1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。信息與通信吸收量為1550m3h水吸收丙酮過程填料塔設計吉林化工學院吉林化工學院化 工 原 理 課 程 設 計題目 吸收量為1550m3/h水吸收丙酮過程填料塔設計 教 學 院 專業班級 學生姓名 學生學號 指導教師 年 月 日 課程設計任務書1、設計題目：水吸收丙酮過程填料吸收塔的設計；試設計一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的丙酮氣體。混合氣體的處理量為1550（m3/h），其中含空氣為96，丙酮氣為4（mol分數），要求丙酮回收率為98（mol分數），采用清水進行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.

2、5倍。（25C下該系統的平衡關系為y1.75x）2、工藝操作條件：（1）操作平均壓力 常壓（2）操作溫度 t=25 （3）填料類型及規格自選。3、設計任務：完成吸收工藝設計與計算，有關附屬設備的設計和選型，繪制吸收系統的工藝流程圖和吸收塔的工藝條件圖，編寫設計說明書。I目錄摘要第1章 緒論01.1 吸收技術概況01.2吸收設備的發展01.3 吸收在工業生產中的應用31.3.1 吸收的應用31.3.2 塔設備在化工生產中的作用和地位31.3.3化工生產對塔設備的要求4第2章 設計方案52.1吸收劑的選擇52. 2吸收工藝流程的確定62.2.1吸收工藝流程62.2.2吸收工藝流程圖及工藝過程說明7

3、2.3吸收塔設備及填料的選擇72.3.1吸收塔的設備選擇72.3.2填料的選擇82.4操作參數的選擇92.4.1操作溫度的選擇92.4.2操作壓力的選擇9第3章 吸收塔的工藝計算103.1基礎物性數據103.1.1液相物性數據103.1.2氣相物性數據103.2物料衡算113.3填料塔的工藝尺寸的計算113.3.1塔徑的計算113.3.2泛點率校核123.3.3填料規格校核123.3.4液體噴淋密度校核123.4填料塔填料高度計算133.4.1傳質單元高度計算133.4.2傳質單元數的計算143.4.3填料層高度的計算153.5填料塔附屬高度計算153.6液體分布器計算和再分布器的選擇和計算1

4、53.6.1液體分布器153.6.2布液孔數163.6.3 液體保持管高度173.7其他附屬塔內件的選擇173.7.1液體分布器183.7.2液體再分布器183.7.3填料支承板183.7.4填料壓板與床層限制板193.7.5氣體進出口裝置與排液裝置193.8吸收塔的流體力學參數的計算203.8.1吸收塔的壓力降203.8.2吸收塔的泛點率213.8.3氣體動能因子213.9附屬設備的計算與選擇223.9.1離心泵的選擇與計算223.9.2進出管工藝尺寸的計算舉例22工藝設計計算結果匯總與主要符號說明24對設計過程的評述和有關問題的討論27參考文獻28結束語2935摘要 吸收是利用混合氣體中各

5、組分在液體中的溶解度的差異來分離氣態均相混合物的一種單元操作。在化工生產中主要用于原料氣的凈化，有用組分的回收等。 填料塔是氣液呈連續性接觸的氣液傳質設備。塔的底部有支撐板用來支撐填料，并允許氣液通過。支撐板上的填料有整砌和亂堆兩種方式。填料層的上方有液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑于填料層上。 本次化工原理課程設計的目的是根據設計要求采用填料吸收塔的方法處理含有二氧化硫的混合物，使其達到排放標準。在設計中,主要以水吸收混合氣中的二氧化硫，在給定的操作條件下對填料吸收塔進行物料衡算。本次設計包括設計方案的選取，主要設備的工藝設計計算物料衡算、設備的結構設計和工藝尺寸的設計計算，工藝流程圖，主要

6、設備的工藝條件圖等內容。關鍵詞： 水 填料塔 吸收 丙酮 低濃度Abstract Absorption is the unit operation Of using mixed gas in the liquid component in the solubility of isolated differences to a gaseous mixture of homogeneous . In the production ,it is being used in producing of chemical raw materials, gas purification and recycl

7、ing of useful components and so on. The absorption chamber was mad that the fluid assumes the continuous contact the gas fluid mass transfer equipment. On base plates padding has entire builds with the chaotic pile of two ways. The padding levels place above has the liquid to distribute the installm

8、ent, thus causes the liquid to spray evenly on the padding level. The chemical principle curriculum projects goal is to use the padding absorption tower according to the design requirements method processing to include the sulphur dioxide mixture. In the design, mainly by the water absorption mixtur

9、e airs in sulphur dioxide, under the operating condition which assigns to the padding absorption tower carries on the material balance. This design including design proposal selection, major installations technological design , equipments structural design and craft size design calculation, flow cha

