课程设计(清水吸收二氧化硫)

Xuzhou College of Industrial Technology

填料吸收塔课程设计说明书

专业化学制药

班级制药111

姓名永朋

班级学号 1132104138

指导老师郁

日期 2013-04-10 成绩

化工单元操作课程设计任务书

班级：制药111 ：永朋学号： 1132104138

常压下，在填料吸收塔中用清水吸收炉气中的二氧化硫

一、设计条件

1.操作方式：连续操作；

2.生产能力：处理炉气量：2500+学号3/

m h；

3.操作温度：25℃；

4.操作压力：常压101.3kPa；

5.进塔混合气含量；二氧化硫的体积分数为（5.0+学号×0.01）％；其余为空气；

6.进塔吸收剂：清水；

7.二氧化硫回收率：95％；

二、设计要求

1.流程布置与说明；

2.工艺过程计算；

3.填料的选择；

4.填料塔工艺尺寸的确定；

5.输送机械功率的选型；

三、设计成果

1.设计任务书一份（A4打印）；

2.设计图纸：填料工艺条件图（CAD：A3幅面）

四、设计时间(化学制药111班)

2013年3月25日-------2013年4月5日

化学制药教研室

2013年3月

目录

摘要：..............................................................................- 1 - 1、前言.............................................................................- 2 -

1、1填料塔的简介................................................................- 2 -

1、2吸收技术概括................................................................- 2 -

1、3吸收操作在化学生产中的主要用途为：..........................................- 3 -

1、4 填料的选择.................................................................- 3 -

1、4、1 对填料的要求.......................................................- 3 -

1、4、2 填料的种类和特性....................................................- 4 -

1、4、3 填料尺寸............................................................- 4 -

1、4、4填料材质的选择.......................................................- 4 -

2、水吸收二氧化硫填料塔设计.........................................................- 5 -

2、1 任务及操作条件.............................................................- 5 -

2、2 吸收工艺流程图的确定.......................................................- 5 -

3、吸收工艺计算.....................................................................- 6 -

3、1 基础物性计算...............................................................- 6 -

3、1、1 液相物性计算........................................................- 6 -

3、1、2 气相物性计算........................................................- 6 -

3、1、3 气液相平衡数据......................................................- 7 -

3、2 物料衡算...................................................................- 7 -

3、2、1 操作线方程..........................................................- 8 -

3、3 填料塔的工艺尺寸的计算.....................................................- 9 -

3、3、1 塔径的计算..........................................................- 9 -

3、3、2 液体喷淋密度的求法：...............................................- 12 -

3、3、3 传质单元高度的计算.................................................- 14 -

3、3、4 传质单元数计算：...................................................- 17 -

3、3、5 填料层的高度.......................................................- 18 -

3、4 填料层压降的计算..........................................................- 18 -

3、5 液体分布器计算............................................................- 20 -

3、5、1 液体分布器：.......................................................- 20 -

3、5、2 液体分布器简要设计.................................................- 21 -

3、6 塔附属空间高度............................................................- 23 -

3、7 其他附属塔件的选择........................................................- 24 -

3、7、1 填料支撑装置.......................................................- 24 -

3、7、2 填料限定装置.......................................................- 24 -

3、7、3 气体和液体的进出口装置 .............................................- 24 -

3、7、4 除沫器.............................................................- 25 -

3、8 设计结果汇总..............................................................- 27 -

3、9 主要符号说明..............................................................- 28 - 课程设计总结：.....................................................................- 30 - 参考文献：.........................................................................- 31 -

摘要：

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的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。

用于吸收的塔设备类型很多，有填料塔、板式塔、鼓泡塔、喷洒塔等。由于填料塔具有结构简单、阻力小、加工容易，可用耐腐蚀材料制作，吸收效果好，装置灵活等优点，故在化工、环保、冶炼等工业吸收操作中应用较普遍。如硝酸、硫酸吸收塔，二氧化硫、氨、、氯和二氧化碳回收塔等多为填料塔。特别是近年由于性能优良的新型散装和规整填料的开发，塔件结构和设备的改进，改善了填料层气液相的均匀与接触情况，使填料的负荷通量加大，阻力降低，效率提高，操作弹性大，放大效应较少，促使填料塔的应用广泛。

本设计任务是用25℃清水吸收气相中的二氧化硫，对于气体的吸收应采用气液传质设备吸收塔，因它具有较高的比表面积。用清水吸收二氧化硫属于中等溶解度的吸收，为提高吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。在吸收过程中，二氧化硫为腐蚀性气体，所以吸收选用塑料散装填料。因塑料阶梯环的综合性能较好，所以选用DN38聚乙烯阶梯环填料，梁式支撑板性能优良，有利于气液传质，因此选用梁式支撑板。因吸收液相负荷较大，而气相负荷强队较低，故选用槽式液体分布器。

