化工原理课程之二氧化硫吸收设计

目录

目录 (1)

摘要 (3)

第1章绪论 (4)

1.1吸收技术概况 (4)

1.2吸收设备的发展 (6)

1.3吸收在工业生产中的应用 (7)

第2章设计方案 (7)

2.1吸收剂的选择 (7)

2.2吸收流程的选择 (8)

2.2.1气体吸收过程分类 (8)

2.2.2吸收装置的流程 (8)

2.3吸收塔设备及填料的选择 (9)

2.3.1吸收塔设备 (9)

2.3.2填料的选择 (9)

2.4吸收剂再生方法的选择 (10)

2.5操作参数的选择 (10)

第3章吸收塔的工艺计算 (11)

3.1基础物性数据 (11)

3.1.1液相物性数据 (11)

3.1.2气相物性数据 (11)

3.1.3气液相平衡数据 (12)

3.2物料衡算 (12)

3.3塔径计算 (13)

3.3.1塔径的计算 (13)

3.3.2泛点率校核： (13)

3.3.4液体喷淋密度得校核： (14)

3.4填料层高度的计算 (14)

3.4.1传质单元数的计算 (14)

3.4.2传质单元高度的计算 (14)

3.4.3填料层高度的计算 (16)

3.5填料塔附属高度的计算 (16)

3.6液体分布器计算 (17)

3.6.1液体分布器的选型 (17)

3.6.2布液孔数的计算 (17)

3.6.3布液计算 (18)

3.7其他附属塔内件的选择 (18)

3.7.1填料支承装置的选择 (18)

3.7.2填料压紧装置 (18)

3.7.3塔顶除雾器 (19)

3.8吸收塔的流体力学参数计算 (19)

3.8．1吸收塔的压力降 (19)

3.8.2吸收塔的泛点率 (20)

3.8.3气体动能因子 (20)

3.9附属设备的计算与选择 (21)

3.9.1离心泵的选择与计算 (21)

3.9.2吸收塔主要接管尺寸选择与计算 (22)

工艺设计计算结果汇总与主要符号说明 (22)

设计过程的评述和有关问题的讨论 (25)

主要参考文献 (26)

结束语 (27)

吸收操作系统的工艺流程图 (29)

吸收操作系统的设备条件图 (30)

摘要

气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气

液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。一般说来，完整的吸收过程应包括吸收和解

吸两部分。在化工生产过程中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等

方面都广泛应用到气体吸收过程。填料塔由于其通量大，阻力小，压降低，操作弹性大，塔内

持液量小，填料易用耐腐蚀材料制造，结构简单，分离效率高等优点，使得其在某些处理量

大要求压降小的分离过程中得到了广泛的应用并作为主要设备之一，越来越受到青睐。

SO。对于气体的吸收应该采用气液传质设备填料塔，本设计任务是用20℃清水洗收录其中的2

SO属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用因为它具有较高的比表面积。用水吸收2

逆流吸收流程。在此吸收过程中，操作温度及操作压力较低，选用塑料散装填料。因塑料阶梯

环的综合性能较好，所以选用DN8聚丙烯阶梯环填料。梁型支承板的性能优良，有利于气液

传质，因此选用梁型支承板。因该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液

体分布器。

SO-- 填料塔-- 逆流

关键词:吸收--2

第1章绪论

1·1吸收技术概况

利用混合气体中各组分在同一种溶剂（吸收剂）中溶解度的不同分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收是分离气体混合物最常见的单元操作之一。

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。吸收塔操作示意图如图片2-1所示。

在工业生产中，除以制取溶液产品为目的的吸收(如用水吸收HCl气制取盐酸等)之外，大都要将吸收液进行解吸，以便得到纯净的溶质或使吸收剂再生后循环使用。解吸也称为脱吸，它是使溶质从吸收液中释放出来的过程，解吸通常在解吸塔中进行。图片2-2所示为洗油脱除煤气中粗苯的流程简图。图中虚线左侧为吸收部分，在吸收塔中，苯系化合物蒸汽溶解于洗油中，吸收了粗苯的洗油(又称富油)由吸收塔底排出，被吸收后的煤气由吸收塔顶排出。图中虚线右侧为解吸部分，在解收塔中，粗苯由液相释放出来，并为水蒸汽带出，经冷凝分层后即可获得粗苯产品，解吸出粗苯的洗油(也称为贫油)经冷却后再送回吸收塔循环使用。

吸收塔设备是气液接触的传质设备，一般可分为逐级接触型和微分接触型两类。板式塔属于逐级接触型的气液传质设备，它是在塔体内按照一定距离设置许多塔盘，气体以鼓泡或喷射的方式穿过塔盘上的液层。填料塔属于微分接触型气液传质设备，它是在塔体内装有一定数量

的填料，填料的作用是提供气液间的传质面积。在塔内液体沿填料表面下流，形成一层薄膜，气体沿填料空隙上升，在填料表面的液层与气体的界面上进行传质过程[2]。

1·2 吸收设备的发展

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。其中填料塔的应用较为广泛。

填料塔的历史较久，早在19世纪中期已开始用于生产，到20世纪初，人们以碎石、短管段等为填料用来蒸馏原油，改进了原来的釜式蒸馏技术，促进了石油工业的发展。但由于当时对填料两相的流动研究很少，塔的优越性未能全部发挥，故不久就为泡罩塔所取代。后来随着石油、酸碱、肥料、石油化工等工业的飞速发展，人们对填料塔的实践和认识才进一步不断加深，制造了多种形式的填料；对填料塔的压降和泛点得出了较为可靠的关联式，为设计和操作提供了依据[3]。

填料塔，它由外壳、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，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。

塔填料的研究与应用已获得长足的发展，鲍尔环、阶梯环、莱佛厄派克环、金属环矩鞍等的出现标志着散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的突破。规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下，倍受重视，已成为塔填料的重要品种。其中金属与塑料波纹板造价适中，抗污力强，操作性能好，并易于工业应用，可作为通用填料使用；栅格填料对液体负荷和允许压降要求苛刻的过程十分有利，并具有自净机能，即使应用在污垢系统也能长期稳定运转；脉冲填料独特的结构使之在大流量、大塔径下也不会发生偏流，极易工业放大，从发展上看很有希望。

近年来，工程界对填料塔进行了大量的研究工作，主要集中在以下几个方面：

(1)开发多种形式、规格和材质的高效、低压降、大流量的填料；

(2)与不同填料相匹配的塔内件结构；

(3)填料层中液体的流动及分布规律；

(4)蒸馏过程的模拟。

填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等。对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推荐用于0.6～0.7m以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他性能内件的开发，以及人们对填料流体力学，放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展[4]。