【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以論證，在技術(shù)上可行的基礎(chǔ)上考慮經(jīng)濟(jì)性。 流程布置 吸收裝置的流程布置是指氣體和液體進(jìn)出吸收塔的流向安排。 主要有逆流操 作、并流操作、吸收劑部分再循環(huán)操作、單塔或多塔串聯(lián)操作，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)、 工藝特點(diǎn)，結(jié)合各種流程的優(yōu)缺點(diǎn)， 逆流操作時(shí)傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，分離程度高， 吸收劑利用率高，所以此次設(shè)計(jì)采用常規(guī)逆流操作的流程。 吸收劑的選擇 吸收劑性能的優(yōu)劣是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇應(yīng)考慮以下幾方面： (1)溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的用量； (2)選擇性要好，對(duì)溶質(zhì)組分有良好的溶解能力，對(duì)其他組分不吸收或甚微 。 (3)揮發(fā)度要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)損失； (4)吸收劑在操作溫度下粘度要低，且不易產(chǎn)生泡沫，以實(shí)現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好 的氣液接觸狀況； (5)對(duì)設(shè)備腐蝕性小或基本無腐蝕性，盡可能無毒。 (6)價(jià)廉、易得、化學(xué)穩(wěn)定性好，便于再生，不易燃燒等。一般來說，任何一種吸收劑都難以滿足以上所 有要求，選用是要針對(duì)具體情況和主要因素既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟(jì)合理性。 填料的類型與選擇 填料是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件， 其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主 要元素，因此，填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。 散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體， 一般以隨機(jī)的方式堆積在 塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，又可分為環(huán)形填 料，鞍形填料，環(huán)鞍形填料及球形填料等。 對(duì)于水吸收 SO2 的過程，操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填 料。 在塑料散裝填料中， 塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用 DN38 聚丙徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工單元操作課程設(shè)計(jì) 7 烯階 梯環(huán)填料。 階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增 加了一個(gè)錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減 少了氣體通過填料層的阻力。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(dòng)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。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。 第三章 吸收工藝流程的確定 任務(wù)及操作條件 1. 操作方式：連續(xù)操作； 2. 生產(chǎn)能力：處理爐氣量： 2500+學(xué)號(hào) 3/mh； 3. 操作溫度： 25℃； 4. 操作壓力：常壓 ； 5. 進(jìn)塔混合氣含量；二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為（ +學(xué)號(hào) ）％； 其余為空氣； 6. 進(jìn)塔吸收劑：清水 ； 7. 二氧化硫回收率： 95％； 3. 2 工藝流程的確定 采用常規(guī)逆流操作流程，流程 圖如圖二所示 ： 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工單元操作課程設(shè)計(jì) 8 圖二 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(duì)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)。 由手冊(cè)查得， 25℃ 時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工單元操作課程設(shè)計(jì) 9 密度為 : mkgL ?? 粘度 : ? ?hmkgaPL ???? 2 1 7 0 0 8 9 7 ? ： 表面張力： 29 3 2 7 3 hkgcmd y nL ??? SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù) 為： hmsmD L 2629 ?? ???? 氣象物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 m o lgMyM iivm 8 8 4 7 5 2 ?????? ? 混合氣體的平均 密度為 ? ? 32 6 2 9 83 1 ?????? 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)的 25℃空氣的粘度為 ? ?hmkgsPaV ????? ? 0 6 5? 25℃ 時(shí) SO2 在水中的擴(kuò)散系數(shù) ： hmsmD V 225 ??? ? 氣液兩相平衡時(shí)的數(shù)據(jù) 常壓下 25℃ SO2 在水中的亨利系數(shù)為 kPaE ?? 相平衡常數(shù)為 ???? PEm 溶解度系數(shù)為 33 k P amk m olEMH ????? ? 物料衡算 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工單元操作課程設(shè)計(jì) 10 全塔 全塔物料衡算圖所示是一個(gè)定態(tài)操作逆流接觸的吸收 VRY1 LSX2 塔，圖中各符號(hào)的意義如下 : VR惰性氣體的流量， kmol/h； LS純吸收劑的流量， Kmol/h； Y1,Y2進(jìn)出吸收塔氣體的摩爾比 X1,X2出塔及進(jìn)塔液體中溶質(zhì)物質(zhì)的量的比。 