二氧化硫吸收塔課程設計

2022-10-14 23:03:10 字數 3922 閱讀 3460

處理量為2400m3/h水吸收二氧化硫填料吸收塔的設計

1.生產能力:混合氣(so2+空氣)的處理量2400m3/h;

2.進塔混合氣中so2的含量 5%(摩爾分數);

3.吸收率:95%;

4.以清水為吸收劑;

5.平衡線方程:y = 66.7888x1.16372

6.操作壓力:常壓(101325pa);

7.吸收溫度:20℃;(注:吸收過程視為等溫吸收過程。)

8.吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。

完成填料吸收塔的工藝設計及有關附屬裝置的設計和選用,繪製填料塔系統帶控制點的工藝流程圖及填料塔的設計條件圖,編寫設計說明書。

氣體混合物的分離,是根據混合物中各組分間某種物理性質和化學性質的差異而進行的。吸收作為其中一種,它的基本原理根據混合物各組分在特定的液體吸收劑中溶解度的不同,實現各組分分離的單元操作。

實際生產中,除了少數情況只需單獨進行吸收外,一般需對吸收後的溶液繼以脫吸,使溶劑再生,迴圈使用。因此,除了吸收塔以外,還需與其他裝置一道組成乙個完整的吸收-脫吸流程。在設計上應將兩部分綜合考慮,才能得到較為理想的設計結果。

作為吸收過程的工藝設計,其一般性問題是在給定混合氣體處理量、混合氣體組成、溫度、壓力以及分離要求的條件下,完成以下工作:

(1) 根據給定的分離任務,確定吸收方案;

(2) 根據流程進行過程的物料和熱量衡算,確定工藝引數;

(3) 依據物料及熱量衡算進行過程的裝置選型或裝置設計;

(4) 繪製工藝流程圖及主要裝置的工藝條件圖;

(5) 編寫工藝設計說明書。

(6) 1.2吸收裝置的發展

吸收操作主要在填料塔和板式塔中進行,尤以填料塔的應用較為廣泛。填料吸收塔是化學工業中最常用的氣液傳質裝置之一。它具有結構簡單、便於用耐腐蝕材料製造以及壓降小等優點,採用新型高效填料可以獲得很好的經濟效果,常用於吸收、精餾等分離過程。

其中塔填料的研究與應用已取得長足的發展:鮑爾環、階梯環、金屬環矩鞍等的出現標誌散裝填料朝高通量、高效率、低阻力方向發展有新的突破;規整填料在工業裝置大型化和要求高分離效率的情況下倍受重視,已成為塔填料的重要品種。

填料塔仍處於發展之中,今後的研究方向主要是提高傳質效率,同時考慮填料的強度、操作效能及使用上的通用因素並綜合環型、鞍型及規整填料的優點開發構型優越、堆積接觸方式合理、流體在整個床層均勻分布的新型填料。目前看來,填料的材質以陶瓷、金屬、塑料為主,為滿足化工生產溫度和耐腐蝕要求,已開發了氟塑料製成的填料。

填料塔的發展,與塔填料的開發研究是分不開的。除了提高原有填料的流體力學與傳質效能外,還開發了效率高、放大效應小的新型填料。加上塔填料本身具有壓降小、持液量小、耐腐蝕、操作穩定、彈性大等優點,使填料塔開發研究達到了新的台階。

化工生產中吸收操作廣泛應用於混合氣體的分離:

淨化或精製氣體,混合氣體中去除雜質。如用k2co3水溶液脫除合成氣中的,丙酮脫除石油裂解氣中的乙炔等。

製取某種氣體的液態產品。如用水吸收***氣體製取鹽酸。

混合氣體以**所需組分。如用汽油處理焦爐氣以**其中的芳烴。

工業廢氣處理。工業生產中所排放的廢氣中常含有so2,no,no2,hf等有害組分,組成一般很低,但若直接排入大氣,則對人體和自然環境危害都很大。因此排放之前必須加以處理,選用鹼性吸收劑吸收這些有害的氣體是環保工程中最長採用的方法之一。

吸收劑的對吸收操作過程的經濟性由十分重要的影響,因此對於吸收操作,選擇適宜的吸收劑具有十分重要的意義。一般情況下,選擇吸收劑,著重考慮以下方面:

(1)對溶質的溶解度大

所選的吸收劑對溶質的溶解度大,則單位的吸收劑能夠溶解較多的溶質,在一定的處理量和分離要求條件下,吸收劑的用量小,可以有效地減少吸收劑的迴圈量。另一方面,在同樣的吸收劑用量下液相的傳質推動力大可以提高吸收效率,減小塔裝置的尺寸。

(2)對溶質有較高的選擇性

對溶質有較高的選擇性即要求選用的吸收劑應對溶質有較大的溶解度;而對其他組分則溶解度要小或基本不溶。這樣,不但可以減小惰性氣體組分的損失,而且可以提高解吸後溶質氣體的純度 。

