【正文】 226 塑料鮑爾環(huán) 550 280 184 140 92 金屬鮑爾環(huán) 410 117 160 塑料階梯環(huán) 260 170 127 金屬階梯環(huán) 260 160 140 金屬環(huán)矩鞍 170 150 135 120 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 19 （《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》表 68） 查表地 φF=200m1 uF= Ygρ L φFψρ Vμ L = 1 =取 u=uF = =因?yàn)?D= 4Vsπ u 所以 D= 4 26043600 ≈ 圓整塔徑 ,取 D= 泛點(diǎn)率校核：由于泛點(diǎn)附近流體力學(xué)性能的不穩(wěn)定性，一般較難穩(wěn)定操作，故一般要求泛點(diǎn)率在 50%85%之間，而對于易起泡的物系可低于 40%； ［ 13］u= 26043600 = = uuF = 100％ =52％ (在允許 范圍 50%85%內(nèi) ) 填料規(guī)格校核 Dd =140038 =8(在允許范圍內(nèi) ) 以上式中： uF— 泛點(diǎn)氣速， m/s； u空塔氣速 ,m/s； ρ L— 液體密度， kg/m3； ρ G— 氣體密度， kg/m3； WG， WL— 氣液相質(zhì)量流量， kg/h； g— 重力加速度， ； μ L— 液體黏度， mp/s； φ 填料因子， 1/ m； 液體噴淋密度的求法 ： 填料塔的液體噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量，其 計(jì)算式為： U= 式中： U— 液體噴淋密度， m3/(m ［ 12］ 填料的泛點(diǎn)氣速可由 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖查得， 氣相質(zhì)量流量為： WG=qvρ vm=2604 =液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即： WL= =采用 Ecekert 通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)氣速 UF。 h) 查手冊得 SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 : Dv= 105m2/s=(依 D=D0(P0/P)(T/T0)，其中 273k 時(shí)， 105Pa 時(shí) SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 105m2/s,查《化學(xué)工程基礎(chǔ)》 氣液相平衡數(shù)據(jù) 由手冊查得。選用時(shí)應(yīng)從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術(shù)要求，又 具有經(jīng)濟(jì)合理性。 容易處理，堆積密度高，水分含量低，低塵，無毒性。 和 45176。矩鞍環(huán)填料床層具有較大的空隙率，床層內(nèi)多為圓弧形液體通道，減少了氣體通過床層的阻力，也使液體向下流動時(shí)的徑向擴(kuò)散系數(shù)減小。鮑爾環(huán)是一種應(yīng)用較廣的填料。 填料的類型 填料有以下幾種：根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料。 I [M2(Ⅰ )M(Ⅱ )] `! p m% z5 t7 h u( ? X 式中 M2(Ⅰ )和 M(Ⅱ )分別為為一價(jià)和二價(jià)金屬離子，多半是鈉和鈣， n 稱為沸石的硅鋁比，硅主要來自于硅酸鈉和硅膠，鋁則來自于鋁酸鈉和 Al(HO)3 等，它們與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)制得的膠體物，經(jīng)干燥后便成沸石，一般n=2~10,m=0~9?；罨椒煞譃閮纱箢?，即藥劑活化法和氣體活化法。粗孔硅膠在相對濕度飽和的條件下，吸 收 量可達(dá)吸 收 劑 重量的８０％以上，而在低濕度條件下，吸 收 量大大低于細(xì)孔硅膠。 (5) 其它 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 8 二、 吸收劑的選擇 選擇的依據(jù) 吸收是氣體溶質(zhì)在吸收劑中溶解的過程。相反，如果在吸收過程中氣體溶質(zhì)與溶劑 (或其中的活潑組分 )發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)吸收。 ○ 5 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕能力。屬大型薄壁容器。 ○ 4 環(huán)境保護(hù)，綜合利用。歸納起來主要用于以下幾個(gè)方面。由于現(xiàn)代鋼鐵、氮肥、化工及火箭等技術(shù)的發(fā)展，氧、氮及 稀有氣體 的用量迅速增加。 填料塔結(jié)構(gòu)示意圖 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 3 （ 2）填料塔的應(yīng)用 聚炳烯槽填料塔隨著新型塔填料的相繼開發(fā)和應(yīng)用，填料塔的優(yōu)點(diǎn)更顯突出，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。