10、rt, major installations contents and so on technological conditions chart. Key words: Water Absorption chamber Absorption Acetone Low concentration第1章 緒論1.1 吸收技術概況在化工生產中,經常要處理各種原料、中間產物、粗產品。這些物料幾乎都是混合物,而且大部分都是均相物系,往往不能滿足生產要求,需要把它們分離成較為純凈的物質。為了實現這種分離,常利用均相物系中不同組分的某種性質差異,使其中的一種組分(或幾種組分),在分離設備所提供的兩相物系界面

11、上,通過充分的接觸,從一相轉移到另一相,其它組分仍保留在原物系中,從而實現了分離。這種分離是物質在相際間的轉移過程,即物質傳遞過程,也是化工生產中的單元操作。吸收就是這種以物質分離為目的的單元操作。吸收是用來分離氣體混合物的,是利用混合氣體中各組分在吸收劑中的溶解度的差異而實現分離的操作。在吸收過程中,混合氣體與合適的液體吸收劑在吸收設備中充分接觸,氣體中易溶解的組分被溶解,不能溶解的組分仍保留在氣相中,這樣混合氣體就實現了分離。吸收作為一種重要的物質分離操作被廣泛地應用在化工、石化等工業生產過程中。通過吸收可以回收混合氣體中的有用組分,例如用液態烴吸收石油裂解氣中的乙烯和丙烯,用洗油吸收焦爐

12、煤氣中的芳烴物質,用硫酸處理焦爐氣以回收其中的氨等;還可以通過吸收除去混合氣體中的有害組分使其凈化,例如用水或堿液除去合成氨原料氣中的二氧化碳,用丙酮除去石油裂解氣中的乙炔,以及除去工業廢氣中的二氧化硫、硫化氫等有害物質。有時還通過吸收來直接生產化工產品,例如用水吸收二氧化氮以制取硝酸,用水吸收氯化氫以制取鹽酸,用水吸收甲醛以制取福爾馬林溶液等。吸收劑將混合氣體中溶質組分吸收后所得到的溶液是混合溶液,在生產中常需要使溶質從吸收后的溶液中重新釋放出來,實現最終分離,而液相的吸收劑有可得以再生重新使用。這種使溶質組分從溶液中脫出的過程稱為解吸,是吸收的逆過程,也是一種通過相際間傳質而實現物質分離的

13、單元操作。在化工生產中,吸收和解吸是常用的聯合操作,共同構成了一個完整的工藝流程。可用于吸收操作的設備種類很多，如填料塔、板式塔、噴灑塔等，工業上較多的使用填料塔。適用于吸收操作的設備同樣也適用于解吸操作。目前，解吸設備也多用填料塔。填料塔的結構簡單，壓降低，填料易用耐腐蝕材料制造，尤其近年來國內外對填料的研究與開發技術較快，一些性能優良的新型填料不斷涌現，對大型填料的理論與應用研究也不斷深入。所以，填料塔的應用前景也將更加廣闊。1.2吸收設備的發展1813年Celler提出泡罩塔,1832年開始用于釀造工業。1881年工業規模的填料塔開始用于蒸餾操作,當時的填料是碎磚瓦、小石塊和管子短節等。

14、二十世紀初期,隨著煉油工業的發展和石油化學工業的興起,塔設備被廣泛使用。當時煉油工業多采用泡罩塔,無機工業以填料塔為主。二十世紀中期,為了適應各種化工產品的生產,開發了一些新型塔盤,如條形泡罩塔盤、S形塔盤、篩板塔盤、浮閥塔盤、舌形塔盤等。這一時期填料塔也在瓷環填料被廣泛采用的基礎上開發了鮑爾環填料、狄克松環填料、麥克馬洪填料、矩鞍形填料等。從六十年代起,隨著化學及煉油工業的大型發展,塔設備的單塔規模也隨之增大。直徑在10米以上的板式塔已經出現,塔板數多達上百塊,塔的高度達80余米,重量達幾百噸;填料聽的最大直徑已達15米,高達100米。目前,我國常用的板式塔仍為泡罩塔、篩板塔、浮閥塔和舌形塔

15、盤塔。近年來,開發使用了斜孔塔盤、導向篩板、網孔塔盤、大孔篩板、浮閥-篩板復合塔盤以及浮動噴射塔板、旋流塔板等。填料塔所用填料,對于亂堆填料除拉西環、鮑爾環外,階梯環、金屬矩鞍環已大量采用;由于金屬絲網及金屬板波紋填料規整填料的使用,并配合新型塔內件結構使填料塔的效率大為提高,因此應用范圍日益擴大。自從1914年出現拉西環填料以后，填料塔的發展進入了科學的軌道。 1914年瓷質拉西環的問世,標志著填料塔進入了科學發展的年代。 1914年第一代有規填料拉西環（Raschingring）的出現，使填料塔的發展進人了科學軌道。1914年Rachig環問世,標志著第一代亂堆填料的誕生,但實際生產效果仍

