吸收塔设计工艺

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。

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。【3】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。

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。

1吸收流程

1.1几种流程的比较【3】

①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。

②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。

③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。

④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。

⑤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，减少设备投资，本次设计采用逆流串联操作吸收过程。

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】

3吸收塔的设计计算

3.1液相与物相物性数据计算

3.1.1液相物性数据

25℃时水的有关物性数据[4]如下： 密度为：ρL =1000kg/m 3【3】 粘度为：μL =0.8937 Pa·s 【3】

将填料塔分为两个塔，即每个塔的生产能力约为2500m 3 /h

3.1.2气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为：

M =∑y i M i =0.040×58.078＋0.960×28.02=29.222 混合气体的平均密度： ρ=

RT

M P =298314.8222

.293.101⨯⨯=1.195 kg/m 2

3.2设计特性数据计算

根据丙酮-水系统平衡数据（25℃）

气相 摩尔分率（Y *

）

液相 摩尔分率（X ）

由上图得 X 1*=0.01428 进塔气相摩尔比为： Y 1=

111y y -【1】=

040

.01040

.0-=0.0417

出塔气相摩尔比为： Y 2=2

21y y -【1】=

0008

.010008

.0-=0.0008

水吸收丙酮为纯吸收剂吸收过程，则 x 2=0 所以X 2=0

最小液-气比为：(G L )min =[]

864.20

01428.00008

.00417.032

12

1

=--=

--*X X Y Y

3.3吸收剂用量计算

进塔气相流量为：G=

)040.01(298273

4.222500-⨯⨯=98.154kmol/h 取适宜的液-气比为：G L =1.3(G L

)min 【1】 = 1.1×2.864=3.150

吸收剂用量为：L=G

L

×G=3.150 ⨯98.154=309.224kmol/h

3.4泛点气速计算

气相质量流量：w V =q v ×ρ=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