化工单元过程及设备设计

640
0.92
19000
570
0.93
7000
430
0.95
1870
400
0.95
42900
150
0.901
15800
98
0.89
6500
74.8
0.901
6100
73.7
0.9
1930
70.9
0.92
比表面积 /(m2/m3)
190 126 93 76 220 150 110 68 175 155 112 92.7 72.2
用 单塔吸收流程。若过程的分离要求较高，使用单塔操作时，所需的塔体过高，或采用两 步吸收流程时，则需要采用多塔流程，图 3是一个典型的双塔吸收流程。
图1 吸收过程流程示意图
图3 双塔吸收流程
设计方案
3、逆流吸收与并流吸收 吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作，如图4所示，由于逆流操作
具有传质推动力大，分离效率高的显著优点而广泛应用。工程上如无特别需要，一般均采 用逆流吸收流程。
填料因子 （干）/m-1
299 269 153 131 223 278 126 273.5 185.5 127.4 312.8 175.8 143.2 112.3
填料塔的工艺设计
填料名称 陶瓷 塑料
公称直径 /mm
25 38 50 76 16 25 76
表2 矩鞍填料结构参数
个数 /(1/m3)
堆积密度 /(kg/m3)
0.94
11600
400
0.95
81500
97.8
0.9
27200
57.5
0.91
10740
54.3
0.927
3420
68.4
0.929
比表面积 /(m2/m3)
239 219 129 112.3 108.8 105.6 63.4 220 154.3 109.2 228 132.5 114.2 90
孔隙率 /%
58230 19680 8243 2400 365009 97680 3700
544 502 470 537.7 167 133 104.4
0.722 0.804 0.728 0.752 0.806 0.847 0.855
➢ 第一节 概述 ➢ 第二节 设计方案 ➢ 第三节 填料塔的工艺设计 ➢ 第四节 吸收过程设计实例
概述
气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物 的分离操作，其基本原理是利用气体混合物中各组 分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组 分分离的单元操作，如图1为一典型的气体吸收过 程。 吸收过程的工艺设计，要完成以下工作； 1、确定吸收过程设计方案； 2、确定工艺参数； 3、过程设备选型或设备设计； 4、绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图； 5、编写工艺设计说明书。
鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。所用的材质有陶瓷、塑料、石墨、玻璃以及金属 等，其结构特征及主要结构参数分别见图7~10和表1~4。
填料塔的工艺设计
图7 环形填料结构示意图
图8 鞍形填料结构示意图
图9 金属环矩鞍填料结构示意图
图10 球形填料结构示意图
填料塔的工艺设计
填料名称 瓷拉西环 钢拉西环
图1 吸收过程流程示意图
设计方案
一、吸收剂的选择
对于吸收操作，选择适宜的吸收剂，具有十分重要的意义，其对吸收操作过程的 经济性有直接影响。一般情况下，选择吸收剂，要遵循以下原则。
✓ 对溶质的溶解度大 ✓ 对溶质有较高的选择性 ✓ 不易挥发 ✓ 再生性能好
设计方案
二、吸收流程选择
1、一步吸收流程和两步吸收流程 一步吸收流程如图1所示，一般用于混合气体溶质浓度较低，过程分离要求不高，
塑料鲍尔环
公称直径 /mm 25 40 50 80 25 35 50 76 25 38
50（#） 50（*）
76
表1 环形填料结构特性参数
个数 /(1/m3)
堆积密度 /(kg/m3)
孔隙率 /%
49000
505
0.78
127000
577
0.75
6000
457
0.81
1910
714
0.68
55000
填料塔的工艺设计
填料塔是化工分离过程的主体设备之一， 结构见图6。其工艺设计内容主要包括如下： 1、塔填料的选择； 2、塔径的计算； 3、填料层高度的计算； 4、液体分布器和液体再分布器的设计； 5、气体分布装置的设计； 6、填料支撑装置的设计； 7、塔底空间容积和塔顶空间容积的设计； 8、填料塔的流体动力学参数核算。
图4 逆流与并流吸收流程
设计方案
4、部分溶剂循环吸收流程 由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，当液相喷淋量过小时，
将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以 采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善塔的操作条件，如图5。
图5 部分溶剂循环吸收流程
选用一种吸收剂即可完成吸收任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也 高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，或虽能达到分离要求，但过程的操作费用 较高，从经济性的角度分析不够适宜时，考虑采用两步吸收流程，见图2。
图1 吸收过程流程示意图
ห้องสมุดไป่ตู้
图2 两步吸收流程
设计方案
2、单塔吸收流程和多塔吸收流程 单塔吸收流程如图1，是吸收过程中最常用的流程，如过程无特别需要，则一般采
表1 环形填料结构特性参数
个数 /(1/m3)
堆积密度 /(kg/m3)
孔隙率 /%
143000
216
0.928
55900
427
0.934
13000
365
0.945
6500
395
0.949
9091
516
0.787
9300
483
0.744
2517
420
0.795
97160
439
0.93
31890
475.5
图6 填料塔结构示意图
填料塔的工艺设计
一、填料塔的选择 （一）填料塔的分类及结构
塔填料是填料塔中的气液相间传质元件，其种类繁多，性能各异。按填料的结构及 其使用方式可以分为散堆填料和规整填料两大类。各类有不同的结构系列，同一结构系 列中有不同的尺寸和不同的材质，可供设计时选用。
1、散堆填料 散堆填料一般以随机的方式堆积在塔内，根据其结构特点的不同，可分为环形填料、
填料因子 （干）/m-1
400 305 177 243 290 190 130 80 239 220 154 127 94
填料塔的工艺设计
填料名称 钢鲍尔环 瓷质阶梯环 钢质阶梯环 塑料阶梯环
公称直径 /mm 16 25 38 50
50（*） 50（#）
76 25 38 50 25 38 50 76