化工原理课程之二氧化硫吸收设计.doc

化工原理课程之二氧化硫吸收设计-----------------------作者：-----------------------日期：目录目录 1摘要 3第1章 绪论 51·1吸收技术概况 51·2 吸收设备的发展 61.3吸收在工业生产中的应用 7第2章 设计方案 72.1吸收剂的选择 72.2 吸收流程的选择 82.2.1 气体吸收过程分类 8吸收装置的流程 92.3吸收塔设备及填料的选择 92.3.1 吸收塔设备 92.3.2 填料的选择 102.4 吸收剂再生方法的选择 102.5 操作参数的选择 11第3章 吸收塔的工艺计算 113.1 基础物性数据 113.1.1 液相物性数据 113.1.2 气相物性数据 12气液相平衡数据 123.2物料衡算 123.3塔径计算 133.3.1 塔径的计算 13泛点率校核： 14液体喷淋密度得校核： 143.4 填料层高度的计算 143.4.1 传质单元数的计算 14传质单元高度的计算 15填料层高度的计算 163.5 填料塔附属高度的计算 173.6 液体分布器计算 17液体分布器的选型 18布液孔数的计算 18布液计算 183.7 其他附属塔内件的选择 18填料支承装置的选择 18填料压紧装置 19塔顶除雾器 193.8吸收塔的流体力学参数计算 203.8．1 吸收塔的压力降 203.8.2 吸收塔的泛点率 213.8.3 气体动能因子 213.9 附属设备的计算与选择 213.9.1 离心泵的选择与计算 21吸收塔主要接管尺寸选择与计算 22工艺设计计算结果汇总与主要符号说明 23设计过程的评述和有关问题的讨论 26主要参考文献 27结束语 28吸收操作系统的工艺流程图 29吸收操作系统的设备条件图 30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用水吸收属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程在此吸收过程中，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，所以选用DN8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-- 逆流 第1章 绪论1·1吸收技术概况利用混合气体中各组分在同一种溶剂（吸收剂）中溶解度的不同分离气体混合物的单元操作称为吸收吸收是分离气体混合物最常见的单元操作之一工业吸收操作是在吸收塔内进行的在吸收操作中，通常将混合气体中能够溶解于溶剂中的组分称为溶质或吸收质，以A表示;而不溶或微溶的组分称为载体或惰性气体，以B表示；吸收所用的溶剂称为吸收剂，以S表示；经吸收后得到的溶液称为吸收液;被吸收后排出吸收塔的气体称为吸收尾气。

吸收就是吸收质从气相转入液相的过程[1]吸收过程通常在吸收塔中进行根据气、液两相的流动方向，分为逆流操作和并流操作两类，工业生产中以逆流操作为主，吸收剂以塔顶加入自上向下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出吸收塔操作示意图如图片2-1所示在工业生产中，除以制取溶液产品为目的的吸收(如用水吸收HCl气制取盐酸等)之外，大都要将吸收液进行解吸，以便得到纯净的溶质或使吸收剂再生后循环使用解吸也称为脱吸，它是使溶质从吸收液中释放出来的过程，解吸通常在解吸塔中进行图片2-2所示为洗油脱除煤气中粗苯的流程简图图中虚线左侧为吸收部分，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(又称富油)由吸收塔底排出，被吸收后的煤气由吸收塔顶排出图中虚线右侧为解吸部分，在解收塔中，粗苯由液相释放出来，并为水蒸汽带出，经冷凝分层后即可获得粗苯产品，解吸出粗苯的洗油(也称为贫油)经冷却后再送回吸收塔循环使用吸收塔设备是气液接触的传质设备，一般可分为逐级接触型和微分接触型两类板式塔属于逐级接触型的气液传质设备，它是在塔体内按照一定距离设置许多塔盘，气体以鼓泡或喷射的方式穿过塔盘上的液层。

填料塔属于微分接触型气液传质设备，它是在塔体内装有一定数量的填料，填料的作用是提供气液间的传质面积在塔内液体沿填料表面下流，形成一层薄膜，气体沿填料空隙上升，在填料表面的液层与气体的界面上进行传质过程[2]1·2 吸收设备的发展 吸收操作主要在填料塔和板式塔中进行，几种常用的吸收塔有填料塔、湍球塔、板式塔等其中填料塔的应用较为广泛 填料塔的历史较久，早在19世纪中期已开始用于生产，到20世纪初，人们以碎石、短管段等为填料用来蒸馏原油，改进了原来的釜式蒸馏技术，促进了石油工业的发展但由于当时对填料两相的流动研究很少，塔的优越性未能全部发挥，故不久就为泡罩塔所取代后来随着石油、酸碱、肥料、石油化工等工业的飞速发展，人们对填料塔的实践和认识才进一步不断加深，制造了多种形式的填料；对填料塔的压降和泛点得出了较为可靠的关联式，为设计和操作提供了依据[3] 填料塔，它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。

