1、礦石焙燒爐尾氣中二氧化硫的清水吸收一、吸收的基本理論21、吸收的定義22、吸收過程對吸收劑的要求23、影響吸收效果的主要因素3二、吸收設備41、吸收過程對吸收設備的一般要求42、填料塔的組成及各個部分的作用43、吸收塔中填料的作用種類及選型4三、吸收過程中的氣液流動方向5四、基礎性數據的計算61、液相物性數據62氣相物性數據63氣液相平衡數據6五、吸收塔的物料衡算7六、 吸收塔的工藝尺寸的計算81、塔徑計算82、填料層高度的計算9七、填料層壓降計算12八、液體分布器簡要設計122、分布點密度計算123、布液計算14九、吸收劑輸送泵的選型151、填料塔高度的計算152、泵的揚程計算153、泵的選

2、擇15十、設計數據匯總16十一、畢業設計心得體會17- 17 -我國化工產品種類繁多已達45000個品種。生產企業多為中小型，加之采用高消耗低效益粗放型生產模式對環境構成了壓力。所以近幾年來國家提出了清潔生產這個概念。它的定義是：清潔生產是將綜合預防的環境保護策略持續應用于生產過程和產品中以期減少對人類和環境的風險。其目的在于提高資源利用效率減少和避免污染物的產生，保護和改善生態環境保障人體的健康，促進持續發展。對于企業來說應改善生產管理提高生產效率，減少資源和能源的浪費，限制污染排放。推行原材料和能源的循環利用，替換和更新導致嚴重污染的落后的生產流程技術和設備開發清潔產品鼓勵綠色消費。眾所周

3、知化工行業是個耗能大戶。由一般組數據顯示1994年我國一次能源消費為12.3億噸標準煤，而化工行業就占1.05億噸標準煤。在煤的燃燒和化工生產過程中會產生大量的SO氣體，目前SO2已成為大氣污染中的重要原兇之一。SO2在常溫下為無色氣體，密度為1.4337 kg/ m³，熔點-72.4、沸點-10，在25下溶解度為9.4g/ml。SO2存在于大氣中，可形成酸雨。而酸雨會腐蝕金屬石材表面對紙制品皮革制品等造成損傷，更有甚者會給生態系統以及農業森林水產資源帶來毀滅性打擊。在工業生產中人如果接觸了SO2對眼及呼吸系統粘膜有強烈的刺激作用大量的吸入可引起肺水腫、聲帶痙攣而導致窒息。長期低濃度

4、接觸會有頭痛頭昏乏力等全身癥狀以及慢性咽喉炎支氣管炎嗅覺及味覺減退的現象。因此為了減少SO2排放對人類的危害，在工業生產我們應對含有SO2的廢氣進行吸收處理而在化工行業更應該如此。這次我做的畢業設計課題是礦石焙燒爐尾氣中SO2的清水吸收，處理量為3200m³/h尾氣中SO2的含量為4要求SO2的吸收率為95。一、吸收的基本理論1、吸收的定義吸收是根據氣體混合物中各組分在液體溶劑中物理溶解度或化學反應活性不同而將混合物分離的一種方法。在化工原理中對吸收的定義是：當混合氣體與一定量的液體相接觸時氣體中的一個或幾個組分溶解于該液體中，不能溶解的組分仍然保留在氣相中借助于這種方法可以使原氣體

5、中混合物得以分離。吸收操作的本質是溶質分子由氣相穿過氣液界面進入液相的單向傳質。在吸收過程中，如果溶質與溶劑間不發生顯著的化學反應，溶質只是單純溶解于液相中，該吸收過程稱為物理吸收；如果溶質溶解于液相的同時溶質中的某組分與溶劑發生顯著的化學反應，則稱為化學吸收過程。2、吸收過程對吸收劑的要求吸收操作是氣液兩相之間的接觸傳質過程，吸收操作的成功與否 在很大程序上決定于溶劑的性質，特別是溶劑與氣體混合物之間的相平衡關系。因此吸收過程中對吸收劑的要求有：溶解度。吸收劑對于溶質組分應具有較大的溶解度這樣可以提高吸收速率并減少吸收劑的消耗量。當吸收劑與溶質組分之間有化學反應時溶解度可大大提高，但若要循環

6、使用吸收劑則化學反應必須是可逆的。對于物理吸收也應該選擇溶解度隨著操作條件改變而有顯著差異的吸收劑以便回收重新利用。選擇性。吸收劑要在對溶質組分有良好吸收能力的同時，對混合氣體中的其它組分卻基本上不吸收或吸收甚微否則不能實現有效的分離。揮發度。操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低。因為離開吸收設備的氣體往往為吸收劑蒸氣所飽和，吸收劑的揮發度越高其損失量便越大。粘性。操作溫度下吸收劑的粘度要低，這樣可以改善吸收塔內的流動狀況從而提高吸收速率且有助于降低泵的功耗還能減少傳熱阻力。毒性應盡量小不易燃對設備腐蝕要小，既可以節省設備費用和維修費用，又有利于安全生產。來源充足廉價易得。3、影響吸收效果的主要因素為

