填料塔化工原理课程设计(DOC37页)gmuv.doc
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1、内蒙古科技大学课程设计说明书Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.摘要在化工生生产中,气气体吸收收过程是是利用气气体混合合物中,各各组分在在液体中中溶解度度或化学学反应活活性的差差异,在在气液两两相接触触是发生生传质,实实现气液液混合物物的分离离。在化化学工业业中,经经常需将将气体混混合物中中的各个个组分加加以分离离,其目目的是: 回收或捕捕获气体体混合物物中的有有用物质质,以制制取产品品; 除去工艺艺气体中中的有害害成分,使使气体净净化,以以便进一一步加工工处理;或除去去工业放放空尾气气中的有
2、有害物,以以免污染染大气。 实际过过程往往往同时兼兼有净化化和回收收双重目目的。吸收是利利用混合合气体中中各组分分在液体体中的溶溶解度的的差异来来分离气气态均相相混合物物的一种种单元操操作。在在化工生生产中主主要用于于原料气气的净化化,有用用组分的的回收等等。气液两相相的分离离是通过过它们密密切的接接触进行行的,在在正常操操作下,气气相为连连续相而而液相为为分散相相,气相相组成呈呈连续变变化,气气相中的的成分逐逐渐被分分离出来来。填料料塔是气气液呈连连续性接接触的气气液传质质设备,属微分接触逆流操作过程。塔的底部有支撑板用来支撑填料,并允许气液通过。支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。填料层的
3、上方有液体分布装置,从而使液体均匀喷洒于填料层上。填料层的空隙率超过90%,一般液泛点较高,单位塔截面积上填料塔的生产能力较高,研究表明,在压力小于0.3MPa时,填料塔的分离效率明显优于板式塔。这次课程程设计的的任务是是用水吸吸收空气气中的二二氧化硫硫,然后后再进行行解吸处处理得到到二氧化化硫。要要求设计计包括塔塔径、填填料塔高高度、塔塔管的尺尺寸等,需需要通过过物料衡衡算得到到所需要要的基础础数据,然然后进行行所需尺尺寸的计计算得到到各种设设计参数数,为图图的绘制制打基础础,提供供数据参参考。目录摘要I目录III第一章设设计方案案的内容容11.1流流程方案案11.2设设备方案案1第二章设设
4、计方案案的确定定22.1吸吸收流程程选择222.1.1吸收收工艺流流程的确确定22.1.2流程程装置的的确定332.2吸吸收剂的的选择332.3吸吸收剂再再生方法法的选择择42.4操操作温度度和压力力的确定定42.4.1操作作温度的的确定442.4.2操作作压力的的确定55第三章吸吸收塔设设备及填填料类型型与选择择63.1吸吸收塔设设备的选选择63.2填填料类型型的选择择63.3填填料规格格的选择择73.4填填料材质质的选择择7第四章吸吸收塔工工艺条件件的计算算84.1基基础物性性数据884.1.1液相相物性数数据84.1.2气相相物性数数据84.2确确定气液液平衡的的关系994.3吸吸收剂及
5、及操作线线的确定定94.3.1吸收收剂用量量的确定定94.3.2操作作线方程程的确定定104.4塔塔径计算算114.4.1采用用Eckkertt通用关关联图法法计算泛泛点速率率114.4.2操作作气速:134.4.3塔径径计算:134.4.4单位位高度填填料层压压降的校校核1444.5填填料层高高度计算算144.5.1传质质系数的的计算1144.5.2 填填料层高高度1774.6填填料塔附附属高度度的计算算18第五章填填料吸收收塔附属属装置的的选型1195.1液液体分布布器的简简要设计计195.1.1液体体分布器器的选型型195.1.2分布布点密度度及布液液孔数的的计算2205.2.塔底液液体
