吸收塔设计工艺

1、引言在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。大气是人类赖以生存的最基本的环境要素，它不仅通过自身运动进行热量，动量和水资源分布的调节过程，给人类创造了一个适宜的生活环境，并且阻挡过量的紫外线照射地球表面，有效地保护人类和地球上的生物。但是，随着人类生产活动和社会活动的增加，特别是自工业革命以来，由于大量燃料的燃烧，工业废气和汽

2、车尾气的排放，使大气环境质量日趋恶化。煤炭是我国的最主要的能源，并且近期内不会有根本性的变化。我国的能源结构决定了我国的大气污染是属于煤烟型污染，主要污染物是粉尘，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与氯化物。【 3】填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。 填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气

3、液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小

4、时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。精选文库根据其特点我们因此选择填料吸收塔为本次设计性实验的设备。用吸收剂水来除去丙酮。-2精选文库1 吸收流程1.1 几种流程的比较 【3】逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线

5、较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平衡常数 m 值很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。 应予指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需设置循环泵，操作费用增加。多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或由于所处理的物料等原因需

6、经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大空间，输液、喷淋、支撑板等辅助装置增加，使设备投资加大。串联 - 并联混合操作 若吸收过程处理的液量很大 ,如果用通常的流程 ,则液体在塔内的喷淋密度过大 ,操作气速势必很小 (否则易引起塔的液泛 ),塔的生产能力很低 .实际生产中可采用气相做串联、液相做并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相做串联、气相做并联的混合过程。1.2 吸收流程的确定由设计书的要求可知，吸收过程平衡曲线较为平缓，且为提高分离效率及吸收剂的利用率，减少设备

7、投资，本次设计采用逆流串联操作吸收过程。-3精选文库2 填料的选择本次设计我选择鲍尔患填料，鲍尔环填料是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。】陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，一般能耐除氢氟酸以外的常见的各种无机酸，有机的腐蚀，对强碱介质，可以选用耐碱配方制造的耐碱陶瓷填料，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能。工业上，主要用于气体吸收，气体洗涤，液体萃取等过程。【1】规格（直径×比表面积空隙率填料

8、因子堆积密度高×厚） /mm2·m-3-1L W/a/m/ m3m-3/mkg3mm3m h40×20×3.02580.7753205480.12-4精选文库3 吸收塔的设计计算3.1 液相与物相物性数据计算液相物性数据25时水的有关物性数据4 如下：密度为： L=1000kg/m3【 3】【 3】粘度为： L =0.8937 Pas ·将填料塔分为两个塔，即每个塔的生产能力约为2500m3 /h气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为：M =yiM i =0.040 ×58.0780.960 ×28.02=29.222混合气体

9、的平均密度：P M= 101.329.222 =1.195 kg/m2=RT8.3142983.2 设计特性数据计算根据丙酮 -水系统平衡数据（ 25）x00 0010 00200030004000500060 0070008y*（ ×101464416681693481205179479490403）2141200.070.060.05*）Y 0.04（率0.03分尔摩0.02相0.01气0.00-0.010.0000.0050.0100.0150.0200.025液相摩尔分率（X）由上图得X 1* =0.01428-5精选文库进塔气相摩尔比为：Y 1=y1【1】0.040=0.0

10、417=10.0401y1出塔气相摩尔比为：Y 2=y2【1】0.0008=0.0008=11y20.0008水吸收丙酮为纯吸收剂吸收过程，则x2=0所以X=02最小液 -气比为： ( L )min= Y13Y20.04170.00082.864GX1X 20.01428 03.3吸收剂用量计算进塔气相流量为： G= 2500273(1 0.040) =98.154kmol/h22.4298取适宜的液 -气比为： L =1.3(L )min 【1】 = 1.1 2.864=3.150×GG吸收剂用量为： L= L ×G=3.15098.154=309.224kmol/hG3

11、.4泛点气速计算气相质量流量： wV=qv× =2500×1.195=2987.5 kg/h液相质量流量 : w L=L×M H2O =309.224 ×18.02=5572.2kg/h图 1 的横坐标为： wL (V )0.5 = 5572.2(1.195) 0.5 =0.0645wVL2987.510002根据图 1,由所求得的横坐标查得纵坐标pV0.2gL=0.15L图 1-6精选文库根据所求得的纵坐标得出泛点气速0.15gL0.159.811000=3.112 m/sUF=0.2 =130 1 1.195 0.89370.2FVL3.5 塔径及压

12、力降计算3.5.1 塔径计算【 】根据经验取空塔气速F 2=0.6 3.112 =1.867m/su = 0.6u气体体积流量 Vs=2500m3/h=2500/3600m3/s=0.694 m3/s64 0.6944VS=0.68 m/s塔径 D=u3.141.867圆整塔径，取 D = 0.7m4222 =0.785D=0.785 ×0.7 = 0.385m3.5.2 空塔气速Vs2 =0.694=1.80m/su =20.785 D0.785 0.7气体压力降由空塔气速求得图1 的纵坐标为u 2PV0.21.802 1301 1.1950.2gL9.8110000.89370.

