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目錄
摘要 1
前言 3
第1章 選題背景 5
1.1 吸收技術(shù)概況 5
1.2 吸收設(shè)備發(fā)展 5
1.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 7
1.4 選題背景 8
第2章 吸收塔的設(shè)計(jì)方案 9
2.1 吸收劑的選擇 9
2.2 吸收流程選擇 10
2.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇 12
2.4 吸收劑再生方法的選擇 15
2.5 操作參數(shù)的選擇 16
第3章 吸收塔工藝條件的計(jì)算 17
3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 17
3.2 物料衡算 18
3.3 填料塔的工藝尺寸計(jì)算 20
3.4 填料層高度計(jì)算 23
3.5 填料塔附屬高度的計(jì)算 26
3.6 液體分布器的簡要設(shè)計(jì) 27
3.7 其它附屬塔內(nèi)件的選擇 29
3.8 流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算 31
3.9 附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇 32
第4章 載荷部分 35
4.1 設(shè)計(jì)條件 35
4.2 按計(jì)算壓力計(jì)算塔體與封頭厚度 35
4.3 塔設(shè)備的質(zhì)量載荷計(jì)算 36
4.4 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算 37
4.5 各種載荷引起的軸向應(yīng)力 40
4.6 塔體與裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核 42
4.7 塔體水壓試驗(yàn) 43
4.8 水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 44
4.9 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) 44
4.10 地腳螺栓計(jì)算 46
總結(jié) 47
附錄 49
致 謝 51
摘要
煙氣脫硫塔的設(shè)計(jì)
學(xué)生：
指導(dǎo)老師：
【摘要】本設(shè)計(jì)的目的在于除火電廠煙氣中的二氧化硫。煙氣的初始條件為：80℃，常壓下，體積流量為7000Nm3/h混合氣（空氣+SO2），煙氣入口SO2濃度3800mg/m3，設(shè)計(jì)方案：用水吸收SO2屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且SO2不作為產(chǎn)品，故屬用純?nèi)軇┪者^程。對(duì)于水吸收SO2的過程，操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用DN38聚丙烯階梯環(huán)填料。根據(jù)以上條件本設(shè)計(jì)的結(jié)果如下：塔徑D=2m；填料層高度h=3800mm。
【關(guān)鍵詞】：水，二氧化硫，填料塔吸收塔
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摘要
The design of the flue gas desulfurization tower
Student: Xu Yungui, college of mechanical engineering
Instructor: Xie Lifang, college of mechanical engineering
[Summary] The purpose of this design is that in addition to sulfur dioxide in flue gas of thermal power plant. The initial conditions of flue gas were: 80 ℃, pressure, volume flow rate of 7000Nm3/h mixed gas (air+SO2), flue gas entrance SO2 concentration 3800mg/m3, design: absorption process of water absorption of SO2 is moderate solubility, in order to improve the transfer efficiency, selection of countercurrent absorption process. By using water as absorbent, and SO2 is not as a product, it is made of pure solvent absorption process. The process of water absorption of SO2, operating temperature and operation pressure is low, industry usually use plastic bulk packing. In the plastic bulk packing, the comprehensive performance of plastic ladder ring packing is better, so the selection of DN38 cascade ring packing. According to the results of the above conditions are as follows: the design of the tower diameter is D=2m; the height of filling layer of h=3800mm.