常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础塔填料的研究与应用已获得长足的发展，鲍尔环、阶梯环、莱佛厄派克环、金属环矩鞍等的出现标志着散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的突破规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下，倍受重视，已成为塔填料的重要品种其中金属与塑料波纹板造价适中，抗污力强，操作性能好，并易于工业应用，可作为通用填料使用；栅格填料对液体负荷和允许压降要求苛刻的过程十分有利，并具有自净机能，即使应用在污垢系统也能长期稳定运转；脉冲填料独特的结构使之在大流量、大塔径下也不会发生偏流，极易工业放大，从发展上看很有希望 近年来，工程界对填料塔进行了大量的研究工作，主要集中在以下几个方面：(1) 开发多种形式、规格和材质的高效、低压降、大流量的填料；(2) 与不同填料相匹配的塔内件结构；(3) 填料层中液体的流动及分布规律；(4) 蒸馏过程的模拟 填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等。

对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性过去，填料塔多推荐用于0.6～0.7m以下的塔径近年来，随着高效新型填料和其他性能内件的开发，以及人们对填料流体力学，放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展[4]1.3吸收在工业生产中的应用气体吸收在化工生产中的应用大致有以下几种 (1) 制备液体产品 如用水吸收HCL制备盐酸，用水吸收甲醛蒸汽制福尔马林溶液等，都是吸收操作2) 净化气体或精制气体 如用水脱除合成氨原料中的CO2，用丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等，其目的是出去气体中的有害成分，便于气体在工序中能顺利进行3) 回收有用物质 工艺尾气中含有一些有价值的物质，，通过吸收可以为这些物质找到新的用途，做到物尽其用4) 保护环境 在排放到大气的工艺尾气中可能含有对人或其他生物有害的物质，比如硫的化合物、氨的化合物等这些有害物质如果不除，将造成环境污染通过吸收，可以在排放前除去这些有害物，做到达标排放[1]第2章 设计方案2.1吸收剂的选择 吸收操作的好坏在很大程度上取决于吸收剂的性质选择吸收剂时在，主要考虑以下几点：(1) 溶解度大 吸收剂对溶质组分的溶解度越大，则传质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少，操作费用较低。

(2) 选择性好 吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离 (3) 挥发性好 在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和故在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收剂的损失量 (4) 粘度低 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高5）易再生 当富液不作为产品时，吸收剂要易再生，以降低操作费用要求溶解度对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小；而且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升，则被吸收的气体解吸，吸收剂再生方便 (6) 其它 所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定、经济安全[1]在实际生产中满足所有要求的吸收剂是不存在的应从满足工艺要求出发，对可供选择的吸收剂做全面的评价，作出科学、经济、合理的选择综上所述，考虑吸收剂的选用标准，在二氧化硫的吸收过程中，采用清水为吸收剂2.2 吸收流程的选择 气体吸收过程分类气体吸收过程通常按以下方法分类 (1) 单组分吸收与多组分吸收:　吸收过程按被吸收组分数目的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收。

若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶（或微溶）于吸收剂，这种吸收过程称为单组分吸收反之，若在吸收过程中，混合气中进入液相的气体溶质不止一个，这样的吸收称为多组分吸收 (2) 物理吸收与化学吸收: 在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，可以把吸收过程看成是气体溶质单纯地溶解于液相溶剂的物理过程，则称为物理吸收相反，如果在吸收过程中气体溶质与溶剂(或其中的活泼组分)发生显著的化学反应，则称为化学吸收 (3) 低浓度吸收与高浓度吸收: 在吸收过程中，若溶质在气液两相中的摩尔分率均较低（通常不超过0.1），这种吸收称为低浓度吸收；反之，则称为高浓度吸收对于低浓度吸收过程，由于气相中溶质浓度较低，传递到液相中的溶质量相对于气、液相流率也较小，因此流经吸收塔的气、液相流率均可视为常数 (4) 等温吸收与非等温吸收: 气体溶质溶解于液体时，常由于溶解热或化学反应热，而产生热效应，热效应使液相的温度逐渐升高，这种吸收称为非等温吸收若吸收过程的热效应很小，或虽然热效应较大，但吸收设备的散热效果很好，能及时移出吸收过程所产生的热量，此时液相的温度变化并不显著，这种吸收称为等温吸收[6]。

吸收装置的流程吸收装置的流程主要有以下几种 （1）逆流操作 。