13、0503L3.6 填料层高度-7精选文库全塔物料衡算12123G(y-y )=L(x-x )1G y1y2x2=98.154(0.04 0.0008)则 x =L0 0.0124309.224x1X 1= 10.0124x2=0 得 X 2=00.01261x10.070.060.05*）Y0.04（10.0124率 0.03分尔摩0.02相气0.010.00-0.010.0000.0050.0100.0150.0200.025液相摩尔分率（X）由图 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 塔高计算由经验公式得塔高 H=1.2Z+H d+Hb4 =1.2 ×4.25+1.1+1.4=7.6m 设计时塔高为 8m-8精选文库3.8 校核填料塔中几何定数的指标校核D0.7满足塔径与填料公称直径比值的推荐植错误 ! 未找到引用源。14d p0.050D210d p错误 ! 未找到引用源。 填料层的高

15、度和塔径之比Z4.25D6.070.7错误 ! 未找到引用源。 填料层高度 Z=4.25 满足 Z<6m 液体在向下流动的过程中会max集中 ,所以将 填料层分为 1 层。喷淋密度校验3由于所选的鲍尔环直径为50mm<75mm，所以取最小润湿速率为 (L W)min=0.08 m（/m·h）5查附录五 3 得： at= 110 m2/m35325最小喷淋密度Umin= (LWL·h)min ×a =0.08 ×110=8.8 m /(mwL5572.25.572 m34液体喷淋量 L h=1000hL喷淋密度的验算 U=Lh=5.57232&

16、#183;h) Umin0.785D 20.7850.7214.473m /( m经以上校核可知，填料塔直径选用D=700 mm 合理3.8.3 压降的校核图 1 计算填料层压降横坐标为：wL(V)0.5=5572.21.1950.50.0645wV2987.5()L1000纵坐标为u2PV0.21.80213011.1950 .20.0503gL9.8110000.8937L填料层压降为P=400Pa泛点的校核u=Vs/=0.694/0.385=1.80u/uf=1.80/3.112=0.578-9精选文库4 附属设备的选择4.1 填料支承装置：支承板的作用是支承塔内的填料。 对于散装填料，

17、通常选用孔管型或驼峰型支承装置。设计中，为防止在填料塔支承轴装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支承装置的自由截面积应大于 75%，防止发生液泛。【 1】 本次设计我选择孔管型支承装置。如图所示：4.2 填料压紧装置：为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动， 需在填料层上方设置填料压紧装置，对于散装填料，可选用压紧网板，也可选用压紧栅板，在其下方，根据填料的规格敷设一层金属网，并将其于压紧栅板固定，我选择压紧网板，为防止在填料压紧装置处压【2】降过大甚至发生液泛，要求填料压紧装置的自由截面积应大于70%。4.3 液体分布装置：我选择管式分布器， 管式分布器由不同结构形式的开孔管制成，

18、其突出的特点是结构简单，共气体流过的自由截面大，阻力小。它多用于中等以下液体负荷的填料塔中。我设计的塔直径是 700mm，所以用管式分布器。 【 24.4 液体再分布装置：我选择槽盘式液体分布器。它兼有集液、分液及分气三种的功能，结构紧凑，气体分布均匀，阻力较小，是优良的液体收集及再分布装置。 【1 】如图所示：-10精选文库5 设计结果列表吸收塔类型逆流串联填料类型瓷质鲍尔环支承装置孔管型型支承装置分布装置管式分布器混合气体处理量5000m3/h物料名称含丙酮体积比 4.0%其余为氮气的混合气体操作压力， KPa101.3操作温度，25密度， kg/m31.195流量， kg/h5572.2塔径， mm700填料层高度 ， m4.25每层填料层的压力降 Pa400操作液气比 kmol/h3.150-11精选文库设计结果的讨论和说明本设计的任务是用水吸收丙酮的填料吸收塔的设计。在本设计中发现以下几个问题：要求处理量为5000m3 /h。若采用单塔操作其处理量过大，所以考虑分塔操作。塔过多会加大费用造成经济损失。经过计算分为2 个塔较为合理。在未采用分层操作时，填料层高度与塔径之比过小，会