瓷環(huán)包括三 Y 環(huán)、拉西環(huán)、十字隔板環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)、異鞍環(huán)、共軛環(huán) 等等。結(jié)構(gòu)較簡單，檢修較方便。 吸收塔是實(shí)現(xiàn)吸收操作的設(shè)備。 但由于填料塔具有結(jié)構(gòu)簡單、 生產(chǎn)能力大 、 分離效率高 、 壓降小 、 持液量 小 、 操作彈性大 、阻力小、加工容易、吸收效果好等優(yōu)點(diǎn)，因此在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。 本設(shè)計(jì)任務(wù)是 25℃ 清水吸收其中的二氧化硫。 所以選用 DN38 的瓷矩鞍。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。人們正在對高壓精餾填料塔進(jìn)行研究，企圖從填料塔的結(jié)構(gòu)和操作方法上予以解決，例如有人提出填料層分段乳化操作或采用超重力場分離等。氣體吸收的原理是，根據(jù)混合氣體中各組分在某液體溶劑中的溶解度不同而將氣體混合物進(jìn)行分離。如氨合成原料氣中的CO2 用水或堿液吸收，以防止氨合成催化劑中毒。 ［ 4］ 下面舉一個(gè) 火電廠煙氣濕法脫硫 的例子 煙氣濕法脫硫是當(dāng)今國際上 85%左右大型火電廠采用的工藝流程 , 而我國火電廠的煙氣脫硫尚處于技術(shù)開發(fā)階段。 本塔為氣液逆向反應(yīng)的立式塔 , 其大致結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 7 第三 章 設(shè)計(jì)方案的選定 一、 布置工藝流程 氣體吸收的分類 氣體吸收過程通常按以下方法分類。 (4) 等溫吸收與非等溫吸收 氣體溶質(zhì)溶解于液體時(shí)，常由于溶解熱或化學(xué)反應(yīng)熱，而產(chǎn)生熱效應(yīng)，熱效應(yīng)使液相的溫度逐漸升高，這種吸收稱為非等溫吸收。 (1) 溶解度 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度越大，則傳質(zhì)推動力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少。 常用吸 收 劑的性能簡介如下 + B* B* j+ ~amp。 Z9 h% p 活性氧化鋁是由鋁的水合物加熱脫水制成，它的性質(zhì)取決于最初氫氧化物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，一般都不是純粹的 Al2O3,而是部分水合無定形的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其中不僅有無定形的凝膠，還有氫氧化物的晶體?；钚蕴亢泻芏嗝?xì)孔構(gòu)造所以具有優(yōu)異的吸 收 能力。它已廣泛用于氣體吸 收 分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分離。現(xiàn)介紹幾種較為典型的散裝填料 : 拉西環(huán) 、 鮑爾環(huán) 、 階梯環(huán) 、 弧鞍填料 、 矩鞍填料 、 金屬環(huán)矩鞍 、 填料 球形填料 拉西環(huán) （ 1）拉西環(huán)填料于 1914 年由拉西（ F. Rashching）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。 格柵填料 （ 1）格柵填料是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結(jié)構(gòu)形式 。 排列。 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 14 （ 1） 散裝填料規(guī)格的選擇 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 DN1 DN2DN3 DN50、 DN76 等幾種規(guī)格。 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 15 第四章 吸收塔的工藝計(jì)算 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 液相物性數(shù)據(jù) 對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。 L－純吸收劑的流量； kmol/h。 此圖適用于 散裝 填料，如拉西環(huán)、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鮑爾環(huán)等，其上還繪制了整砌拉西環(huán)和弦柵填料兩種規(guī)整填料的泛點(diǎn)曲線。 