6、保持持管高度度的计算算215.3其其它附属属塔内件件的选择择225.3.1 填填料支撑撑板2225.3.2 填填料压紧紧装置与与床层限限制板222第六章辅辅助设备备的选型型236.1管管径的选选择2336.1.1进液液管管径径236.1.2出液液管管径径236.1.3进气气管管径径246.1.4出气气管管径径246.2泵泵的选取取:2446.3风风机的选选型:226第七章关关于填料料塔设计计的选材材27参考文献献28附录299致谢34442第一章 设计方方案的内内容1.1流流程方案案指完成设设计任务务书所达达的任务务采用怎怎样的工工艺路线线,包括括需要哪哪些装置置设备,物物料在个个设备间间的走
7、向向,哪些些地方需需要有观观测仪表表、调节节装置,那那些取样样点以及及是否需需要有备备用设备备等,按按上述内内容绘制制流程图图。1.2设设备方案案根据设备备要求,确确定选用用什么形形式的设设备。如如吸收塔塔选用板板式塔还还是填料料塔,为为什么选选用填料料塔。若若选用填填料塔,塔塔内填料料的形式式、尺寸寸和材质质如何选选定。方方案的确确定需要要加以论论证在技技术上可可行的基基础上考考虑经济济性。第二章 设设计方案案的确定定2.1吸吸收流程程选择2.1.1吸收收工艺流流程的确确定工业上使使用的吸吸收流程程多种多多样,可可以从不不同的角角度进行行分类,从从所用的的吸收剂剂的种类类看,有有仅用一一种吸
8、收收剂的一一步吸收收流程和和使用两两种吸收收剂的两两部吸收收流程,从从所用的的塔设备备数量看看,可分分为单塔塔吸收流流程很多多塔吸收收流程,从从塔内气气液两相相得流向向可分为为逆流吸吸收流程程、并流流吸收流流程等基基本流程程,此外外,还有有用于特特定条件件下的部部分溶剂剂循环流流程。(一)一一步吸收收流程和和两部吸吸收流程程一步流程程一般用用于混合合气体溶溶质浓度度较低,同同时过程程的分离离要求不不高,选选用一种种吸收剂剂即可完完成任务务的情况况。若混混合气体体中溶质质浓度较较高且吸吸收要求求也高,难难以用一一步吸收收达到规规定的吸吸收要求求,但过过程的操操作费用用较高,从从经济性性的角度度分
9、析不不够适宜宜时,可可以考虑虑采用两两步吸收收流程。(二)单单塔吸收收流程和和多塔吸吸收流程程单塔吸收收流程是是吸收过过程中最最常用的的流程,如如过程无无特别需需要,则则一般采采用单塔塔吸收流流程。若若过程的的分离要要求较高高,使用用单塔操操作时,所所需要的的塔体过过高,或或采用两两步吸收收流程时时,则需需要采用用多塔流流程(通通常是双双塔吸收收流程)(三)逆逆流吸收收与并流流吸收吸收塔或或再生塔塔内气液液相可以以逆流操操作也可可以并流流操作,由由于逆流流操作具具有传质质推动力力大,分分离效率率高(具具有多个个理论级级的分离离能力)的的显着优优点而广广泛应用用。工程程上,如如无特别别需要,一一
10、般均采采用逆流流吸收流流程。(四)部部分溶剂剂循环吸吸收流程程由于填料料塔的分分离效率率受填料料层上的的液体喷喷淋量影影响较大大,当液液相喷淋淋量过小小时,将将降低填填料塔的的分离效效率,因因此当塔塔的液相相负荷过过小而难难以充分分润湿填填料表面面时,可可以采用用部分溶溶剂循环环吸收流流程,以以提高液液相喷淋淋量,改改善塔的的操作条条件。本设计采采用单塔塔逆流操操作。2.1.2流程装装置的确确定常用的吸吸收装置置流程主主要有逆逆流操作作、并流流操作、吸吸收及部部分再循循环操作作、多塔塔串联操操作、串串联并联操操作,根根据设计计任务、工工艺特点点,结合合各种流流程的优优缺点,采采用常规规逆流操操