16、沒有很大的提高,人們開始意識到汽液分布性能對填料塔操作的重要性1937年斯特曼填料的出現，使填料和填料塔又進入了現代發展時期。 1950年后，填料塔進入了緩慢發展時期，在這個時期內，人們注意了對塔內件的研究，力圖解決填料塔的放大問題，但由于各種板式塔的出現及其成功應用，使填料塔倍受冷落。 1950年 以后，填料塔進入了緩慢發展時期，在這個時期內，人們注意了塔內件的研究，力圖解決填料塔的放大問題，但由于各種板式塔的出現極其成功應用，使填料 塔受到了冷落。 在1951年Danckwerts側針對滲透理論假定旋渦在界面上停留一個固定的時間的不合理性，特別對攪拌槽、亂堆填料塔、鼓泡塔、噴霧塔，其中的氣

17、泡和液滴有較寬的尺度分布，對滲透理論進行改進，提出了表面更新理論。 1966年,用于分離水和重水的第一個蘇爾采填料塔在法國投產。自1966年世界上建立起莽一批網波填料塔以來,十多年的實踐證明,風波填料具有效率高、負荷大、壓降低、滯液星小、幾乎無放大效應以及易于機械化加工等優點,因此其應用得到了迅速發展。 1969年，Viviantl 將一個填料塔固定在大離心機的旋轉臂上，首次測定了離心加速度對傳質效率的 影響。 1970年，我國建成第一座金屬絲網波紋填料塔，20多年來估計有數百座金屬絲網波紋填料塔投人生產。 1971年Spaay等采用不同材質、不同尺寸的拉西環較為詳盡地研究了脈沖填料塔的兩相流

18、動、軸向混合和傳質特性，給出了特性速度、液滴直徑的經驗關聯式。 到1972年蘇爾采公司已建造了12個CY塹填料塔,并且已成功地運轉著。 1972年以來,以歐美為中心的世界硫酸制造所用的填料塔逐漸改換成陶瓷階梯環,目前包括新建在內其總數可達100座。 1977年Simonsl吩紹了脈沖填料塔在己內酚胺生產中的應用，并提出脈沖填料塔的傳質效率與塔徑和塔中是否存在反應無關，因而具有易于放大的優點。 1980年5月開始進行了階梯環填料塔的試驗,獲得成功。 1980年,Merchuk川曾將填料塔作為氧合器,對幾種較小尺寸的填料進行了傳質性能的測定,并進行了血液氧合過程的嘗試川。 1982年4月在直徑5.

19、3米的油洗塔及直徑5.1米的水洗塔中,將上段的浮閥塔板改為充填英塔洛克斯金屬填料的填料塔。 1986年底大檢修時,對部分設備進行了改造,用填料塔取代了浮閥塔。 1990年國家科委批準在天津大學成立“新型填料塔及高效填料研究推廣中心”。 2001年杭氧、開空、川空和中國空分設備公司等主要企業以填料塔、全精餾制氬、內壓縮流程為代表的新一代大型空分設備占據了國內2萬m3h以下空分設備市場，生產任務也都十分飽滿。 吸收塔是實現吸收操作的設備。按氣液相接觸形態分為三類。第一類是氣體以氣泡形態分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、攪拌鼓泡吸收塔；第二類是液體以液滴狀分散在氣相中的噴射器、文氏管、噴霧塔；第三類

20、為液體以膜狀運動與氣相進行接觸的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔內氣液兩相的流動方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收劑以塔頂加入自上而下流動，與從下向上流動的氣體接觸，吸收了吸收質的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。填料是填料塔的核心，它提供了塔內氣液兩相的接觸面，填料與塔的結構決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定的機械強度、密度小、價格低廉等。常用的填料有拉西環、鮑爾環、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀80年代后開發的新型填料如QH1型扁環填料、八四內弧環、刺猬形填料、金屬板狀填料、規整板波紋填料、格柵填料等，為先進的填料塔設計提供了基礎。

21、填料塔適用于快速和瞬間反應的吸收過程，多用于氣體的凈化。該塔結構簡單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時間長，氣量變化時塔的適應性強，塔阻力小，壓力損失為300700Pa，與板式塔相比處理風量小，空塔氣速通常為0512m/s，氣速過大會形成液泛，噴淋密度68m3(m2，h)以保證填料潤濕，液氣比控制在210Lm3。填料塔不宜處理含塵量較大的煙氣，設計時應克服塔內氣液分布不均的問題。用以進行吸收操作的塔器。利用氣體混合物在液體吸收劑中溶解度的不同，使易溶的組分溶于吸收劑中，并與其他組分分離的過程稱為吸收。操作時，從塔頂噴淋的液體吸收劑與由塔底上升的氣體混合物在塔中各層填料或塔盤上密切接

