水吸收二氧化硫填料塔

第1页化工原理课程设计设计名称水吸收SO2-空气混合气填料塔的设计学院能源与环境学院班级环境131学号201301144120姓名高鹏垒指导教师石凤娟2016年1月22日第2页化工原理课程设计任务书一、设计题目水吸收SO2-空气混合气填料塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用20℃的清水吸收SO2-空气混合气中的SO2。已知入口空气中含SO2的摩尔分率为0.05，操作压力为101.3KPa,相对湿度为70%。要求SO2的回收率为96%。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。二、设计操作条件（1）入塔炉气流量：1200（1800）+n*10=1400hm/3（说明:n为学号尾数后两位）（2）常压101.3KPa。（3）操作温度20℃。三、填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。四、工作日每年300天，每天24h连续运行。五、厂址河南省周口市。六、设计内容（1）填料塔的物料衡算；（2）填料塔的工艺尺寸计算；（3）填料层压降的计算；（4）液体分布器简要设计；（5）填料塔接管尺寸计算；（6）绘制生产工艺流程图（A2号图纸）（7）绘制填料塔装配图（A1号图纸）（8）对设计过程的评述和有关问题的讨论。第3页摘要：介绍了吸收技术的基本知识；叙述了水吸收SO2的设计方案和流程；根据操作条件设计出符合要求的填料塔，包括塔设备的工艺尺寸计算、填料选择及辅助设备的选型和计算。关键字：课程设计SO2吸收填料塔第4页目录一、前言...........................................................11、吸收技术概况.................................................12、吸收在工业生产中的应用.......................................23、吸收设备.....................................................2二、设计方案.......................................................31、吸收剂的选择.................................................32、吸收流程的选择...............................................42.1气体吸收过程分类........................................42.2吸收装置的流程...........................................53、吸收塔设备及填料的选择.......................................63.1吸收塔设备..............................................63.2填料的选择..............................................64、吸收剂再生方法的选择.........................................75、操作参数的选择...............................................85.1操作温度的确定...........................................85.2操作压力的确定...........................................8三、吸收塔工艺条件的计算...........................................91、基础物性数据.................................................91.1液相物性数据.............................................91.2气相物性数据.............................................91.3气液两相平衡时的数据.....................................92、物料衡算....................................................103、填料塔的工艺尺寸计算........................................113.1塔径的计算..............................................113.2泛点率校核和填料规格....................................123.3液体喷淋密度校核........................................124、填料层高度计算..............................................134.1传质单元数的计算........................................134.2传质单元高度的计算......................................134.3填料层高度的计算........................................155、填料塔附属高度的计算........................................156、液体分布器的简要设计........................................166.1液体分布器的选型........................................166.2分布点密度及布液孔数的计算..............................176.3塔底液体保持管高度的计算................................187、其它附属塔内件的选择........................................187.1填料支撑板.............................................187.2填料压紧装置与床层限制板...............................187.3气体进出口装置与排液装置................................198、流体力学参数计算............................................208.1填料层压力降的计算......................................20第5页9、吸收塔主要接管的尺寸计算....................................219.1液体进料接管............................................219.2气体进料接管............................................219.3吸收剂输送管路直径及流速计算............................22四、工艺设计计算结果汇总与主要符号说明..................231、填料塔工艺尺寸计算结果表：..................................232、流体力学参数计算结果汇总：..................................243、附属设备计算结果汇总：......................................254、所用38ND聚丙烯塑料阶梯环填料主要性能参数汇总：.............255、主要符号说明：..............................................26五、课程设计总结........................................28附录....................................................28附录（一）水的物性数据表.....................................29附录（二）塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值...............30附录（三）贝恩（Bain）--霍根（Hougen）关联式中的A、K值........30参考文献..........................................................28第1页一、前言1、吸收技术概况化学工业中的废气二氧化硫主要来自化石燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸、磷肥等生产的工业废气。二氧化硫是化工生产中极为重要的生产原料，其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，必须进行净化回收，具经济价值的规模应充分回收利用，避免硫资源浪费和造成大气污染，危害人类生存发展。吸收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的单元操作。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。其操作示意图如下图所示：混合气体（A＋B）吸收剂S吸收尾气（B＋微量的A）吸收塔吸收液（A＋S）第2页2、吸收在工业生产中的应用１）、有用组分的回收：如用硫酸处理焦炉气以回收其中的二氧化硫，用气油处理焦炉气以回收其中的芳烃，用液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等。２）原料气的净化。例如用水和碱液脱除合成二氧化硫原料气中的二氧化碳，用丙酮脱除裂解气中的乙炔等。３）某些产品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氢以制备盐酸，用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等。４）废气的治理。例如：电厂的锅炉尾气含二氧化硫。硝酸生产尾气含一氧化氮等有害气体，均须用吸收方法除去。3、吸收设备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。由于填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀第3页材料制造，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性，故填料塔的应用较为广泛。填料塔由外壳、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。二、填料塔设计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：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