情况下,选择吸收剂,要着重考虑如下问题.(一)对溶质的溶解度大所选的吸收剂多溶质的溶解度大,则单位量的吸收剂能够溶解较多的溶质,在一定的处理量和分离要求下,吸收剂的用量小,能够有效地减少吸收剂循环量,这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面,在同样的吸收剂用量下,液相的传质推动力大,则能够提高吸收速率,减小塔设备的尺寸。(二)对溶质有较高的选择性对溶质有较高的选择性,即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度,而对其它组分则溶解度要小或基本不溶,这样,不但能够减小惰性气体组分的损失,而且能够提高解吸后溶质气体的纯度。(三)不易挥发吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压,以避免吸收过程中吸收剂的损失,提高吸收过程的经济性。(四)再生性能好由于在吸收剂再生过程中,一般要对其进行升温或气提等处理,能量消耗较大,因而,吸收剂再生性能的好坏,对吸收过程能耗的影响极大,选用具有良好再生性能的吸收剂,往往能有效的吸收气体。以上四个方面是选择吸收剂时应考虑的主要问题,其次,还应注意所选择的吸收剂应具有良好的物理、化学性能和经济性.其良好的物理性能主要指吸收剂的粘要小,不易发泡,以保证吸收剂具有良好的流动性能和分布性能.良好的化学性能主要指其具有良好的化学稳定性和热稳定性,以防止在使用中发生变质,同时要求吸收剂尽可能无毒、无易燃易爆性,对相关设备无腐蚀性(或较小的腐蚀性).吸收剂的经济性主要指应尽可能选用廉价易得的溶剂13。表2-4 工业常见吸收剂溶质吸收剂溶质吸收剂氨水、硫酸硫化铵碱液、砷碱液、有机溶剂丙酮蒸汽水苯蒸汽煤油、洗油氯化氢水丁二烯乙醇二氧化碳水、碱液、碳酸烯酯二氯乙烯煤油二氧化硫水一氧化碳铜氨液第3章 吸收塔的工艺计算3.1 基础物性数据3.1.1 液相物性数据对低浓度吸收过程,溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由参考书查得,20时水的有关物性数据如下:密度为: kg/m3黏度为:Pas=3.6 kg/(mh)表面张力为: kg/h2SO2在水中的扩散系数为: m2/h3.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为: kg/koml混合气体的平均密度为: kg/m3混合气体的黏度可近似取为空气的黏度,查手册得20空气的黏度为: kg/(mh)查手册得SO2在空气中的扩散系数为: m2/h3.1.3 气液相平衡数据由手册查得,常压下20时SO2在水中的亨利系数为: kpa相平衡常数为: 溶解度系数为: kmol/(kpam3)3.1.4 物料衡算进塔气相摩尔比为:出塔气相摩尔比为: 进塔惰性气相流量为: kmol/h 该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算: (3-1) 对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为:取操作液气比为: kmol/h3.2 填料塔的工艺尺寸的计算3.2.1 塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相质量流量为: kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即: kg/h Eckert通用关联图的横坐标为:图3.1 填料塔泛点和压降的通用关联图查图3.1得:查表3-1得: m-1 m/s 取 m/s 由 m 圆整塔径,取 m表3-1 散装填料泛点填料因子平均值填料类型填料因子,1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环410117160金属环矩鞍170150135120金属阶梯环160140塑料鲍尔环55028018414092塑料阶梯环260170127瓷矩鞍1100550200226瓷拉西环13008326004103.2.2 泛点率校核 m/s (在允许范围内)3.2.3 填料规格核算 符合要求3.2.4 液体喷淋密度校核对于直径小于75mm的散装填料,可取最小润湿速率为:(Lw)min=0.08m3/(mh)查填料手册得: m2/m3 m3/(m2h) 经以上校核可知,填料塔直径选用 mm合理。3.3 填料层高度计算3.3.1 传质单元数的计算 脱吸因数: 气相总传质单元数:3.3.2 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: (3-2)查表3-2得:表3-2 常见材质的临界表面张力值材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡表面张力, mN /m56617333407520 液体质量通量为: kg/(m2h) 气膜吸收系数由下式计算: (3-3) 气体质量通量为: kg/(m2h) (3-4) (kmolm-2h-1kpa-1) 液膜吸收系数由下式计算: (3-5) (kmolm-2h-1kpa-1)表3-3 常见填料塔形状系数填料类型球形棒形拉西环弧鞍开孔环值0.720.7511.191.45 本设计填料类型为开孔环 因此 =1.45,则 kmol/(m3hkpa) 因为因此必须对和进行校正,校正计算如下: (3-6) 则气相总传质系数为: kmol/(m3hkpa) m3.3.3 填料层高度的计算 由 m 得: 设计取填料层高度为 m 可取1.2到1.5之间 因此 m查表3-4对于阶梯环填料,取 mm因为11200mm6000mm,因此不需要分段。表3-4 散装填料分段高度推荐值填料类型h/DHmax/m拉西环2.54矩鞍586鲍尔环5106阶梯环8156环矩鞍51563.3.4 填料塔附属高度计算塔的附属空间高度主要包括塔的上部空间高度,安装液体分布器和液体再分度器所需的空间高度,塔的底部空间高度以及塔的群坐高度。塔的上部空间高度是指塔填料层以上,应有一足够的空间高度,以使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来,该高度一般取1.2-1.5m。安装液体再分布器所需的塔空间高度依据所用分布器的形式而定一般需要1-1.5m的高度14。塔的底部空间高度是指塔底最下一块塔板到塔底封头之间的垂直距离。