VR Y2 LS X2 進(jìn)塔混合氣中各組分的 量 近似取塔平均操作壓強(qiáng)為 所以： 混合氣量 = hk m ??????? ? 混合氣 SO2 中量 = hkm o 5 2 ?? = 5 7 ?? 設(shè) 混 合 氣 體 中 惰 性 氣 體 為 空 氣 ， 則 混 合 氣 體 中 空 氣 量= hkm o ?? = ?? ? ?? ? ??? ??y 混合氣進(jìn)出塔摩爾比組成 進(jìn)塔氣相摩爾比為 05 111 ????? yyY ?y徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工單元操作課程設(shè)計(jì) 11 出塔氣相摩爾體積 ? ? ? ? 0 0 2 7 5 ????? AYY ? 出塔混合氣量 出塔混合氣量 ? hk m o ??? ???? 該吸收過程為低濃度吸收，平衡 關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算 2121m in XmYYYVL????????? 對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為 02?X in ?????????? VL 取操作液氣比為 m inm in ????????????? VLVL ???VL hk m o lL ??? 塔底吸收液組成 X1 ? ? ? ?2121 XXLYYV ??? ? ? ????X 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工單元操作課程設(shè)計(jì) 12 操作線方程 依據(jù)操作線方程 ???????? ??? XXVLYXVLY 0 0 2 7 ?? XY 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算 塔徑的計(jì)算 采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速 氣相質(zhì)量流量為 : hkgWv 1 8 52 6 2 5 2 3 ??? 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即 hkgW L ??? 其中： mkgL ?? mkgV ?? 282 hmsmg ??? hkgWV ? hkgW L ? sPaL ?? 0 0 0 8 9 3 ? 1 采用 Ecekert 通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)氣速 uF 通用填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖如下： 圖三 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖（引自（化工原理）） 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工單元操作課程設(shè)計(jì) 13 u0 —— 空塔氣速， sm ； ? 濕填料因子，簡(jiǎn)稱填料因子， 1/m ? 水的密度和液體的密度之比； g重力加速度， 2sm V? 、 L? 分別為氣體和液體的密度， 3mkg Vw 、 Lw 分別為氣體和液體的質(zhì)量流量， skg 此圖適用于換堆的顆粒型填料，如拉西環(huán) 、弧鞍型填料、矩鞍形填料、鮑爾環(huán)等， 其上還繪制了整切 拉西環(huán)和弦柵填料的泛點(diǎn)曲線。對(duì)于其他填料，尚無可靠的填料因子數(shù)據(jù)。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工單元操作課程設(shè)計(jì) 14 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖標(biāo)的橫坐標(biāo)為 85 85 9 ????????????????LVVLWW ?? 查表 查得縱坐標(biāo)值為 ????????? LLVFgu ???? 表一 散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值 填料類型 填料因子， 1/m DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 金屬鮑爾環(huán) 410 — 117 160 — 金屬環(huán)矩鞍 — 170 150 135 120 金屬階梯環(huán) — — 160 140 — 塑料鮑爾環(huán) — 280 184 140 92 塑料階梯環(huán) 550 260 170 127 — 瓷矩鞍 1100 550 200 226 — 瓷拉西環(huán) 1300 832 600 410 — （ 《化工原理課程設(shè)計(jì)》附錄十一） 查得 1170 ?? mF? 11 smguLVFLF ???? ???? ???? ? 操作氣速 由以下公式計(jì)算塔徑：（《化工原理課程設(shè)計(jì)》） uVsD ?4? 對(duì)于散裝填料其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為 ~?Fuu 取 smuu F ???? 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工單元操作課程設(shè)計(jì) 15 塔徑 由 muVs 3600252344 ????? 圓整塔徑，取 mD ? 泛點(diǎn) 率校核： smu 36002523 2 ??? %% ???Fuu (在允許范圍內(nèi) ) 填料規(guī)格校核： 8381200 ??dD 液體 噴淋密度校核 ： 取最小潤(rùn)濕速率為 ? ? hmmLw ?? in 查填料手冊(cè)得 塑料階梯環(huán)比表面積 hmmat ?? 2 ? ? hmmaLwU t ????? 2m i n 3 i n m i 32 UhmmU ????? 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 mmD 1200? 合理 填料高度的計(jì)算 傳質(zhì)單元數(shù) NOG 0 5 6 6 0 1 3 ????? mXY 022 ??? mXY 解吸因數(shù)為 : 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工單元操作課程設(shè)計(jì) 16 ???? LmVS 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： ?????? ?? SYY YYsSN OG *22 *21 )1(ln1 1