二氧化硫填料塔设计

氧化硫填料塔设计2010-05-24 17:34

二氧化硫填料塔设计

一．填料吸收塔简介

在化学工业中，吸收操作广泛应用于石油炼制，石油化工中分离气体混合物，原料气的精制及从废气回收有用组分或去除有害组分等。吸收操作中以填料吸收塔生产能力大，分离效率高，压力降小，操作弹性大和持液量小等优点而被广泛应用。目前国内对填料吸收塔设计大部分是经验设计方法，该方法是在给定生产任务的条件下，由经验确定出一个液气比的值，然后手算出吸收塔的有关设计参数。该设计手段落后，没有考虑经济技术指标，不符合工厂实际生产中成本最低要求，故提出了填料吸收塔的优化设计方法。

下面简要介绍一下填料塔的有关内容。

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。填料塔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。

与板式塔相比，在填料塔中进行的传质过程，其特点是气液连续接触，而传质的好坏与填料密切相关。填料提供了塔内的气液两相接触面积。填料塔的流体力学性能，传质速率等与填料的材质，几何形状密切相关，所以长期以来人们十分注中填料的性能和新型填料的开发，使得填料塔在化工生产中应用更加广泛。

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。填料塔还有以下特点：

1. 当塔径不是很大时，填料塔因为结构简单而造价便宜。

2. 对于易起泡物系，填料塔更适合，因填料对气泡有限制和破碎作用。

3. 对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因为可以采用瓷质填料。

4. 对于热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔的持液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。填料塔的压强降比板式塔小，因而对真空操作更有利。

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。二．设计方案简介

2.1 方案的确定

填料精馏吸收塔的确定包括装置流程的确定,操作压力的确定,进料热状况的选择,加热方式

的选择以及回流比的选择等

2.1.1 装置流程的确定

吸收装置的流程主要有以下几种

(1) 逆流操作：定义：气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出的操作。特点：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。

适用情况：工业生产中多采用逆流操作。

(2) 并流操作：

定义：气液两相均从塔顶流向塔底的操作。

特点：系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。

适用情况：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：

定义：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

送回塔内的操作。

适用情况：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。该过程特别适宜于相平衡常数m值很小的情况，通过吸收

液部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应予以指出，吸收及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：

如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。

(5) 串联一一并联混合操作：

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，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，气相做并联的混合流程。

装置流程的确定：本填料吸收塔的设计任务是用水吸收S02,属于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。

2.1.2吸收剂的确定：

吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，吸收剂性能的优劣适决定吸收效果的

关键因素。选择吸收剂应着重考虑溶解度，选择性，挥发度粘度以及无毒，无腐蚀，

不易燃易爆，冰点低，廉价易得等方面。吸收剂选择时应针对具体情况与主要矛盾，剂考虑

到工艺要求又兼顾经济合理性。此次设计中选择水作为吸收剂。因S02不作为产品，故采用

纯溶剂。

2.1.

3. 操作温度与压力的确定：

(1 )操作温度的确定：由吸收过程的气液平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解

度，即低温有利于吸收。但操作温度的底限应由吸收系统的具体情况而定。此次操作的温度为20 C。

(2 )操作压力的确定：由吸收过程的气液平衡关系可知，压力升高可增加溶质组分的溶解

度，即加压有利于吸收。但随着压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加，因

此需结合具体工艺条件综合考虑，以确定操作压力。此次设计的操作压力选择常压。

2.2填料的类型与选择

填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要元素，因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。

填料类型：填料种类很多，根据装填方式的不同可分为散装填料和规整填料两大类。

1. 散装填料：散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式

堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点的不同，又可分为环形填料，鞍形填料，环鞍形填料及球形填料等。