11、作的流流程,传传质平均均推动力力大,传传质速率率快,分分离效率率高,吸吸收及利利用率高高。流程程如下图图:图2.11工艺流流程图2.2吸吸收剂的的选择吸收剂的的选择应应考虑以以下几方方面:(1)溶溶解度: 吸收剂剂对溶质质的溶解解度要大大,以提提高吸收收速率并并减少吸吸收剂的的用量。(2)选选择性: 吸收剂剂对溶质质组分有有良好的的溶解能能力,对对其他组组分不吸吸收或甚甚微。(3)挥挥发度:操作温温度下吸吸收剂的的蒸汽压压要低,以以减少吸吸收和再再生过程程的挥损损失。(4)粘粘度: 吸收剂剂在操作作温度下下粘度要要低,流流动性要要好,以以提高传传质和传传热速率率。(5)其其他: 所选用用的吸收
12、收剂尽量量要无毒毒性、无无腐蚀性性、不易易爆易燃燃、不发发泡、点点低、廉廉价易得得及化学学性质稳稳定一般来说说,任何何一种吸吸收剂都都难以满满足以上上所有要要求,选选用是要要针对具具体情况况和主要要因素,既既考虑工工艺要求求又兼顾顾到经济济合理性性。本设计采采用水作作为吸收收剂,二二氧化硫硫作为溶溶质。2.3吸吸收剂再再生方法法的选择择依据所用用的吸收收剂不同同可以采采用不同同的再生生方案,工工业上常常用的吸吸收剂再再生方法法主要有有减压再再生、加加热再生生及气提提再生等等。A. 减压再生生(闪蒸蒸)吸收剂的的减压再再生是最最简单的的吸收剂剂再生方方法之一一。在吸吸收塔内内,吸收收了大量量溶质
13、后后的吸收收剂进入入再生塔塔并减压压,使得得融入吸吸收剂中中的溶质质得以再再生。该该方法最最适用于于加压吸吸收,而而且吸收收后的后后续工艺艺处于常常压或较较低压力力的条件件,如吸吸收操作作处于常常压条件件下进行行,若采采用减压压再生,那那么解吸吸操作需需要在真真空条件件下进行行,则过过程可能能不够经经济B. 加热再生生加热再生生也是吸吸收剂再再生最常常用的方方法。吸吸收了大大量溶质质后的吸吸收剂进进入再生生塔内并并加热使使其升温温,溶入入吸收剂剂中的溶溶质得以以解吸。由由于再生生温度必必须高于于吸收温温度,因因而,该该方法最最适用于于常温吸吸收或在在接近于于常温的的吸收操操作,否否则,若若吸收
14、温温度较高高,则再再生温度度必然更更高,从从而,需需要消耗耗更高品品位的能能量。一一般采用用水蒸气气作为加加热介质质,加热热方法可可依据具具体情况况采用直直接蒸汽汽加热或或采用间间接蒸汽汽加热。2.4操操作温度度和压力力的确定定2.4.1操作温温度的确确定对于物理理吸收而而言,降低操操作温度度,对吸收收有利.但低于于环境温温度的操操作温度度因其要要消耗大大量的制制冷动力力而一般般是不可可取的,所以一一般情况况下,取常温温吸收较较为有利利.对于特特殊条件件的吸收收操作方方可采用用低于或或高于环环境的温温度操作作.对于化学学吸收,操作温温度应根根据化学学反应的的性质而而定,既要考考虑温度度对化学学
15、反应速速度常数数的影响响,也要考考虑对化化学平衡衡的影响响,使吸收收反应具具有适宜宜的反应应速度.对于再生生操作,较高的的操作温温度可以以降低溶溶质的溶溶解度,因而有有利于吸吸收剂的的再生.而对本设设计而言言,由吸吸收过程程的气液液关系可可知,温温度降低低可增加加溶质组组分的溶溶解度,即即低温有有利于吸吸收,但但操作温温度的低低限应有有吸收系系统的具具体情况况决定。依依据本次次设计要要求,操操作温度度定为220。2.4.2操作作压力的的确定操作压力力的选择择根据具具体情况况的不同同分为三三种:对于物理理吸收,加压操操作一方方面有利利于提高高吸收过过程的传传质推动动力而提提高过程程的传质质速率,
16、另一方方面,也可以以减小气气体的体体积流率率,减小吸吸收塔径径.所以操操作十分分有利.但工程程上,专门为为吸收操操作而为为气体加加压,从过程程的经济济性角度度看是不不合理的的,因而若若在前一一道工序序的压力力参数下下可以进进行吸收收操作的的情况下下,一般是是以前道道工序的的压力作作为吸收收单元的的操作压压力.对于化学学吸收,若过程程由质量量传递过过程控制制,则提高高操作压压力有利利,若为化化学反应应过程控控制,则操作作压力对对过程的的影响不不大,可以完完全根据据前后工工序的压压力参数数确定吸吸收操作作压力,但加大大吸收压压力依然然可以减减小气相相的体积积流率,对减小小塔径仍仍然是有有利的.对于