22、觸，以便進行吸收。伴有化學反應的吸收叫化學吸收。按吸收時氣液作用方式吸收塔可分為表面式、膜式、噴淋式和鼓泡式等。1.3 吸收在工業生產中的應用1.3.1 吸收的應用 吸收在工業生產中得到廣泛應用，大致分為以下幾種：（1） 原料氣的凈化 為除去原料氣所含的雜質，吸收可以說是最常用的方法。就雜質的濃度來說，多數很低，但因危害大而仍要求很高的凈化率，如煤氣中的H2S含量一般遠低于1%（體積分數），但凈化率仍要求高于90%；也有初始濃度相當高的。（2） 有用組份的回收 如從焦爐煤氣中用水回收氨，再用洗油回收粗苯蒸汽，以及從某些干燥廢氣中回收有機溶劑蒸汽等。（3） 某些產品的制取 將氣體中需用的成分以指

23、定的溶劑吸收出來，成分溶液態的產品或半成品。如甲醇（乙醇）蒸汽經氧化后，用水吸收以制成甲醛（乙醛）辦成品等。（4） 廢棄的治理 很多工業廢氣中含有SO2、NOx（主要是NO及NO2）、汞蒸汽等有害氣體成分，雖然濃度一般很低，但對人體和環境仍危害甚大而必須進行處理。這類環境保護問題在我國已愈來愈受到重視。選擇適當的工藝和溶劑進行吸收，是廢氣治理中應用較廣的方法。當然，以上目的有時也難以截然分開，如干燥廢氣中的有機溶劑，能回收下來就很有價值，任其排放則會污染大氣。1.3.2 塔設備在化工生產中的作用和地位塔設備是化學工業、石油工業、石油化工等生產中最重要的設備之一。在塔設備中能進行的單元操作有:精

24、餾、吸收、解吸、氣體的增濃及冷卻等。在化工、石油化工及煉油廠中,塔設備的性能對于整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額,以及三廢處理和環境保護等各個方面,都有重大影響。在化工和石油化工生產裝置中,塔設備的投資費用占整個工藝設備費用的25.39%,煉油和煤化工生產裝置占34.85%。它所耗用的鋼材重量在各類工藝設備中所占的比例也較多,例如在年產250萬噸常壓及減壓煉油蒸餾裝置中耗用的鋼材重量占62.4%,年產60及120萬噸的催化裂化裝置占48.9%。因此,塔設備的設計和研究,對化工、煉油等工業的發展起著重大作用。吸收設備有多種形式，但以塔式最為常見。按氣、液兩相接觸方式的不同可將吸收設備

25、分為級式接觸和微分接觸兩大類。在級式接觸設備中，氣體與液體逐級逆流接觸。氣體自下而上通過板上小孔，在每一板上與溶劑接觸，其中可溶組分被部分的溶解。氣體每上升一塊塔板，其可溶組分的濃度階越式的降低；溶劑逐板下降，其可溶組分的濃度則階越式的升高。但是，在級式接觸過程中所進行的吸收過程仍可不隨時間而變，為定態連續過程。在微分接觸設備中，液體自塔頂均勻流下，氣體通過填料間的空隙上升與液體做連續接觸，氣體中的可溶組分不斷的被吸收，其濃度自下而上連續的降低；液體則相反，其中可溶組分的濃度則有上而下連續的增高。級式接觸與微分接觸兩類設備不僅用于氣體吸收，同樣也用于液體精餾、萃取等其它傳單元操作。化工生產中吸

26、收主要用于回收或捕獲氣體混合物中的有用物質，以制取產品；還用于出去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進一步加工處理；或除去工業放空尾氣中的有害物，以免污染空氣。實際過程往往同時兼有凈化和回收的雙重目的。1.3.3化工生產對塔設備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度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。塔設備除了應滿足特定的化工工藝條件(如溫度、壓力及耐腐蝕)外,為了滿足工業生產的需要還應達到下列要求:(1) 生產能力大,即氣液處理量大;(2) 高的傳質和傳熱效率,即氣液有充分的接觸空間、接觸時間和接觸面積;(3) 操作穩定,操作彈性

27、大,即氣液負荷有較大波動時仍能在較高的傳質效率下進行穩定的操作,且塔設備應能長期連續運轉;(4) 流體流動的阻力小,即流體通過聽設備的壓力降小,以達到節能降低操作費用的要求;(5) 結構簡單可靠,材料耗用量小,制造安裝容易,以達到降低設備投資的要求。事實上,任何一個塔設備能同時達到上述的諸項要求是很困難的,因此只能從生產需要及經濟合理的要求出發,抓住主要矛盾進行設計。隨著人們對于增大生產能力、提高效率、穩定操作和降低壓力降的追求,推動著各種新型塔結構的出現和發展。對填料的基本要求有：傳質效率高，要求填料能提供大的氣液接觸面。即要求具有大的比表面積，并要求填料表面易于被液體潤濕。只有潤濕的表面才