该空间高度含釜液所占的高度及釜液面上方的气液分离高度的两部分。釜液所占空间高度的确定是依据塔的釜液流量以及釜液在塔内的停留时间确定出空间容积,然后根据该容积和塔径计算出塔釜所占的空间高度,塔底液相液相停留时间按1min考虑,则塔釜液所占空间为: m考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取2米。因此塔的附属空间高度等于米。因此塔高 m3.4 接管尺寸的计算表3-5 管道公称通径参考表管道的公称通径7580901001201301401601852052352603153.4.1 液体进出口管径 进料管的结构类型很多,有直管进料管、弯管进料管、T型进料管15。本设计采用直管进料管,管径计算如下:液体进出口速度可取0.81.5 m/s(必要时可加大),取 m/s m 圆整后 mm 所选管尺寸为:3.4.2 气体进出口管径 常压气体进出口管气速可取1020m/s,取 m/s m 圆整后 mm 所选管尺寸为:3.5 总压降的计算3.5.1 填料层压降计算采用Eckert关联图计算填料层压降:其中横坐标: 查表3-6得:纵坐标为:查图3-1得:因此 pa表3-6 散装填料压降填料因子平均值填料类型填料因子, 1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环306-11498-金属环矩鞍-13893.47136金属阶梯环-11882-塑料鲍尔环34323211412562塑料阶梯环-17611689-瓷矩鞍环700215140160-瓷拉西环1050576450288-3.5.2 气体进出管压降 取气体进出口接管的内径为300mm,则气体的进出口流速为: m/s 则进口压强为 (突然扩大 =1) pa 出口压强为 (突然缩小 =0.5) pa3.5.3 总压降 其它塔内件的压降较小,在此处能够忽略,=0。 因此吸收塔的总压降为: pa3.6 液体分布器的选择液体分布装置的种类多样,有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。工业应用以管式、槽式及槽盘式为主。性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点:(1)液体分布均匀 评价液体分布的标准是:足够的分布点密度;分布点的几何均匀性;降液点间流动的均匀性。分布点密度 液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关,各种文献推荐的值也相差较大。大致规律是:塔径越大,分布点密度越小;液体喷淋密度越小,分布点密度越大,对于散装填料,填料尺寸越大,分布点密度越小16。表3-7列出了散装填料塔的分布点密度推荐值表3-7 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径,mm分布点密度,塔截面D=400330D=750170D120042分布点的几何均匀性 分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题。设计中,一般需要经过重复计算和绘图排列,进行比较,选择最佳方案。分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降液点间流动的均匀性为保证各分布点的流动均匀需要分布器总体的设计合理。精细的制作和正确的安装,高性能的液体分布器,要求各分部点与平均流动的偏差小于6%(2)操作弹性大 液体分布器的操作弹性,是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中,一般要求液体分布器的操作弹性为24,对于液体负荷变化很大的工艺过程,有时要求操作弹性达到10以上,此时,分布器必须特殊设计。(3)自由截面积大 液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35%以上。(4)其它液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便。按Eckert建议值,D1200mm时,喷淋点密度为42点m2,因该塔液相负荷较大,设计取喷淋点密度为100点m2。液体分布装置也称为液体喷淋装置。填料塔操作时,在任一横截面上保证气液的均匀分布十分重要。液体分布装置的作用是使液体的初始分布尽可能地均匀,设计液体分布装置的原则应该是能均匀分散液体,通道不易堵塞、结构简单、制造检修方便等。为了使液体初始分布均匀,原则上应增加单位面积上的喷淋点数,可是,由于结构的限制,不可能将喷淋点设计的很多,同时如果喷淋点数过多,必然使每股的液流的流量过小,也难以保证均匀分配。另外,不同填料对液体均匀分布的要求也有差异。如高效填料因流动不均匀对效率的影响十分敏感,孤影有较为严格的均匀分布要求。常见的填料喷淋点数可参照下列指标:时,每30cm 2塔截面设计一个喷淋器时,每60cm 2塔截面设计一个喷淋器时,每240cm 2 塔截面设计一个喷淋器任何程度的壁流都会降低效率,因此在靠塔壁的10%塔径区径内,所分布的流量不应超过总流量的10%。液体喷淋装置的安装位置,一般需高于填料层表面150300mm,以提供足够的自由空间,让上身气流不受约束地穿过喷淋器。3.7 辅助设备的选型3.7.1 填料支承板填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是:有足够的强度以支承填料的重量;提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利经过,防止在此产生液泛;有利于液体的再分布;耐腐蚀,易制造,易装卸等。常见填料支承板有栅板式和气体喷射式。本设计选用分块梁式支承板。3.7.2 除沫器穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴,因此需在塔顶气体排出口前设置除沫器,以尽量除去气体中被夹带的液体雾沫,SO2溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出,影响吸收效率,采用除沫装置,根据除沫装置类型的使用范围,该填料塔选取丝网除沫器。结果汇总表意义及符号结果混合气体处理量3500 m3/h气液相平衡常数35.04进塔气相摩尔分率0.0582出塔气相摩尔分率0.003492进塔液相摩尔分率0.0012出塔液相摩尔分率0最小液气比46.14混合气体平均式量30.93 g/mol混合