7、了保證吸收過程的正常進行，吸收操作過程中的操作條件也非常重要，主要的條件包括溫度和壓力。壓力。當壓力升高時能提高吸收過程的推動力，減少了氣體的體積流量這樣可以減小吸收塔的塔徑但是壓力升高使得吸收劑的選擇性降低同時也使吸收塔的造價提高。壓力降低時則與上述相反。所以在化工生產中應該從過程的經濟性角度出發必須兼顧吸收以及整個工藝的操作條件選擇合適的操作壓力。吸收溫度的選擇。對于物理吸收，吸收溫度低可使溶質的溶解度增大，減少溶劑用量使吸收過程的推動力增大，降低吸收塔的高度。缺點是低于常溫的操作會增加操作的費用。對于化學吸收，吸收溫度升高可使化學反應速度加快。但不足之處在于會使傳質的推動力降低。所以根據

8、上述影響吸收效果的因素在這次的畢業設計過程中我選擇的操作壓力是常壓操作溫度是在25下。液氣比。根據操作線方程Y=L/VX-X+Y，式中L/Y為塔內液氣比其值反映的是單位氣體處理量的吸收劑用量。在氣體處理量V相同的前提下若吸收劑用量增大表明吸收過程進行的推動力增大，對傳質過程有利，但出塔液體中溶質的含量降低，若吸收劑需再循環使用由于液體處理量大而使操作費用增大。若吸收劑用量L減小則吸收操作的推動力減小，但液體出塔含量增大，若要在單位時間內吸收同量的溶質吸收設備也要大一些。二、吸收設備吸收設備按氣液相接觸形態可分為：氣體以氣泡形態分散在液相中的鼓泡反應器、攪拌鼓泡反應器和板式反應器；液體以液滴狀分

9、散在氣相中的噴霧、噴射和文氏反應器(它們主要用于含塵氣流的除塵，但在某些特定場合，也可用于處理氣態污染物)；液體以膜狀運動與氣相進行接觸的填料反應器和降膜反應器等。在工業生產中用于凈化氣態污染物的吸收設備主要是板式塔和填料塔。1、吸收過程對吸收設備的一般要求對用于處理氣態污染物的吸收設備，一般要求氣液有效接觸面積大，氣液湍動程度高(以利于提高吸收效率)，設備的壓力降損失小，結構簡單，易于操作和維修，從而減少投資及操作費用。在這次畢業設計過程中我選擇的吸收設備是填料塔。2、填料塔的組成及各個部分的作用填料塔由液體分布器、液體再分布器、填料、填料支撐板、裙座、塔體這些部分組成。液體分布器是填料塔中

10、重要組成部分。它能將液體平均分布于填料層頂部。而液體再分布器的作用是減少填料層中液體壁流，使液體在填料層中分布均勻。對分段裝設的填料它對下段填料將液體再分布。對于填料支撐板它能支撐填料及填料上的持液量。3、吸收塔中填料的作用種類及選型填料在填料塔中是必不可少的部分。它能增加氣液兩相的接觸面積，并提高液體的湍動程度以利于傳質傳熱的進行。因此填料應能使氣液接觸面積增大傳質系數提高。填料種類很多通常可分為兩大類：一類是實體填料、包括拉西環鮑爾環階梯環等環形填料，矩鞍形弧鞍形等鞍形填料，柵形填料及波紋填料等。另一類是網體填料、包括鞍形網填料網環填料等。在這次畢業設計中我選擇的是聚丙烯階梯環填料。這是2

11、0世紀70年代在鮑爾環填料的基礎上發展起來的新型填料。階梯環填料由于形狀不對稱的特點，在填料床層內減少了填料環的相互重疊增大了空隙率同時使填料的表面得以充分利用，使壓降降低傳質效率提高。而且塑料填料質輕價廉、具有良好的韌性耐沖擊不易碎、耐酸堿等介質的腐蝕。它可制成薄壁結構多用于吸收解吸萃取除塵裝置中。填料用于工業生產以來填料的結構型式有了重大的改進，特別是近三十來發展更快，到目前為止各種型式各種規格填料已有數百種之多。而且填料也在不斷的改進以期更加適應工業生產比如近些年才出現的多角螺旋填料、半環填料、高流環填料等。但總的來看填料的發展方向為：增加填料的通過能力，以適應工業生產的需要，改善流體的

