澳门银河娱乐网:填料吸收塔思考题答案1篇

  1500m/h。混合气体中含SO 5%(体积分数,下同),要求塔顶排放气体中SO 含量低于0.2%,采用清水吸收, 吸收剂用量自定。 在水中的恒力系数E=3.55103kPa 每年300天,每天24 小时连续运行。 1、吸收塔的物料衡算(由于是低浓度、物理吸收、溶解热可忽略,所以不必做热量衡算); 2、吸收塔工艺尺寸的计算(塔径、填料层高度以及分段、塔高) 4、吸收塔接管尺寸计算(参见上册p17某些流体在管道中 的常用流速范围表); 5、附属装置的选型(一般不需要自己设计、加工、制造。现在很多部件都已经标准化,只要选用合适的标准件即可): 液体分布器、再分布器、气体分布装置、填料支承板等; 6、附属设备选型:泵(通过计算选型)、风机(选型计算可免去) 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的形式,可以分为填料塔 和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作,填料塔属于微分 接触操作。工业上对塔设备的主要要求:(1)生产能力大(2) 分离效率高(3)操作弹性大(4)气体阻力小结构简单、设 备取材面广等。 1.1塔形的选择: 塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节,选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的 制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步 较早,具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特 10 与物性有关的因素:如易起泡的物系,处理量不大时,选填料塔为宜。具有腐蚀性的介质,也可选用填料塔。具有热 敏性的物料须减压操作,可采用装填规整的散堆填料。粘性 较大的物系,可以选用大尺寸填料。 与操作条件有关的因素:气相传质阻力大,宜采用填料塔。大的液体负荷,可选用填料塔。低的液体负荷,不宜采用填 料塔。液气比波动的适应性,板式塔优于填料塔。 对于吸收过程,能够完成其分离任务的塔设备有多种, 何从众多的塔设备中选出合适的类型是进行工艺设计的首要工作. 而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究 并经多方案对比方能得到较满意的结果.一般而言, 即用较小直径的塔设备完成规定的处理量,塔板或填料 层阻力要小, 具有良好的传质性能, 具有合适的操作弹性, 结构简单, 造价低, 易于制造、安装、操作和维修等. 但作为吸收过程,一般具有操作液起比大的特点, 因而更 适用于填料塔. 此外, 填料塔阻力小, 效率高, 有利于过程 节能, 所以对于吸收过程来说, 以采用填料塔居多. 但在液 体流率很低难以充分润湿填料, 或塔径过大, 使用填料塔不 经济的情况下, 以采用板式塔为宜. 11 1.2填料的选择 填料塔由填料、塔内件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两大类。塔内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 填料是填料塔中传质元件,它可以有各种不同的分类:如按性能分为通用填料和高效填料;按形状分为颗粒型填料和 规整填料。填料品种很多,最古老的填料是拉西环;在国外 被认为较为理想的是鲍尔环,矩鞍填料和波纹填料等工业填 料,现经测试验证,已被推荐为我国今后推广使用的通用型 填料,填料的材质可为金属、陶瓷或塑料。 各种填料的结构差异较大,具有不同的优缺点,因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时, 应该考虑如下几个问题: 选择填料材质选择填料材质应根据吸收系统的介质 以及操作温度而定,一般情况下,可以选用塑料,金属,陶 瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料,如 陶瓷,塑料,玻璃,石墨,不锈钢等,对于温度较高的情况, 应考虑材料的耐温性能。 填料类型的选择填料类型的选择是一个比较复杂的 12 问题。一般来说,同一类填料塔中,比表面积大的填料虽然 具有较高的分离效率,但是由于在同样的处理量下,所需要 的塔径较大,塔体造价升高。 填料尺寸的选择实践表明,填料塔的塔径与填料直径 的比值应保持不低于某一下限值,以防止产生较大的壁效 应,造成塔的分离效率下降。一般来说,填料尺寸大,成本 低,处理量大,但是效率低,使用大于 50mm 的填料,其 成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加。所 以,一般大塔经常使用 50mm 的填料。但在大塔中使用小 20——25mm填料时,效率并没有较明显的提高,一般 情况下,可以按表选择填料尺寸。 因此对于水吸收S02的过程、操作、温度及操作压力较低, 工业上通常选用所了散装填料。在所了散装填料中,塑料阶 梯环填料的综合性能较好,故此选用塑料阶梯环填料。 近年来由于填料结构的改进,新型的高效、高负荷填料的开发,既提高了塔的通过能力和分离能力, 由保持了压力 降小及性能稳定的特点,因此填料塔已被推广到大型企 业设备中。在某些场合,还代替了传统的板式塔。随着对填料塔的研究和开发,性能优良的填料塔以大量的用于工业 生产中。 