28、是氣液接觸表面。生產能力大，氣體壓力降小。因此要求填料層的空隙率大。不移引起偏流和溝流。經久耐用具有良好的耐腐蝕性，較高的機械強度和必要的耐熱性。取材容易，價格便宜。第2章 設計方案吸收過程的設計方案主要包括吸收劑的選擇、吸收流程的選擇、解吸方法選擇、設備類型選擇、操作參數的選擇等內容.2.1吸收劑的選擇在填料吸收塔的設計中，選擇合適的吸收劑，對物系的有效分離、流程的確定、溶劑的用量或循環量、設備的尺寸大小等都有至關重要的影響，也直接決定了分離操作的經濟效益。對吸收劑的選擇，一般遵循以下原則：(一)對溶質的溶解度大 選用溶解度大的溶劑，可大大降低溶劑用量，溶劑的循環量和再生處理量都隨之減小，這

29、意味著日常操作費用的降低。在吸收劑同樣用量的情況下，完成一定的分離任務，選用溶解度大的溶劑，則可減小吸收設備的尺寸，從而降低設備費用。（二）對溶質有較高的吸收選擇性對溶質有較高的選擇性,即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,這樣不但可以減小惰性氣體組分的損失,還可以提高解吸后溶質氣體的純度.(三)不易揮發吸收劑在操作條件下應具有較低的蒸氣壓,避免吸收過程中吸收劑的損失,提高吸收過程的經濟性.(四)再生性能好由于在吸收劑再生過程中,一般要對其進行升溫或氣提等處理,能量消耗較大,因而,吸收劑再生性能的好壞,對吸收過程能耗的影響極大,選用具有良好再生性能的吸收劑,往往能有效地降低

30、過程的能量消耗.以上四個方面是選擇吸收劑時應考慮的主要問題,其次,還應注意所選擇的吸收劑應具有良好的物理、化學性能和經濟性.其良好的物理性能主要指吸收劑的粘要小,不易發泡,以保證吸收劑具有良好的流動性能和分布性能.良好的化學性能主要指其具有良好的化學穩定性和熱穩定性,以防止在使用中發生變質,同時要求吸收劑盡可能無毒、無易燃易爆性,對相關設備無腐蝕性(或較小的腐蝕性).吸收劑的經濟性主要指應盡可能選用廉價易得的溶劑.表21 物理吸收劑和化學吸收劑的特性物理吸收劑化學吸收劑（1）吸收容量（溶解度）正比于溶質分壓（2）吸收熱效應很小（近于等溫）（3）常用降壓閃蒸解吸（4）適于溶質含量高，而凈化度要求

31、不太高的場合（5）對設備腐蝕性小，不易變質（1）吸收容量對溶質分壓不太敏感（2）吸收熱效應顯著（3）用低壓蒸汽氣提解吸（4）適于溶質含量不高，而凈化度要求很高的場合（5）對設備腐蝕性大，易變質2. 2吸收工藝流程的確定 2.2.1吸收工藝流程工業上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同角度進行分類，從所選用的吸收劑的種類看，有僅用一種吸收劑的一步吸收流程和使用兩種吸收劑的兩步吸收流程，從所用的塔設備數量看，可分為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、并流吸收流程等基本流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環流程。（一）一步吸收流程和兩步吸收流程一步流程一般用于混合

32、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規定的吸收要求，但過程的操作費用較高，從經濟性的角度分析不夠適宜時，可以考慮采用兩步吸收流程。（二）單塔吸收流程和多塔吸收流程單塔吸收流程是吸收過程中最常用的流程，如過程無特別需要，則一般采用單塔吸收流程。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，或采用兩步吸收流程時，則需要采用多塔流程（通常是雙塔吸收流程）（三）逆流吸收與并流吸收吸收塔或再生塔內氣液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有傳質推動力大，分離效率高（具有多個理論級的分離能力）

33、的顯著優點而 廣泛應用。工程上，如無特別需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶劑循環吸收流程由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大，當液相噴淋量過小時，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，可以采用部分溶劑循環吸收流程，以提高液相噴淋量，改善踏的操作條件。2.2.2吸收工藝流程圖及工藝過程說明圖1 吸收與解吸流程2.3吸收塔設備及填料的選擇2.3.1吸收塔的設備選擇按氣液兩相接觸的方式不同可將吸收設備分為級式接觸設備與微分接觸設備兩大類。板式吸收塔是典型的級式接觸設備,氣體與液體逐級逆流接觸。氣體自下而上通過板上小孔逐板上升,在每一板上與溶劑接