對于散裝填料，其最小噴淋密度通常采用下式計(jì)算： Umin=(Lw)min? t 式中： Umin— 最小噴淋密度 ,m3/(m2下面介紹計(jì)算的恩田（ ONDA） 公式，該公式為 ： ? w ? t =1exp{（? C? L）( UL? tμ L )(UL2?tρ L2g )（ UL2ρ L? L? t ）} 式中：? w— 單位體積填料層的潤濕面積， m2/m3； ? t— 填料的總比表面積， m2/m3； ? L— 液體表面張力， N/m； ? C— 填料上液體鋪展開的最大表面張力， N/m； UL— 液體通過空塔截面的質(zhì)量流速， kg/(m2 h）］ 得： kG= ( )（ ） 1/3（ 138 298） = 液膜傳質(zhì)系數(shù)由下式計(jì)算： kL=( UL?Wμ L )2/3( μ LρLDL )（ μ LgρL ） 1/3 式中： ρL— 液體的密度， kg/m3； UL— 液體的質(zhì)量流速 kg/ms μ L— 液相的黏度， Pa 所以： HOG= = 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 因?yàn)椋?Y*=mX 所以： Y1*=mX1= = Y2*=mX2= 0=0 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： NOG= Y1Y2△ Ym △ Ym=(Y1Y1*)(Y2Y2*)ln Y1Y1* Y2Y2* 式中： Y1， Y2— 進(jìn)出吸收塔氣體的摩爾比； 其中 Y1= Y2= Y1*= Y2*=0 則： NOG= 填料層高度 Z=HOG NOG= = 式中： Z— 填料層高度， m； HOG— 氣相傳質(zhì)單元高度， m； NOG— 氣相傳質(zhì)單元數(shù)。 s； φ — 填料因子， 1/m ； g— 重力加速度， 。在通常情況下，滿足各種填料質(zhì)量分布要求的適宜噴淋點(diǎn)見下表，在選擇填料的噴淋點(diǎn)密度時(shí)應(yīng)該遵循填料的效率越高，所需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律，依所選用的填料，確定單位面積的噴淋點(diǎn)后，在根據(jù)塔的截面積即可求得分布器的布液孔數(shù)。 液體高度的確定應(yīng)和布液孔的直徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，使各項(xiàng)參數(shù)均在適宜的范圍內(nèi)。根據(jù)要求，也可以采用環(huán)形管式多孔分布器。主管與支管直徑由送液推動力決定，如用液柱靜壓送液，中間垂直工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 29 管和水平主管內(nèi)的流速為 ～ ，支管流速取為 ～ ；采用泵送液則流速可提高。 填料壓板與床層限制板 填料壓板系藉自身質(zhì)量壓住填料但不致壓壞填料；限制板的質(zhì)量輕，需固定于塔壁上。 液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。kPa) ； Lb—— 液體體積流量， m3/h； LS—— 液體體積流量， m3/s； LW—— 潤濕速率， m3/(m m3 物料 衡 算數(shù)據(jù) Y1 Y2 X1 X2 氣相流量G 液相流量L 最小液氣比 操作液氣比 0 kmol/ h kmol/ h 工藝數(shù)據(jù) 氣相質(zhì)量流量 液相質(zhì)量流量 塔徑 NOG HOG Z, 填料層壓降 m 3m 441pa 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 32 六、主要符號說明 ? t—— 填料的總比表面積， m2/m3 ? W—— 填料的潤濕比表面積， m2/m3 d—— 填料直徑， m； D—— 塔徑， m； DL—— 液體擴(kuò)散系數(shù)， m2/s； Dv—— 氣體擴(kuò)散系數(shù)， m2/s ； ev—— 液沫夾帶量 ,kg(液 )/kg(氣 )； g—— 重力加速度， m/s2 ； h—— 填料層分段高度， m； HETP 關(guān)聯(lián)式常數(shù)； hmax—— 允許的最大填料層高度， m； HB— — 塔底空間高度， m； HD—— 塔頂空間高度， m； HOG—— 氣相總傳質(zhì)單元高度， m； kG—— 氣膜吸收系數(shù)， kmol/(m2向下斜口或切成向下切 口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。 平板型支撐板結(jié)構(gòu)簡單，但自由截面分率小，且因氣液流同時(shí)通過板上篩孔或柵縫，故板上存在液位頭。、 176。 直管式多孔分布器 根據(jù)直管液量的大小，在直管下方開 2～ 4 排對稱小孔，孔徑與孔數(shù)依液體的流量范圍確定，通常取孔徑 2～ 6㎜，孔的總面積與及進(jìn)液管截面積大致相等，噴霧角根據(jù)塔徑采用 30176。其中，二級槽式分布器具有良好的布液性能，結(jié)構(gòu)簡單，氣相阻力小，應(yīng)用較為廣泛，而單級槽式液體分布器空工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 27 間占位低，常在塔內(nèi)空間高度受到阻制時(shí)使用。 查 化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)手冊 得 從 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖中可查得 :△ P/Z=15 =147Pa/m 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 26 式中：△ P— 分布器壓力降， Pa； Z— 填料層高度， m。填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)，在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。 hkpa)］