12、分布與接觸以提高分離效率并解決由實驗室向工廠生產的放大問題。三、吸收過程中的氣液流動方向吸收過程還可按氣液流動的方向分為并流和逆流操作。在相同的進出口組成條件下,逆流吸收流程具有較大的平均傳質推動力,可以實現多個理論級操作,氣體凈化的程度較高,工業上常用的較多，而并流吸收流程只有一個理論級操作,氣體凈化程度不是很高,但可以避免塔的液泛現象，一般用于快速化學反應的吸收操作。而我這次畢業設計使用水吸收SO2，屬于中等溶解度的吸收過程，所以為提高傳質效率選用逆流吸收過程。四、基礎性數據的計算1、液相物性數據對于低濃度吸收過程，溶液的物性數據可近似取純水的物性數據。由實用化學手冊查得，25時有關物性數

13、據如下：密度為= 997.08粘度為= 08937cp = 3.2 /（m·h）表面張力為= 71.97dyn/ = 932731.2SO在水中的擴散系數為2氣相物性數據混合氣體的平均摩爾質量為=0.04×640.96×29=30.4混合氣體的平均密度為= 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查實用化學手冊得25空氣的粘度為= 查實用化學手冊SO在空氣中的擴散系數為3氣液相平衡數據由化工手冊查得，常壓下25時SO在水中的亨利系數為：E= 0.408×10KPa相平衡常數為 m= =溶解度系數為H=五、吸收塔的物料衡算進塔氣相摩爾比為出塔氣相摩爾比為進塔惰

14、性氣相流量為該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算即對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成為取操作液氣比為六、 吸收塔的工藝尺寸的計算1、塔徑計算采用埃克特通用關聯圖計算泛點氣速氣相質量流量為 液相質量流量可近似按純水的流量計算，即 埃克特通用關聯圖的橫坐標為 查化工原理課程設計第140頁 圖5-21得查化工原理課程設計第140頁 圖5-11得 液相為水其液體密度校正系數，25時水的粘度取由圓整塔徑取泛點率校核填料規格校核8液體噴淋密度校核取最小潤濕速率為查化工原理課程設計第219頁附錄五得經以上校核可知，填料塔直徑選用合理。2、填料層高度的計算吸脫因數為：氣相總傳質單元數為

15、： 氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯式計算：查化工原理課程設計第143頁表513得液體質量流量為： 氣膜吸收系數由下式計算氣體質量通量為：液膜吸收系數由下式計算由 查化工原理課程設計第143頁表514得則由則由由 得設計取填料層高度為： 查化工原理課程設計第145頁表516得對于階梯環填料 取計算得填料層高度為,故不需分段七、填料層壓降計算 采用埃克特通用關聯圖計算填料層壓降 橫坐標為 查化工原理課程設計第146頁 圖521得填料層壓降為 八、液體分布器簡要設計1、液體分布器的選型 該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器2、分布點密度計算 按埃克特建議值，D1200

16、時，噴淋點密度為，因該塔液相負荷較大，設計取噴淋點密度為。布液點數為 按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為：二級槽共設十一道，在槽側面開孔，槽寬度為80mm，槽高度為210mm，兩槽中心矩為120mm。分布點采用三角形排列，實際設計布點數為n=176點，布液點示意圖如下所示：3、布液計算 由 取 設計取九、吸收劑輸送泵的選型 1、填料塔高度的計算 經計算得填料塔填料層高度為6m且對于階梯環填料最小分段高度 大于填料層高度故填料層不需要分段。根據經驗公式塔高 取 則 設計取填料塔高度H=8m2、泵的揚程計算 經計算得填料塔高度為8m根據伯努力方程式可以得到泵的揚程。為簡便計

17、算根據經驗公式 取 則3、泵的選擇因為設計中液相的流量為121172.22即121.53 m³/h輸送流量大且是以清水為吸收劑，流體黏度小所以工業上通常選用離心泵中的清水泵。設計中要求液相流量為121.53 m³/h揚程為9.6m。查化工原理第388頁附錄22得知需選擇4B15A型離心泵。該泵性能參數為：流量72m³/h，揚程11m，功率2.87KW，效率0.75。因一臺泵不能滿足輸送任務要求，所以需用兩臺相同的泵并聯操作以滿足要求。十、設計數據匯總25時清水的密度99708kg/m³填料層高度6m25時清水的黏度08937cp填料層的壓力降7063225時清水的表面張力7197dyn/cm液體分布器布液點數n185點混合氣體平均分子量304液體分布器槽寬度80mm混合氣體平均密度1243 kg/m³液體分布器槽高度210mm混合氣體黏度液體分布器的孔徑15mmSO在空氣中的擴散系數0108cm²/s填料塔高度8m25時SO在水中的亨利系數E離心泵揚程H11m相平衡常數m4028離心泵的流量Q72m³/h溶解度系