17、减压压再生(闪蒸)操作,其操作作压力应应以吸收收剂的再再生要求求而定,逐次或或一次从从吸收压压力减至至再生操操作压力力,逐次闪闪蒸的再再生效果果一般要要优于一一次闪蒸蒸效果.本设计中中由吸收收过程的的气液平平衡可知知,压力力升高可可增加溶溶质组分分的溶解解度,即即加压有有利于吸吸收。但但随着操操作压力力的升高高,对设设备的加加工制造造要求提提高,且且能耗增增加,综综合考虑虑,采用用常压1101.3255kPaa。第三章 吸吸收塔设设备及填填料类型型与选择择3.1吸吸收塔设设备的选选择对于吸收收过程,能能够完成成其分离离任务的的塔设备备有多种种,如何何从众多多的塔设设备中选选择合适适的类型型是进
18、行行工艺设设计得首首要工作作。而进进行这一一项工作作则需对对吸收过过程进行行充分的的研究后后,并经经多方案案对比方方能得到到较满意意的结果果。一般般而言,吸吸收用塔塔设备与与精馏过过程所需需要的塔塔设备具具有相同同的原则则要求,即即用较小小直径的的塔设备备完成规规定的处处理量,塔塔板或填填料层阻阻力要小小,具有有良好的的传质性性能,具具有合适适的操作作弹性,结结构简单单,造价价低,易易于制造造、安装装、操作作和维修修等。在液体流流率很低低难以充充分润湿湿填料,或或塔径过过大,使使用填料料塔不很很经济的的情况下下,以采采用板式式塔为宜宜。但作作为吸收收过程,一一般具有有操作液液气比大大的特点点,
19、因而而更适用用于填料料塔。此此外,填填料塔阻阻力小,效效率高,有有利于过过程节能能,所以以对于吸吸收过程程来说,以以采用填填料塔居居多。本次吸收收塔设计计选择填填料吸收收塔。3.2填填料类型型的选择择工业上填填料按形形状和结结构可分分为散装装填料和和规整填填料两类类(65-67页): (1) 散装填填料 以随机机的方式式堆积在在塔内,以以下是几几种典型型的散装装填料:拉西环填填料 最早的的工业填填料,但但因性能能较差,目目前工业业上已经经很少使使用鲍尔环填填料 是在拉拉西环基基础上的的改进,利利用率有有了很大大提高阶梯环填填料 对鲍尔尔环的改改进,为为目前所所使用的的环形填填料最为为优良的的一
20、种弧鞍 填填料 一般采采用瓷质质材料,易易碎,工工业中不不常用环矩鞍填填料 集环型型与鞍型型优点,是是工业应应用最广广的一种种金属散散装填料料(2) 规整填填料 以一定定的几何何形状,整整齐堆砌砌,工业业用多为为波纹填填料,其其优点是是结构紧紧凑、传传质效率率高、处处理量大大,但不不易处理理粘度大大或有悬悬浮物的的物料,且且造价高高。根据分离离工艺的的要求,考考虑以下下因素:(1)传传质效率率 在满足足工艺条条件的前前提下,选选用传质质效率高高,即HETTP(或HTUU)低的填填料。(2)通通量 保证较较高的传传质效率率前提下下,选用用有较高高泛点或或气相动动能因子子的填料料。(3)填填料层压
21、压降 压降越越小,动动力耗费费越少,操操作费用用越小。(4)操操作性能能 填料具具有较大大操作弹弹性,且且具有一一定的抗抗污堵、抗抗热敏能能力等。3.3填填料规格格的选择择(1)散散装填料料常用主主要有116、25、38、50、76等几种种规格。一般推荐荐: 300时,选25的填填料;时时,选2538的填填料;时,选选用的填填料,但但一般大大塔中常常用的填填料。(2)规规整填料料 从分离离要求、通通量要求求、场地地条件、物物料性质质及设备备投资、操操作费用用等方面面综合考考虑,既既考虑工工艺要求求又兼顾顾到经济济合理性性(67-68页)。3.4填填料材质质的选择择(1)陶陶瓷 具有耐耐腐性及及
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