34、觸,其中可溶組分被部分地溶解。在此類設備中,氣體每上升一塊板,其可溶組分的濃度階越式地降低;溶劑逐板下降, 其可溶組分的濃度階越式地升高。但是,在級式接觸過程中所進行的吸收過程仍可不隨時間而變,為定態連續過程。填料吸收塔是常用的微分接觸設備。液體呈膜狀沿壁流下,此為壁塔或降膜塔。更常見的是在塔內充以諸如瓷環之類的填料,液體自塔頂均勻淋下并沿填料表面下流,氣體通過填料間的空隙上升與液體做連續的逆流接觸。在這類設備中,氣體中的可溶組分不斷地被吸收,其濃度自下而上連續地降低;液體則相反, 其可溶組分的濃度則由上而下連續地增高。對于吸收過程,能夠完成其分離任務的塔設備有多種,如何從眾多的塔設備中選出合

35、適的類型是進行工藝設計的首要工作.而進行這一項工作則需對吸收過程進行充分的研究后,并經多方案對比方能得到較滿意的結果.一般而言,吸收用塔設備與精餾過程所需要的塔設備具有相同的原則要求,即用較小直徑的塔設備完成規定的處理量,塔板或填料層阻力要小,具有良好的傳質性能,具有合適的操作彈性,結構簡單,造價低,易于制造、安裝、操作和維修等.但作為吸收過程,一般具有操作液起比大的特點,因而更適用于填料塔.此外,填料塔阻力小,效率高,有利于過程節能,所以對于吸收過程來說,以采用填料塔居多.但在液體流率很低難以充分潤濕填料,或塔徑過大,使用填料塔不經濟的情況下,以采用板式塔為宜.2.3.2填料的選擇填料的選擇

36、包括確定填料的種類、尺寸及材質等.所選填料既要滿足生產工藝的要求,又要使設備投資和操作費用較低.并且各種填料的結構差異較大，具有不同的優缺點，因此在使用上應根據具體情況選擇不同的塔填料。在選擇塔填料時，應該考慮如下幾個問題：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,還要確保有較高的傳質效率.除此之外,還應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料,這樣可以使通量增大,塔的處理能力也增大.填料層壓降是填料的主要應用性能,填料層的壓降愈低,動力消耗就愈低,操作費用愈小.填料的操作性能主要指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等.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

37、定.同時還應具有一定的抗污堵、抗熱敏能力,以適應物料的變化及塔內溫度的變化.2.填料尺寸的選擇實踐表明，填料塔的塔徑與填料直徑的比值應保持不低于某一下限值，以防止產生較大的壁效應，造成塔的分離效率下降。一般來說，填料尺寸大，成本低，處理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往難以抵償其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔經常使用50mm的填料。表22 填料尺寸與塔徑的對應關系塔徑/填料尺寸/D300300D900D9002025253850803.填料材質的選擇選擇填料材質應根據吸收系統的介質以及操作溫度而定，一般情況下，可以選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對于腐蝕性介質應采

38、用相應的抗腐蝕性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不銹鋼等，對于溫度較高的情況，應考慮材料的耐溫性能。綜合考慮以上各個因素,本設計中選用DN38聚丙烯塑料階梯環填料,有關特性數據如下表:表2-3 聚丙烯塑料階梯環填料特性數據公稱直徑DN mm外徑高厚 d h ,mm 比表面積 m2/m3空隙率 %個數n m-3堆積密度 p kg/m3干填料因子 m-13838191.0132.5912720057.51752.4操作參數的選擇2.4.1操作溫度的選擇對于物理吸收而言,降低操作溫度,對吸收有利.但低于環境溫度的操作溫度因其要消耗大量的制冷動力而一般是不可取的,所以一般情況下,取常溫吸收較為有利.對

39、于特殊條件的吸收操作必須采用低于環境的溫度操作.對于化學吸收,操作溫度應根據化學反應的性質而定,既要考慮溫度對化學反應速度常數的影響,也要考慮對化學平衡的影響,使吸收反應具有適宜的反應速度.對于再生操作,較高的操作溫度可以降低溶質的溶解度,因而有利于吸收劑的再生2.4.2操作壓力的選擇對于物理吸收,加壓操作一方面有利于提高吸收過程的傳質推動力而提高過程的傳質速率,另一方面,也可以減小氣體的體積流率,減小吸收塔徑.所以操作十分有利.但工程上,專門為吸收操作而為氣體加壓,從過程的經濟性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的壓力參數下可以進行吸收操作的情況下,一般是以前道工序的壓力作為吸收單元的操作

40、壓力.對于化學吸收,若過程由質量傳遞過程控制,則提高操作壓力有利,若為化學反應過程控制,則操作壓力對過程的影響不大,可以完全根據前后工序的壓力參數確定吸收操作壓力,但加大吸收壓力依然可以減小氣相的體積流率,對減小塔徑仍然是有利的.對于減壓再生(閃蒸)操作,其操作壓力應以吸收劑的再生要求而定,逐次或一次從吸收壓力減至再生操作壓力,逐次閃蒸的再生效果一般要優于一次閃蒸效果.第3章 吸收塔的工藝計算3.1基礎物性數據3.1.1液相物性數據對低濃度吸收過程，溶液的物性數據可近似取純水的物性數據。由手冊查得，25時水的有關物性數據如下：密度為 kg/m3粘度為 =3.217 kg/(mh)表面張力為 查