近年来,国内外对填料的研究与开发进展很迅速,新型高效填料的不断出现,是填料塔的应用更加广泛,直径达到几 13 米甚至十几米的大型填料塔 在工业上已非常罕见。 填料塔的使用已有百余年的历史,人们对它的研究从末中断。特别是近些年,由于性能优良的新型填料不断开发,改 善了填料层内气液两相的分布与接触情况,使填料塔的负荷 通量增大,阻力降低,效率提高,操作弹性加大。所有这一 切促使了填料塔的应用日趋广泛。 填料塔的设计过程包括以下步骤:(1).根据设计任务和 工艺要求,确定设计方案(包括流程的确定、吸收剂的选择、 操作温度和压力的确定);(2)填料的类型和选择(填料的选择 要考虑其传质效率、通量、填料层压降和填料的操作性能) (3)填料塔工艺尺寸的计算,包括确定塔径填料层高度等尺寸。(4)计算填料层压降;(5)进行填料塔塔内件的设计与 选型 1.3吸收剂的选择 对于吸收操作,选择适宜的吸收剂, 具有十分重要的意义. 其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响. 一般情况 选择吸收剂,要着重考虑如下问题. 所选的吸收剂多溶质的溶解度大,则单位量的吸收剂能够 溶解较多的溶质, 在一定的处理量和分离要求下, 吸收剂的 用量小, 可以有效地减少吸收剂循环量, 这对于减 少过程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面,在同样14 的吸收剂用量下,液相的传质推动力大,则可以提高吸收速 率,减小塔设备的尺寸。 对溶质有较高的选择性,即要求选用的吸收剂应对溶质有 较大的溶解度, 而对其他组分则溶解度要小或基本不溶, 不但可以减小惰性气体组分的损失,而且可以提高解吸 后溶质气体的纯度. 吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压,以避免吸收过 程中吸收剂的损失, 提高吸收过程的经济性. 由于在吸收剂再生过程中,一般要对其进行升温或气提等 处理, 能量消耗较大, 因而, 吸收剂再生性能的好坏, 收过程能耗的影响极大,选用具有良好再生性能的吸收剂, 往往能有效= 以上四个方面是选择吸收剂时应考虑的主要问题,其次, 还应注意所选择的吸收剂应具有良好的物理、化学性能和经 其良好的物理性能主要指吸收剂的粘要小,不易发泡, 以保证吸收剂具有良好的流动性能和分布性能. 良好的化学 性能主要指其具有良好的化学稳定性和热稳定性, 以防止在 使用中发生变质, 同时要求吸收剂尽可能无毒、无易燃易爆 对相关设备无腐蚀性(或较小的腐蚀性).吸收剂的经济 15 性主要指应尽可能选用廉价易得的溶剂. 1.4吸收流程的选择 工业上使用的吸收流程多种多样,可以从不同角度进行分类,从所选用的吸收剂的种类看,有仅用一种吸收剂的一步 吸收流程和使用两种吸收剂的两步吸收流程,从所用的塔设 备数量看,可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程,从塔内气 液两相的流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流 程,此外,还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。 一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低,同时过程的分离要求不高,选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合 气体中溶质浓度较高且吸收要求也高,难以用一步吸收达到 规定的吸收要求,但过程的操作费用较高,从经济性的角度 分析不够适宜时,可以考虑采用两步吸收流程。 单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程,如过程无特别需要,则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高, 使用单塔操作时,所需要的塔体过高,或采用两步吸收流程 时,则需要采用多塔流程。典型的是双塔吸收流程。 吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作,16 由于逆流操作具有传质推动力大,分离效率高(具有多个理 论级的分离能力)的显著优点而 广泛应用。工程上,如无 特别需要,一般均采用逆流吸收流程。 由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大,当液相喷淋量过小时,将降低填料塔的分离效率,因此 当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时,可以采用 部分溶剂循环吸收流程,以提高液相喷淋量,改善踏的操作 条件。 1.5操作参数的选择 吸收过程的操作参数主要包括吸收(或再生)压力、吸收(或再生)温度以及吸收因子(或解析因子),这些条件的 选择应充分考虑前后工序的工艺参数,从整个过程的安全 性、可靠性、经济性出发,利用过程的模拟计算,经过多方 案对比优化得出过程参数。 对于物理吸收而言,降低操作温度, 对吸收有利。但低于环 境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不 可取的, 所以一般情况下, 取常温吸收较为有利。对于特殊 条件的吸收操作必须采用低于环境的温度操作。 对于化学吸收,操作温度应根据化学反应的性质而定, 要考虑温度对化学反应速度常数的影响,也要考虑对化学平 17 衡的影响, 使吸收反应具有适宜的反应速度。 