塔设备设计说明书

塔设备设计说明书

概述

塔设备的设计和选型是建立在对循环吸收工段、精制工段流程的模拟、优化的基础上。在满足工艺要求的条件下，考虑设备的固定投资费用和操作费用，进行进一步模拟计算、设计和选型。设计主要包括工艺参数设计、基本参数设计和机械设计。工艺参数设计对该塔的生产能力、分离效果、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计塔板负荷性能校核等内容的设计；机械工程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开口和支座地基等，同时对塔的机械性能做了校核。

我们完成了对全厂2 座塔设备的工艺参数设计、基本参数设计和机械设计，并选取其中最有代表性的二氧化碳吸收塔给出了详细的计算和选型说明。详细的设备装配图见工艺设计施工图。

烟道气吸收塔设计说明书

第1 部分概要

烟道气吸收塔是吸收的关键设备之一，其作用是贫液吸收烟道气中的二氧化碳，从而达到使二氧化碳从烟道气中分离的目的。塔的吸收能力直接影响到二氧化碳的回收率。吸收塔的设计应符合一下塔设备的基本要求：

1生产能力大，即气液处理量大；

2分离效率高，即气液相能充分接触；

3 适应能力及操作弹性大，即对各种物料性质的适应性强并且在负荷波

动时能维持操作稳定，保持较高的分离效率；

4流体流动阻力小，即气相通过每层塔板或单位高度填料层的压降小；

5 结构简单可靠，材料耗用量少，制造安装容易，以降低设备投资；

设计说明书包括工艺参数设计、基本结构设计和机械工程设计三部分。工

艺参数设计对该塔的生产能力、吸收效果、物料和能量等操作参数作了设计；基

本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计、塔板负荷性能校

核等内容的设计；机械工程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开口

和支座地基等，同时对塔的机械性能做了校核。

第2 部分工艺参数设计

2.1 生产能力

项目年产十万吨二氧化碳，根据物料横算，气体进料量为7119.88kg/h ，液体进料量为294619kg/h ，塔顶物流量为54990.8kg/h ，塔底物流量为309748Kg/h 。

2.2 吸收要求

二氧化碳的吸收率%7.99 。 2.3 操作参数 第 3 部分基本结构设计

3.1 设备选型

3.1.1 塔设备选型

气液传质分离用得最多的为塔式设备。它可以分为板式塔和填料塔两大类。板式塔和填料塔均可用作蒸馏、吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，要根据具体情况进行选择。

(1)填料塔和板式塔的比较：

1 填料塔是连续式的气液传质设备，两相间呈连续逆流接触并进行传质和传热，气液两相组分的浓度沿塔高呈连续变化；板式塔中气液两相间逐层逆流接触进行传质和传热，气液两相组分的浓度沿塔高呈阶梯式变化；

2 板式塔处理能力较大；填料塔的处理能力相对较小，塔径小于 1 米时，使用填料塔较合适，塔径较大时，填料塔容易产生偏流问题，影像传质；

3 板式塔和填料塔的压力降都不大，填料塔的压降要小于板式塔；

4 两种塔的操作弹性相当。当气液相流量在一定范围内波动时，仍能保持正常操作和具有较高的传质效率；

5 板式塔结构简单，设备成本较高，便于制造、安装和维修；填料塔设备成本较高，填料结构复杂，不适合处理污浊、含尘、含有固体颗粒及易结垢物料；

6 填料塔的分离效果好于板式塔，当分离要求较高时，填料塔较为合适，高腐蚀性的物料精馏，宜选填料塔。

(2)体系特点：

1 处理量大，单套装置年产二氧化碳10万吨，处理的烟道气中还含有大部分的N 2,H 2O,O 2.吸收的贫液含有大量的水，物流量大。

2 物料吸收二氧化碳后带有较强的腐蚀性。

3 分离要求高，要求回收99.7%的二氧化碳。

操作压力（bar ）

理论塔板数 操作温度

加料位置 进料物流量

2

8

47

塔顶和塔底

2

(3)塔设备选型

根据体系的特点，另外考虑设备的制造、投资和维修，吸收塔选用颗粒型填料塔。

3.1.2 填料的选择

汽液两相在填料表面进行逆流接触，填料不仅提供了汽液两相接触的传质表面，而且促使汽液两相分散，并使液膜不断更新。填料性能可由下列三方面予以评价。

（1）比表面积a 填料应具有尽可能多的表面积以提供液体铺展，形成较多的汽液接触界面。单位填充体积所具有的填料表面为比表面积a,单位为m2/m3。对同种填料，小尺寸填料具有较大的比表面积，但填料过小不但造价高而且气体流动的阻力大。

（2）空隙率ε在填料塔内气体是在填料间的空隙内通过的。流体通过颗粒层的阻力与空隙率ε密切相关。为减少流体的流动阻力，提高填料塔的允许气速，填料层应有尽可能大的空隙率。对于各向同性的填料层，空隙率等于填料塔德自由截面百分率。

（3）填料的几何形状虽然填料的形状目前难以定量表达，但比表面积、

空隙率大致接近而形状不同的两种填料在流体力学与传质性能上可由显著的区别。形状理想的填料为汽液两相提供了合适的通道，气体流动的压降低，通量大，且液流易于铺展成液膜，液膜的表面更新迅速。因此，新型填料的开发主要是改进填料的形状。

(1) 填料的种类

常用的填料有散装和规整填料两大类，前者可以在塔内乱堆，也可以整砌。

（1）拉西环拉西环是于1914年最早使用的人造填料。它是一段高度和外径相等的短管，可用陶瓷和金属制造。拉西环形状简单，制造容易，其流体力学和传质方面的特性比较清楚，曾得到极为广泛的应用。

但是，大量的工业实践表明，拉西环由于高径比太大，堆积是相邻之间容易形成线接触、填料层的均匀性较差。因此，拉西环填料层中的液体存在着严重的壁流和沟流现象。目前，拉西环填料在工业上应用日趋减少。

（2）鲍尔环鲍尔环是在拉西环的基础上发展起来的，是近期具有代表性的一种填料。鲍尔环的构造是在拉西环的壁上沿周向冲出一层或两层长方形小孔，但小孔的母材不脱离圆环，而是将其向内弯向环的中心。鲍尔环这种构造提高了环内空间和环内表面的有效利用程度，使气体流动阻力大为降低，因而对真