[Key Words]: H2O; SO2；Packed Tower
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前言
前言
填料塔70年代以前，在大型塔器中，板式塔占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，出現(xiàn)過許多新型塔板。70年代初能源危機(jī)的出現(xiàn)，突出了節(jié)能問題。隨著石油化工的發(fā)展，填料塔日益受到人們的重視，此后的20多年間，填料塔技術(shù)有了長足的進(jìn)步，涌現(xiàn)出不少高效填料與新型塔內(nèi)件，特別是新型高效規(guī)整填料的不斷開發(fā)與應(yīng)用，沖擊了蒸餾設(shè)備以板式塔為主的局面，且大有取代板式塔的趨勢(shì)。最大直徑規(guī)整填料塔已達(dá)14～20m，結(jié)束了填料塔只適用于小直徑塔的歷史。這標(biāo)志著填料塔的塔填料、塔內(nèi)件及填料塔本身的綜合設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新階段?？v觀填料塔的發(fā)展，可以看出，直至80年代末，新型填料的研究始終十分活躍，尤其是新型規(guī)整填料不斷涌現(xiàn)，所以當(dāng)時(shí)有人說是規(guī)整填料的世界。但就其整體來說，塔填料結(jié)構(gòu)的研究又始終是沿著兩個(gè)方面進(jìn)行的，即同步開發(fā)散堆填料與規(guī)整填料。另一個(gè)研究方向是進(jìn)行填料材質(zhì)的更換，以適應(yīng)不同工藝要求，提高塔內(nèi)氣液兩相間的傳質(zhì)效果，以及對(duì)填料表面進(jìn)行適當(dāng)處理，以改變液相在填料表面的潤濕性。
填料塔從ACHEMA‘94和ACHEMA’97兩屆展覽會(huì)展出情況來看，進(jìn)入90年代后，填料的發(fā)展較慢，仿佛進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定期，或者說是處于鞏固階段。如1994年展出的最具代表性的產(chǎn)品仍是Sulzer公司1991年展出的Optiflow規(guī)整填料，而1997年也只展出了一種新型填料的幾何形狀，即Raschig公司的Supekpak300型板式規(guī)整填料，其余都是一些老填料的新改進(jìn)(如Rombopak改進(jìn)型填料)。填料領(lǐng)域最多的發(fā)展還是在氣液分布器方面。國外大公司對(duì)液體分布裝置的研究較成熟，但對(duì)氣體分布器的研究是幾年前才起步的。與此相反的是，近五六年來，塔器中板式塔技術(shù)卻又有了明顯的進(jìn)步。
盡管如此，新型填料的開發(fā)與應(yīng)用仍將會(huì)有發(fā)展，其重點(diǎn)亦仍是規(guī)整填料。預(yù)計(jì)今后填料塔的發(fā)展仍應(yīng)歸結(jié)到以下三個(gè)方面：①新型填料及塔內(nèi)件的開發(fā)。②填料塔的性能研究。③填料塔的工業(yè)應(yīng)用。
塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔。板式塔屬于逐級(jí)接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作。工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的主要要求：（1）生產(chǎn)能力大（2）分離效率高（3）操作彈性大（4）氣體阻力小結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備取材面廣等。
塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，選擇時(shí)應(yīng)考慮物料的性質(zhì)、操作的條件、塔設(shè)備的性能以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等方面的因素。板式塔的研究起步較早，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)較低、適應(yīng)性強(qiáng)、易于放大等特點(diǎn)。
填料塔由填料、塔內(nèi)件及筒體構(gòu)成。填料分規(guī)整填料和散裝填料兩大類。塔內(nèi)件有不同形式的液體分布裝置、填料固定裝置或填料壓緊裝置、填料支承裝置、液體收集再分布裝置及氣體分布裝置等。與板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓力降小、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點(diǎn)。
選題背景
第1章 選題背景
1.1 吸收技術(shù)概況
當(dāng)氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，氣體中的一個(gè)或者幾個(gè)組分溶解與液體中，而不能溶解的組分仍留在氣體中，使氣體得以分離。吸收過程是化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作，其基本原理是利用混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同，實(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作。