41、手冊得時丙酮在水中的擴散系數為則時丙酮在水中的擴散系數為:3.1.2氣相物性數據混合氣體的平均摩爾質量為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,查手冊得時空氣的黏度為:由手冊查得， 時丙酮在空氣中的擴散系數為:則時丙酮在空氣中的擴散系數為:3.2物料衡算回收率 所以回流比氣體處理量 可得出吸收劑用量為 全塔物料衡算: 可得 3.3填料塔的工藝尺寸的計算3.3.1塔徑的計算填料塔直徑的計算采用式子計算 計算塔徑關鍵是確定空塔氣速 ,采用泛點氣速法確定空塔氣速. 泛點氣速是填料塔操作氣速的上限,填料塔的操作空塔氣速必須小于泛點氣速才能穩定操作.泛點氣速的計算可以采用EcKert通用

42、關聯圖查圖計算,但結果不準確,且不能用于計算機連續計算,因此可采用貝恩-霍根公式計算:式中 代入以上數據解得泛點氣速 取則塔徑 圓整后取 3.3.2泛點率校核在50%-80%之間,所以符合要求.3.3.3填料規格校核有 即符合要求.3.3.4液體噴淋密度校核對于直徑不超過75的散裝填料塔,取最小潤濕速率為：本設計中填料塔的噴淋密度為:最小噴淋密度: 說明填料能獲得良好的潤濕效果.經以上校核可知，填料塔直徑選用D=600mm能較好地滿足設計要求。3.4填料塔填料高度計算3.4.1傳質單元高度計算傳質過程的影響因素十分復雜,對于不同的物系、不同的填料及不同的流動狀況與操作條件, 傳質單元高度迄今為

43、止尚無通用的計算方法和計算公式.目前,在進行設計時多選用一些準數關聯式或經驗公式進行計算,其中應用較普遍的是修正的恩田()公式:查得液體質量通量為氣膜吸收系數有下式計算：氣體質量通量為：液膜吸收系數由下式計算：由 ，查得則因為,所以必須對和進行校正,校正計算如下:由 得則氣相總傳質系數為:由3.4.2傳質單元數的計算 解吸因數為氣相總傳質單元數為：3.4.3填料層高度的計算 由得設計取填料層高度為查 對于階梯環填料， h/D=815, 取,則 計算得填料塔高度為6000mm，故不需分段3.5填料塔附屬高度計算塔上部空間高度可取1.8m, 塔底液相停留時間按5min考慮, 則塔釜所占空間高度為考

44、慮到氣相接管所占的空間高度,底部空間高度可取2m,所以塔的附屬高度可以取4m.所以塔高為 3.6液體分布器計算和再分布器的選擇和計算3.6.1液體分布器液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式、及槽盤式等。工業應用以管式、槽式、及槽盤式為主。性能優良的液體分布器設計時必須滿足以下幾點：液體分布均勻 評價液體分布均勻的標準是：足夠的分布點密度；分布點的幾何均勻性；降液點間流量的均勻性。分布點密度。液體分布器分布點密度的選取與填料類型及規格、塔徑大小、操作條件等密切相關，各種文獻推薦的值也相差較大。大致規律是：塔徑越大，分布點密度越小；液體噴淋密度越小，分布點密度越大。對于散裝填料，填料

45、尺寸越大，分布點密度越小。表3-1列出了散裝填料塔的分布點密度推薦值表3-1 Eckert的散裝填料塔分布點密度推薦值塔徑，mm分布點密度，塔截面D=400330D=750170D120042分布點的幾何均勻性。分布點在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點密度更為重要的問題。設計中，一般需通過反復計算和繪圖排列，進行比較，選擇較佳方案。分布點的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降夜點間流量的均勻性。為保證各分布點的流量均勻，需要分布器總體的合理設計、精細的制作和正確的安裝。高性能的液體分布器，要求個分布點與平均流量的偏差小于6%。操作彈性大 液體分布器的操作彈性是指液體的最大負荷與最小負荷之

46、比。設計中，一般要求液體分布器的操作彈性為24，對于液體負荷變化很大的工藝過程，有時要求操作彈性達到10以上，此時，分布器必須特殊設計。自由截面積大 液體分布器的自由截面積是指氣體通道占塔截面積最小應在35%以上。其他 液體分布器應結構緊湊、占用空間小、制造容易、調整和維修方便。按Eckert建議值，D1200mm時，噴淋點密度為42點m2，因該塔液相負荷較大，設計取噴淋點密度為100點m2。3.6.2布液孔數（1）液體分布器選型 本設計中塔徑較小，故此選用管式液體分布器。（2）分布點密度計算 該塔的塔徑較小，且填料的比表面積較大，故應選較大的分布點密度。設計中取分布點密度為200點/m2。布