DOC 专业

1、前言

1、1填料塔的简介

填料塔是吸收操作中使用最广泛的一种塔形。如图1填料塔的典

型结构。

填料塔由填料、塔件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两

大类。塔件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装

置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。与板式

塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大、分离效率高、

压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。

填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。

该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间

长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa ，

与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0．5～1．2m/s ，气速过大会形成液泛，喷淋密度6～8m3/(m2，h ）以保证填料润湿，气液比控制在2～10L/m3。

1、2吸收技术概括

在化学工业中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是：

①回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；

②除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理；或除去工业放

空尾气中的有害物，以免污染大气。

实际过程往往同时兼有净化与回收双重目的。

气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异而进行的。根据不同性质上的差异，可以开发出不同的分离方法。吸收操作仅为其中之一，它根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的。

吸收操作中，能够溶解的组分称为吸收质，以A 表示；不被吸收的组分称为惰性组分，以B 表示；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂，以S 表示；吸收所得的溶液称为吸收液，其中主要成分为溶剂S 和溶质A ；吸收排出的气体称为尾气，主要成分为惰性气体B 和残余的少量溶质A ，过程如图1、2-1。

吸收过程只是使混合气体的溶质溶解于吸收剂中二得到一种溶液吗，但就溶质的存在 吸 收 塔 吸收剂S 溶质和惰性气体A+B 惰性气体和残余少量溶质B+A 图1、2-1 吸收操作示意图

形式而言，仍然使一种混合物，并没有得到纯度较高的气体溶质。在工业生产中，除以制取溶液产品为目的的吸收之外，大部分需要将吸收液进行解吸，以便得到村旌德溶质或使

图1、2-2。

吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。

1、3吸收操作在化学生产中的主要用途为：

（1）、净化或精制气体例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化硫，用丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等;

（2）、制备某种气体的溶液例如用水吸收二氧化氮制造硝酸，用水吸收氯化氢制备盐酸，用水吸收甲醛制备福尔马林永夜等；

（3）、回收气体中的有用组分例如用硫酸处理焦炉煤气一回收其中的氨，用洗油处理焦炉气以回收其中的苯、二甲苯等，用液态烃处理石油裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等；

（4）、废气处理，保护环境工业废气中含有SO

2、NO、NO

2

、H

2

S等有害气体，直接排入

大气，对环境危害很大，可通过吸收操作使之净化，综合利用。

1、4 填料的选择

1、4、1 对填料的要求

填料塔对填料的要求具体表现在以下几个方面：

(1)比表面积 a t要大，比表面积 a t是指单位堆积体积填料所具有的表面积

(2)能提供大的流体流量，即所选用的结构填料要敞开，使于死角区域的空间小，有效空隙率大；

(3)液体的再分布性能要好；

(4)填料要有足够的机械强度，尤其是非金属填料；

图1、2-2 解吸操作示意图

(5)价格低廉；

1、4、2 填料的种类和特性

工业填料按形状和结构分为颗粒填料和)规整填料：

(一)颗粒填料一般为湿法乱堆或干法乱的散装填料。主要有以下类型：拉西环填料，鲍尔环填料，阶梯环填料等环形填料；弧鞍形填料，环矩鞍填料等鞍形填料等。

(二)规整填料以一定的几何形状，整齐堆砌，工业用多为波纹填料，其优点是结构紧凑、传质效率高、处理量大，但不易处理粘度大或有悬浮物的物料，且造价高。

综合考虑上述因素，此次设计过程我选择阶梯环填料。

1、4、3 填料尺寸

填料尺寸直接影响塔底操作和设备投资。实践证明，塔径（D）与填料外径（d）之比值有一个下限值，若径比低于此下限值时，塔壁附近的填料空隙率大而不均匀，气流易短路及液体壁流等现象剧增。

各种填料的径比的下限：

拉西环 20—30 （最小不低于 8—10）

鲍尔环 10—15 （最小不低于 8）

阶梯环 15 （最小不低于 8）

对一定塔径，满足径比下限的填料可能有几种尺寸，应综合考虑填料性能及经济因素选定。

一般推荐:D≤300 时，选 25 mm 的填料；

300mm ≤ D ≤ 900mm 时，选 25—38 mm 的填料。

D ≥ 900mm 时，选用 50—70mm 的填料.

但一般大塔中常用 50mm 的填料，但通量的提高不能补偿成本的降低。

1、4、4填料材质的选择

填料材质根据物系的腐蚀性，操作温度，材质的耐腐蚀性并综合考虑填料性能及经济因素来选择。

(1)瓷具有耐腐性及耐热性，但质脆、易碎，价格便宜。

(2)金属金属材质主要有碳钢，不锈钢，铝和铝合金等。

(3)塑料主要包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等，塑料耐腐蚀性、耐低热性好，但具有冷脆性，表面润湿性较差。

一般讲，操作温度较高但无显著腐蚀性时，选用金属填料；温度较低选用塑料填料；物系具有腐蚀性、操作温度高，宜采用瓷填料

考虑到本设计是利用清水吸收 SO 2 吸收液显弱酸性，有一定的腐蚀性，同时考虑到经济的合理性及吸收的效率，故选用DN38聚乙烯阶梯环。