實(shí)際生產(chǎn)中，吸收過程所用的吸收劑常需回收利用，故一般來說，完整的吸收過程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分，因而在設(shè)計(jì)上應(yīng)將兩部分綜合考慮，才能得到較為理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。作為吸收過程的工藝設(shè)計(jì)，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(jù)給定的分離任務(wù)，確定吸收方案；
（2）根據(jù)流程進(jìn)行過程的物料和熱量衡算，確定工藝參數(shù)；
（3）依據(jù)物料及熱量衡算進(jìn)行過程的設(shè)備選型或設(shè)備設(shè)計(jì)；
（4）繪制工藝流程圖及主要設(shè)備的工藝條件圖；
（5）編寫工藝設(shè)計(jì)說明書。
1.2 吸收設(shè)備發(fā)展
在吸收過程中，質(zhì)量交換是在兩相接觸面上進(jìn)行的。因此，吸收設(shè)備應(yīng)具有較大的氣液接觸面，按吸收表面的形成方式，吸收設(shè)備可分為下列幾類：
（1）表面吸收器
吸收器中兩相間的接觸面是靜止液面（表面吸收器本身的液面）或流動(dòng)的液膜表面（膜式吸收器）。這類設(shè)備中的接觸表面在相當(dāng)大的程度上決定于吸收器構(gòu)件的幾何表面。
這類設(shè)備還可分為以下幾種基本類型：
水平液面的表面吸收器：在這類吸收器中，氣體在靜止不動(dòng)或緩慢流動(dòng)的液面上通過，液面即為傳質(zhì)表面，由于傳質(zhì)表面不大，所以此種表面吸收器只適用于生產(chǎn)規(guī)模較小的場合。通常將若干個(gè)氣液逆流運(yùn)動(dòng)的吸收器串聯(lián)起來使用。為了能使液體自流，可將吸收器排列成階梯式，即沿流體的流向，后一個(gè)吸收器低于前一個(gè)吸收器。
水平液面的表面吸收器的效率極低，現(xiàn)在應(yīng)用已很有限。只有從體積量不大的氣體中吸收易溶組分，并同時(shí)需要散除熱量的情況下才采用它們。這類吸收器有時(shí)還用于吸收高濃度氣體混合物中的某些組分。
液膜吸收器：在液膜吸收器中，氣液兩相在流動(dòng)的液膜表面上接觸。液膜是沿著圓管或平板的縱向表面流動(dòng)的。已知有三種類型的液膜吸收器：
列管式吸收器：液膜沿垂直圓管的內(nèi)壁流動(dòng)；
板狀填料吸收器：填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的兩測流動(dòng)；
升膜式吸收器：液膜向上（反向）流動(dòng)。
目前，液膜吸收器應(yīng)用比較少，其中最常見的是列管式吸收器，常用于從高濃度氣體混合物同時(shí)取出熱量的易溶氣體（氯化氫，二氧化硫）的吸收。
填料吸收器 填料吸收器是裝有各種不同形狀填料的塔。噴淋液體沿填料表面流下，氣液兩相主要在填料的潤濕表面上接觸。設(shè)備單位體積內(nèi)的填料表面積可以相當(dāng)大，因此，能在較小的體積內(nèi)得到很大的傳質(zhì)表面。但在很多情況下，填料的活性接觸表面小于其幾何表面。
填料吸收器：填料吸收器一般作成塔狀，塔內(nèi)裝有支撐板，板上堆放填料層。噴淋的液體通過分布器灑向填料。在吸收器內(nèi)，填料在整個(gè)塔內(nèi)堆成一個(gè)整體。有時(shí)也將填料裝成幾層，每層的下邊都設(shè)有單獨(dú)的支撐板。當(dāng)填料分層堆放時(shí)，層與層之間常裝有液體再分布裝置。
在填料吸收器中，氣體和液體的運(yùn)動(dòng)經(jīng)常是逆流的。而很少采用并流操作。但近年來對(duì)在高氣速條件下操作的并流填料吸收器給予另外很大的關(guān)注。在這樣高的氣速下，不但可以強(qiáng)化過程和縮小設(shè)備尺寸，而且并流的阻力降也要比逆流時(shí)顯著降低。這樣高的氣速在逆流時(shí)因?yàn)闀?huì)造成液泛，是不可能達(dá)到的。如果兩相的運(yùn)動(dòng)方向?qū)ν苿?dòng)力沒有明顯的影響，就可以采用這種并流吸收器。
填料吸收器的不足之處是難于除去吸收過程中的熱量。通常使用外接冷卻器的辦法循環(huán)排走熱量。曾有人提出在填料層中間安裝冷卻組件從內(nèi)部除熱的設(shè)想，但這種結(jié)構(gòu)的吸收器沒有得到推廣。
機(jī)械液膜吸收器：機(jī)械液膜吸收器可分為兩類。在第一類設(shè)備中，機(jī)械作用用來生成和保持液膜。屬于這一類的有圓盤式液膜吸收器。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到液面上方時(shí)，便被生成的液膜所覆蓋，吸收過程就在這一層液膜表面上進(jìn)行。圓盤的圓周速度為0.2～0.3米/秒。這種吸收器的傳質(zhì)系數(shù)與填料吸收器相近。