47、液點數為 點 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：主管直徑，支管直徑.采用7根支管，支管中心距為65mm，采用正方形排列，實際布點數為點。布液點示意圖如下： 圖2 管式液體分布器布液點示意圖（3）布液計算 由 取，則 m設計取 3.6.3 液體保持管高度取布液孔直徑為5.3mm，則液位保持管中的液位高度為：設計取液位高度 3.7其他附屬塔內件的選擇本裝置的直徑較小可采用簡單的進氣分布裝置,同時排放的凈化氣體中的液相夾帶要求嚴格,應設除液沫裝置,為防止填料由于氣流過大而是翻,應在填料上放置一個篩網裝置,防止填料上浮.3.7.1液體分布器液體在填料塔頂噴淋的均勻狀況是提供塔

48、內氣液均勻分布的先決條件，也是使填料達到預期分離效果的保證。為此，分布器設計中應注意以下幾點：（1）、為保證液體在塔截面上均布，顆粒型（散裝）填料的噴淋點數為4080個/m2（環形填料自分布性能差應取高值），此外，為減少壁流效應，噴淋孔的分布應使近塔壁520區域內的液體流量不超過總液量的10。規整填料一般為100200個/噴淋點。（2）、噴淋孔徑不宜小于2，以免引起堵塞，孔徑也不宜過大，否則液位高度難維持穩定。液體分布器有以下幾種形式:1. 多孔型液體分布器多孔型液體分布器系借助孔口以上的液層靜壓或泵送壓力使液體通過小孔注入塔內。2.直管式多孔分布器根據直管液量的大小，在直管下方開24排對稱小

49、孔，孔徑與孔數依液體的流量范圍確定，通常取孔徑26，孔的總面積與及進液管截面積大致相等，噴霧角根據塔徑采用30或45，直管安裝在填料層頂部以上約300。此形分布器用于塔徑600800，對液體的均布要求不高的場合。根據要求，也可以采用環形管式多孔分布器。3. 排管式多孔分布器支管上孔徑一般為35，孔數依噴淋點要求決定。支管排數、管心距及孔心距依塔徑和液體負荷調整。一般每根支管上可開13排小孔，孔中心線與垂直線的夾角可取15、22.5、30或45等，取決于液流達到填料表面時的均布狀況。主管與支管直徑由送液推動力決定，如用液柱靜壓送液，中間垂直管和水平主管內的流速為0.20.3m/s，支管流速取為0

50、.150.2m/s；采用泵送液則流速可提高。3.7.2液體再分布器液體再分布器的作用是將流到塔壁近旁的液體重新匯集并引向中央區域。填料層較高時，應分段安裝，段與段間設液體分布器。比較完善的裝置可以做成像上述升氣管篩板型液體分布器的樣子，只是要在各升氣管口之上加笠形罩，以防止從上段填料層底部落下的液體進入升氣管。平盤底部各處的液層高度大體相同，于是各處篩孔所流下的液體速度大致相同。本設計中塔高為6米,不需要分段,故不需要安裝液體再分布器3.7.3填料支承板填料支撐板既要具備一定的機械強度以承受填料層及其所持液體的重量，又要留出足夠的空隙面積空氣、液流量，氣體通過支承板空隙的線速不能不等于通過填料

51、層空隙的線速度，否則便會在填料層內尚未發生液泛之前，已在支撐板處發生液泛。一般要求支承板的自由截面積之比大于填料層的空隙率。最簡單的支承裝置是用扁鋼條制作的格柵或 開孔的金屬板。格柵的間隙或孔板的孔徑如果過大，容易使填料落下，此時可于支承裝置上先鋪一層尺寸較大的同類填料。氣體噴射支承板，適于在大直徑塔中使用，從塔底上升的氣體通過水平部分的孔流下。通氣孔的總截面積可以做到大于塔的截面積，這種設計使得氣流阻力小而通過能力大，并排除了在支承板上發生液泛的危險。3.7.4填料壓板與床層限制板填料壓板系藉自身質量壓住填料但不致壓壞填料；限制板的質量輕，需固定于塔壁上。一般要求壓板或限制板自由截面分率大于

52、70。3.7.5氣體進出口裝置與排液裝置（1）氣體進出口裝置填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對500mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴大器，或采用其它均布氣流的裝置。氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。本設計中選用折板除霧器。折板除霧器的結構簡單有效，除霧板由的角鋼組成，板間橫向距離為25mm，垂直流過的氣速可按下式計算：式中 氣速，m； 液相及氣相密度，； 系數，0.085-0.10；本設計中取 ，則流過的氣速所需除霧板組的橫斷面為 由上式確定的氣速范圍，除霧板的阻力為49-98pa，此時能除去的最小霧滴直徑約為0.05mm，即50.（2）排液裝置液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口氣速可取0.81.5m/s（必要時可加大些）管徑依氣速決定后，應按標準管規定進行圓整.3.8吸收塔