(3)不易揮發

吸收劑在操作條件下應具有較低的蒸氣壓,以避免吸收過程中吸收劑的損失提高吸收過程的經濟性。

(4)再生效能好

由於在吸收劑再生過程中一般要對其進行公升溫或氣提等處理,能量消耗較大。因而,吸收劑再生效能的好壞對吸收過程能耗的影響極大。選用具有良好再生效能的吸收劑往往能有效地降低過程的能量消耗。

(5)粘度和其他物性

吸收劑在操作條件下的粘度越低,其在塔內的流動性越好,有助於傳質速率和傳熱速率的提高。此外,所選的吸收劑還應盡可能滿足無毒性、無腐蝕性、不易燃易暴、不發泡、冰點低,價廉易得以及化學性質穩定的要求。

結合以上吸收劑選擇原則和考慮經濟最優原則,本設計採用水作為吸收劑:在水中的溶解度大、吸收推動力大、溶劑用量小、裝置尺寸也小;水的**低廉,而且水無毒性、無腐蝕性、不易燃易暴、不發泡、冰點低,水的揮發性也比較低。本設計題目要求吸收劑用水。

表1 物理吸收劑和化學吸收劑的特性

工業上有多種吸收流程,從所選吸收劑的種類看,有用一種吸收劑的一步吸收流程和用兩種吸收劑的兩步吸收流程;從所用的塔裝置數量看,有單塔吸收流程和多塔吸收流程;從塔內氣液兩相的流向可分為逆流吸收流程,並流吸收流程等基本流程。此外,還有特定條件下的部分溶劑迴圈過程。

(1)一步吸收流程和兩步吸收流程

一步吸收流程一般用於混合氣體溶質濃度較低,同時過程的分離要求不高,選用一種吸收劑即可完成吸收任務的情況。若混合氣體中溶質濃度較高且吸收要求也高,難以用一步吸收達到吸收要求或者雖能達到吸收要求,但過程的操作費用較高,從經濟性的角度分析不夠適宜時,可以採用兩步吸收流程。

(2)單塔吸收流程和多塔吸收流程

單塔吸收流程式吸收過程中的常用流程,如過程無特別需要,則一般採用單塔吸收流程。若過程的分離要求較高,使用單塔操作時,所需要的塔體過高,或採用兩步吸收流程時,則需要採用多塔流程。

(3)逆流吸收與並流吸收

吸收塔或再生塔內氣液相可以逆流操作也可以並流操作,由於逆流操作具有傳質推動力大,分離效率高的顯著優點,工業上如無特別需要,一般均採用逆流吸收流程。

(4)部分溶劑迴圈吸收流程

由於填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大,擋液相噴淋量過小時,將降低填料塔的分離效率。因此當塔的液相負荷過小而難以充分潤濕填料表面時,可以採用部分溶劑迴圈吸收流程,以提高液相噴林量,改善塔的操作條件。

結合設計要求和以上流程選擇原則,在本設計中選擇單塔逆流的操作流程:吸收推動力大;吸收任務不大。

對於吸收過程,一般具有操作液氣比大的特點,因而更適應於填料塔。此外,填料塔阻力小、效率高、有利於過程節能。所以對於吸收過程來說,以採用吸收塔的多。

本設計中二氧化硫氣體在水中的溶解度比較大,吸收效率高,設計題目也要求採用填料塔,所以本設計選用填料塔作為氣液傳質裝置。

(1)填料種類的選擇

填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求,通常考慮以下幾個方面。

① 傳質效率即分離效率,它有兩種表示方法:一是以理論級進行計算的表示方法,以每個理論級當量的填料層高度表示,即hetp值;另一是以傳質速率進行計算的表示方法,以每個傳質單元相當的填料層高度表示,即htu值。在滿足工藝要求的前提下,應選用傳質效率高,即hetp(或htu)值低的填料。

對於常用的工業填料,其hetp(或htu)值可由有關手冊或文獻中查到,也可以通過一些經驗公式來估算。

② 通量在相同的液體負荷下,填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大,則通量愈大,它的處理能力也愈大。因此,在選擇填料種類時,在保證具有較高傳質效率的前提下,應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。對於大多數常用填料,其泛點氣速或氣相動能因子可在有關手冊或文獻中查到,也可由一些經驗式來估算。

③ 填料層的壓降填料層的壓降是填料的主要應用效能,壓降越低,動力消耗越低,操作費用越小。選擇低壓降的填料對熱敏性物係的分離尤為重要。比較填料層的壓降尤兩種方法:

一是比較填料層單位高度的壓降;另一是比較填料層單位傳質效率的比壓降。填料層的壓降可用經驗公式計算,亦可從有關圖示中查出。

④ 填料的操作效能填料的操作效能主要指操作彈性,抗汙堵性及抗熱敏性等。所選填料應具有較大的操作彈性,以保證塔內氣液負荷發生波動時維持操作穩定。

(2)填料規格的分類

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