第一類設(shè)備沒有什么明顯的優(yōu)點(diǎn)，并由于有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的存在而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，同時(shí)還增加了能量消耗。因此這類設(shè)備沒有得到推廣。
第二類設(shè)備的實(shí)用意義較大。在這類設(shè)備中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)用來使兩相混合，促使傳質(zhì)過程得到強(qiáng)化。這種設(shè)備稱之為“轉(zhuǎn)子液膜塔”，常用于熱穩(wěn)定性較差物質(zhì)的精餾。顯然，這種設(shè)備也可用于吸收操作。
（2）鼓泡吸收器
在這種吸收器中，接觸表面是隨氣流而擴(kuò)展。在液體中呈小氣泡和噴射狀態(tài)分布。這樣的氣體運(yùn)動(dòng)（鼓泡）是以其通過充滿液體的設(shè)備（連續(xù)的鼓泡）或通過具有不同形式塔板的塔來實(shí)現(xiàn)。在充填填料的吸收器中，也可看到氣體和液體相互作用的特征。這一類吸收器也包括以機(jī)械攪拌混合液體的鼓泡吸收器。鼓泡吸收器中，接觸表面是由流體動(dòng)力狀態(tài)（氣體和液體的流量）所決定的。
（3）噴灑吸收器
噴灑吸收器中的接觸表面是在氣相介質(zhì)中噴灑細(xì)小液滴的方法而形成的。接觸表面取決于流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)（液體流量）。這一類的吸收器有：吸收器中液體的噴灑是用噴霧器（噴灑或空心的吸收器）；用高速氣體運(yùn)動(dòng)流的高速并流噴灑吸收器；或用旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的機(jī)械噴灑吸收器。
在這些不同形式的設(shè)備中，現(xiàn)在最通用的是填料及鼓泡塔板吸收器。
1.3吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
在化工生產(chǎn)中所處理的原料﹑中間產(chǎn)物﹑粗產(chǎn)品等幾乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，為進(jìn)一步加工和使用，常需將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。對(duì)于均相物系，要想進(jìn)行組分間的分離，必須要造成一兩個(gè)物系，利用原物系中各組分間某種物性的差異，而使其中某個(gè)組分（或某些組分）從一相轉(zhuǎn)移到另一
相，以達(dá)到分離的目的。物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程稱為物質(zhì)傳遞過程。吸收單元操作是化學(xué)工業(yè)中常見的傳質(zhì)過程。
氣體的吸收在化工生產(chǎn)中主要用來達(dá)到以下幾種目的 ：
(1)有用組分的回收。例如用硫酸處理焦?fàn)t氣以回收其中的二氧化硫，用氣油處理焦?fàn)t氣以回收其中的芳烴，用液態(tài)烴處理裂解氣以回收其中的乙烯、丙烯等。
(2)原料氣的凈化。例如用水和堿液脫除合成二氧化硫原料氣中的二氧化碳，用丙酮脫除裂解氣中的乙炔等。
(3)某些產(chǎn)品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氫以制備鹽酸，用水吸收甲醛以制備福爾馬林溶液等。
(4)廢氣的治理。例如：電廠的鍋爐尾氣含二氧化硫。硝酸生產(chǎn)尾氣含一氧化氮等有害氣體，均須用吸收方法除去。
1.4 選題背景
硫污染問題最早是發(fā)達(dá)國家面臨的突出問題。工業(yè)革命以后，以煤炭火力發(fā)電廠為主，給空氣環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染。如上世紀(jì)50年代英國的倫敦?zé)熿F事件，北歐和美國酸雨對(duì)于森林和湖泊的破壞，紛紛引起了發(fā)達(dá)國家對(duì)于能源結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的環(huán)境污染的治理。我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤為主，是世界第一大煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國。2005年，我國煤炭消費(fèi)量為21.4億噸，占一次能源消費(fèi)總量的68.7%，大量燃燒煤炭造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國二氧化硫排放總量的90%是由燃煤造成的，二氧化硫污染已成為主要的大氣污染源，有三分之一的國土面積受到酸雨污染，生態(tài)環(huán)境、大氣質(zhì)量問題突出，已嚴(yán)重影響我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生命健康。
