【正文】 ................................................................................ 31 六、主要符號說明 .......................................................................................................... 32 七、總結(jié) ........................................................................................................................ 34 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 35 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 1 摘要 吸收 是分離氣體混合物的單元操作。吸收過程 是利用氣體混合物中各個(gè)組分在液體（吸收劑） 中的溶解度不同，來分離氣體混合物的 操作 。按氣液相接觸形態(tài)分為三類。 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。塔內(nèi)填充適當(dāng)高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。氣體則由塔的下部通過填料孔隙逆流而上，與液體密切接觸而相互作用。廣泛應(yīng)用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。 本設(shè)計(jì)任務(wù)是 25℃ 清水吸收其中的二氧化硫。用水吸收其中的二氧化硫?qū)僦械热芙舛鹊奈者^程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程 。陶瓷填料可用于化工、冶金、制酸、煤氣、制氧、鋼鐵、制藥、精細(xì)化工等行業(yè)的洗滌塔、冷卻塔、回收再生塔、脫硫塔、干燥塔、吸收塔及反應(yīng)器的內(nèi)襯。其中 陶瓷矩鞍環(huán)屬于采用連續(xù)擠出的工藝進(jìn)行加工，具有通量大、壓降低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。 所以選用 DN38 的瓷矩鞍。填料塔的塔身 是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。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。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。 ［ 1］ 填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效地潤濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。在煉油、石油化工、精細(xì)化工、化肥、制藥和 原子能 工業(yè)部門，以及環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用已趨于成熟。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。也有人建議開發(fā)適用于高壓蒸餾的組合式填料。 30年代以前的空分設(shè)備，主要是滿足焊接、切割用氧及化工用氮。國外一些大公司，如 德國 的 Linde公司， 美國 的 APCI 公司 (空氣制品與化學(xué)品公司 )、 英國 的 BOC 公司 (氧氣 公司 )和法國的空氣液化公司等，均已開始把填料塔應(yīng)用于空分方面的研究， 瑞士Sulzer 公司作為填料生產(chǎn)廠商與上述公司積極合作，已取得可喜成績。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。 ［ 3］ 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 4 吸收過程通常在吸收塔中進(jìn)行。吸收塔操作示意圖如圖片 21 所示 . 吸收技術(shù)的應(yīng)用 吸收操作時(shí)分離氣體混合物的一種重要方法，是傳質(zhì)過程的一種形式，在化工生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用。 ○ 1 原料氣的凈化。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。如用洗油處理焦?fàn)t氣以回收其中的芳烴。如用水吸收氯化氫氣體制取鹽酸；用水吸收甲醛蒸汽制取福爾馬林等。如煙道氣中的 CO2 和 SO2 的脫除，既達(dá)到了回收其中有用組分的目的，又解決了 SO2 等有害氣 體對空氣的污染問題。 ［ 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。其作用是將除塵后的煙氣中 SO2被石灰漿液吸收 ,經(jīng)除霧器除霧后進(jìn)入煙道。該塔操作壓力不高 (3kPa 左右 ) , 溫度不高 (進(jìn)氣溫度一般在 140℃ 左右 , 出口溫度小于 50℃ ) , 但直徑較大 (一般配 30萬 kW機(jī)組 , 其直徑約為 Φ13m～ Φ 14 m )。其特點(diǎn) : 一是開孔大 , 考慮為使入口煙氣在塔內(nèi)分布均勻 , 矩形入口管寬 /高比較大 , 入口開孔之寬達(dá)塔徑的 80% 以上 , 加上開孔的上部有噴漿管及除霧器等較重部件沿軸向壓下 , 故該設(shè)備的大開孔加強(qiáng)計(jì)算較復(fù)雜。 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。 ○ 2 氣液兩相應(yīng)具有強(qiáng)烈擾動(dòng)，減少傳質(zhì)阻力，提高吸收效率。 ○ 4 設(shè)備阻力小，能耗低。 ○ 6 結(jié)構(gòu)簡單、便于制造和檢修。 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。若混合氣體中只有一個(gè)組分進(jìn)入液相，其余組分不溶（或微溶）于吸收劑，這種吸收過程稱為單組分吸收。 (2) 物理吸收與化學(xué)吸收 在吸收過程中，如果溶質(zhì)與溶劑之間不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可以把吸收過程看成是氣體溶質(zhì)單純地溶解于液相溶劑的物理過程，則稱為物理吸收。 (3) 低濃度吸收與高濃度吸收 在吸收過程中，若溶質(zhì)在氣液兩相中的摩爾分率均較低（通常不超過 ），這種吸收稱為低濃度吸收；反之，則稱為高濃度吸收。 (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。 ［ 7］ 工業(yè)生產(chǎn)中的吸收過程以低濃度吸收為主 。通常采用逆流操作，吸收劑以塔頂加入自上而下流動(dòng)，與從下向上流動(dòng) 的氣體接觸，吸收了吸收質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。因此，吸收劑性能的優(yōu)劣往往是決定吸收效果的關(guān)鍵。 (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(dòng)力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少。 (3) 揮發(fā)度 在吸收過程中，吸收尾氣往往為吸收劑蒸汽所飽和。 (4) 粘度 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動(dòng)阻力越小，擴(kuò)散系數(shù)越大，這有助于傳質(zhì)速率的提高。 ［ 8］ 工業(yè)上常用的吸收劑 工業(yè)上常用的吸 收 劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對某種組分選擇性吸 收 而研制的吸 收 材料。 常用吸 收 劑的性能簡介如下 + B* B* j+ ~amp。 m, D U3 l W. v) I, w% {4 Z 是一種堅(jiān)硬、無定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒，分子式為，為一種親水性的極性吸 收 劑。工業(yè)上用的硅膠分成粗孔和細(xì)工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 9 孔兩種。 1 D+ m。 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。它對水有較強(qiáng)的親和力，是一種對微量水深度干燥用的吸 收 劑。 + p6 D4 z1 是將木炭、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成的。藥劑活化法就是在原料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學(xué)藥品，在非活性氣氛中加熱進(jìn)行炭化和活化?；钚蕴亢泻芏嗝?xì)孔構(gòu)造所以具有優(yōu)異的吸 收 能力。 Y4 z y1 Y9 z% f {3 L4 n ! G9 ^/ p9 M X。 D9 m c3 N7 \2 Samp。 沸石的特點(diǎn)是具有分子篩的作用，它有均勻的孔徑，如 3A0、 4A0、 5A0、 10A0細(xì)孔。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。 m A7 m 吸 收 劑一般也分為有機(jī)物和無機(jī)物兩類 ,有機(jī)物類如小麥胚粉 ,脫脂的玉米胚粉 ,玉米芯碎片 ,粗麩皮 ,大豆細(xì)粉以及吸水性強(qiáng)的谷物類等 .無機(jī)物類則包括二氧化硅 ,蛭石 ,硅酸鈣等 . 最具代表性的吸 收 劑是活性炭，吸 收 性能相當(dāng)好，但是成本比較高，曾應(yīng)用在松花江事件中用來吸 收 水體中的甲苯。 ［ 9］ 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 10 三、 填料的選擇 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 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?，F(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)。 鮑爾環(huán) （ 2） 鮑爾環(huán)填料 是對拉西環(huán)的改進(jìn)，在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的 環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加 50%以上，傳質(zhì)效率提高 30%左右。 階梯環(huán) （ 3） 階梯環(huán)填料是對鮑爾環(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。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。 金屬環(huán)矩鞍填料 （ 4） 金屬環(huán)矩鞍填料 環(huán)矩鞍填料（國外稱為 Intalox）是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填 料。 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 12 瓷矩鞍填料 （ 5） 陶瓷矩鞍環(huán)屬于采用連續(xù)擠出的工藝進(jìn)行加工，具有通量大、壓降低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。 國內(nèi)拉西環(huán)特性數(shù)據(jù) mm 比表面積 m/m 空隙率 m/m 個(gè)數(shù) n/ m 堆積重量kg/ m 干填料因子 m 15*15* 350 248000 660 460 25*25* 220 55000 640 290 35*35* 150 19000 570 190 50*50* 110 7000 430 130 76*76* 68 1870 400 80 國內(nèi)鮑爾環(huán)特性數(shù)據(jù) 型號 規(guī)格 mm 比表面積 m/m 空隙率 m/m 個(gè)數(shù) n/ m 堆積重量 kg/ m 干填料因子 m Dg16 16*16* 239 192500 346 299 Dg26 25*25* 219 49000 269 Dg38 38*38* 176 13400 312 253 Dg50 50*50* 134 6800 311 131 Dg76 76*76* 96 1980 216 72 國內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù) 國內(nèi) 金屬環(huán)矩鞍填料 特性數(shù)據(jù) 規(guī)格 mm 比表面積 m/m 空隙率 m/m 個(gè)數(shù) n/ m 堆積重量 kg/ m 干填料因子 m 25** 254 97160 273 38*19* 31890 50*28*1 11600 填料尺寸 mm 比表面積 m/m 空隙率 m/m 個(gè)數(shù) n/ m 堆積重量 kg/ m Dg25*20* 185 101160 119 Dg38*30* 112 36600 365 Dg50*40*1 10400 291 Dg76*60* 3320 工單元過程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 13 規(guī)整填料 規(guī)整填 料是按一定的幾何構(gòu)形排列，整齊堆砌的填料。 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 。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以格里奇格柵填料最具代表性。 波紋填料 （ 2）波紋填料目前工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有 30176。 兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。 排列。 ［ 10］ 四、 填料選用準(zhǔn)則 對于某種特殊應(yīng)用，填料填料的最佳標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)復(fù)合材料所期望達(dá)到的性能而定，但必須考慮到下述基本原則。 填料必須與基材能夠相容，無腐蝕性。