对于再生操作,较高的操作温度可以降低溶质的溶解度, 因而有利于吸收剂的再生。 对于物理吸收,加压操作一方面有利于提高吸收过程的传 质推动力而提高过程的传质速率, 另一方面, 也可以减小气 体的体积流率, 减小吸收塔径。所以 操作十分有利. 但工程 专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看 是不合理的, 因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸 收操作的情况下, 一般是以前道工序的压力作为吸收单元的 操作压力。 对于化学吸收,若过程由质量传递过程控制, 则提高操作 压力有利, 若为化学反应过程控制, 则操作压力对过程的影 响不大, 可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压 但加大吸收压力依然可以减小气相的体积流率,对减小 塔径仍然是有利的。 对于减压再生(闪蒸)操作, 其操作压力应以吸收剂的再生 要求而定, 逐次或一次从吸收压力减至再生操作压力, 逐次 闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果。 本文选定以清水为吸收剂吸收SO2 。详细的阐述了填料 吸收塔的整个设计过程: 18 DN50聚丙烯阶梯环填料。依据查得的基础物性数据对 塔径、填料层高度及压降进行计算,填料层高度计算采用传 质单元数法。对计算结果核算后,选用合适的附属设备,并 对液体分布器进行了较为详细的设计,最后设计出塔的工艺 条件图。 2.1基础物性数据 2.1.1气相物性数据 0564+0. 95 29=30. 75 ρVm=PM Vm 101. 30.75==1. 8kg 314293 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,由参考书【1】查得,20时空气的粘度为 8110-5Pa 10810-4m -1=0.039m2/h 2.1.2液相物性数据 对低浓度吸收过程,溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由参考书[1]查得,20时水的有关物性数据如下: 19 =3.6kg/(mh) 2σ=72.67dyn/cm=941803.2kg 4710-9m 2910-6m 2.1.3气液相平衡数据 55103kPa 若近似取塔平均操作压强为101.3kPa ,相平衡常数为 55103 ===35.04 =998.23 016kmol/kPa 33.55 10 18() 2.2物料衡算 10.05==0. 053 1-y 11-0. 05 20.002==0.0020041-y 21-0.002 进塔惰性气相流量为1500273 2022.4273+20 由于该吸收过程属于低浓度吸收,则平衡曲线可近似为直线,最小液气比可按下式计算,即 min12 0.053-0.002004L==33.77 -3V 1.51 10min =1.5=1.5 33.77=50.66 =50.6659.26=3002.11kmol 59.26 053-0.002004) -3X 00710L 3002. 11 2.3填料塔的工艺尺寸的计算 2.3.1塔径的计算 采用Eckert 通用关联图[2]计算泛点气速 Eckert通用关联图如下 281500=1920kg 液相质量流量可以近似按纯水的流量计算,即 水=3002.1118=5407.98kg Eckert通用关 21 联图的横坐标为: 50塑料阶梯环的填料因子:φ= =143.1m 3,又因为液相为清水, 故液体密度校 13=0.79m 8m=800mm 2.3.2泛点率校核 8322 2.3.3填料规格校核: 800==16

  8即满足聚丙烯阶梯环的要求 2.3.4液体喷淋密度校核: =114.2m 08114. 54037.98 ===107.75 220. 785D 经以上核对:填料塔直径选用D=800mm 合理。澳门银河娱乐网, 2.4填料层高度的计算 23 2.4.1传质单元数的计算 1=mX1=35. 04 01. 007 10-3=0. 035 mV35.04 59.26S ===0.69 3002.11气相总传质单元数为: 1-Y2*110.053-0 =ln(1-0.69) +0.69=7.05 2-Y20.002004-0 2.4.2传质单元高度计算 =1-exp-1.45 查参考书[2]表3-3及参考书[1]附录得 =3310-3N =72.6dyn 54037.98 24 ==29.88kg -0.050.750.120.03329.8829.88114.2 0.0726114.20.001998.2 9.81a =1-exp=0.67 0.22a 998.20.0726 114.2 67114. 2=76. 51 且查参考书得:ψ=1.45 114.20.108 10-41.061.81 101.1 1.45-5-48.314 293114.2 1.81 101.28 0.108 10 =1.55 10-5(kmol -2h-1KPa -1) -926 76.510.001005998.2 1.47 10 =4.6810-4(m 0.0010059.810.4 1.45998.2 =1.5510-5 76.51=1.19 10-3kmol =4.6810-4 76.51=0.036l OG的计算 5510 18 1910-30. 016

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