隨著城市化、現(xiàn)代化以及工業(yè)的發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展 ,我國生產(chǎn)生活用電需求量、對(duì)能源的需求量也在迅速增長。能源的大量消耗，將會(huì)導(dǎo)致大量SO2及硫的污染物的生成 ,對(duì)我們以及我們賴以生存的環(huán)境產(chǎn)生了深刻的影響和損害。目前，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和國家排污總量收費(fèi)政策，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)等環(huán)保政策的強(qiáng)制執(zhí)行，燃煤電廠SO2排放的治理已勢(shì)在必行。能源生產(chǎn)部門既要實(shí)施高能高效的生產(chǎn)，同時(shí)也要滿足該領(lǐng)域的環(huán)保指標(biāo)，承擔(dān)起經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)環(huán)境不可推脫的責(zé)任。煙氣脫硫，是一種應(yīng)對(duì)能源燃燒生產(chǎn)中帶來的污染的技術(shù)。成功的煙氣脫硫技術(shù)，為人們?cè)谏钆c發(fā)展中堅(jiān)持人與自然的和諧提供了技術(shù)上的支持；同時(shí)也推進(jìn)在工業(yè)、生產(chǎn)等領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。
因此本課題主要研究目的為根據(jù)設(shè)計(jì)所給參數(shù)對(duì)煙氣脫硫除塵系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使該電廠排放煙氣中的SO2及煙塵達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，有效地控制當(dāng)?shù)乜諝馕廴疚铮纳瓶諝赓|(zhì)量，提高居民生活質(zhì)量，該課題是具有實(shí)際意義的。
吸收塔的設(shè)計(jì)方案
吸收塔的設(shè)計(jì)方案
第2章 吸收塔的設(shè)計(jì)方案
2.1 吸收劑的選擇
對(duì)于吸收操作，選擇適宜的吸收劑，具有十分重要的意義。其對(duì)吸收操作過程的經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的影響。一般情況下，選擇吸收劑，要著重考慮如下問題：
1． 對(duì)溶質(zhì)的溶解度大
所選的吸收劑對(duì)溶質(zhì)的溶解度大，則單位量的吸收劑能夠溶解較多的溶質(zhì)，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循環(huán)量，這對(duì)于減少過程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面，在同樣的吸收劑用量下，液相的傳質(zhì)推動(dòng)力大，則可以提高吸收速率，減小塔設(shè)備的尺寸。
2． 對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性
對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性，即要求選用的吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度，而對(duì)其它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，而且可以提高解吸后溶質(zhì)氣體的純度。
3． 不易揮發(fā)
吸收劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸汽壓，以避免吸收過程中吸收劑的損失，提高吸收過程的經(jīng)濟(jì)性。
4． 再生性能好
由于在吸收劑再生過程中，一般要對(duì)其進(jìn)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(duì)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，往往能有效地降低過程的能量消耗。
以上四個(gè)方面是選擇吸收劑時(shí)應(yīng)該考慮的主要問題，其次，還應(yīng)該注意所選擇地吸收劑應(yīng)該具有良好的物理、化學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性。其良好的物理性能主要指吸收劑的粘度要小，不易發(fā)泡，以保證吸收劑具有良好的流動(dòng)性能和分布性能。良好的化學(xué)性能主要指具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以防止在使用中發(fā)生變質(zhì)，同時(shí)要求吸收劑盡可能無毒、無易燃易爆性，對(duì)相關(guān)設(shè)備無腐蝕性（或較小的腐蝕性）。吸收劑的經(jīng)濟(jì)性主要指應(yīng)盡可能選擇用廉價(jià)易得的溶劑，兩種吸收劑如下：
表2-1 物理吸收劑和化學(xué)吸收劑的選擇
物理吸收劑
化學(xué)吸收劑
（1）吸收容量（溶解度）正比于溶質(zhì)分壓
（2）吸收熱效應(yīng)很?。ń诘葴兀?
（3）常用降壓閃蒸解吸
（4）適于溶質(zhì)含量高，而凈化度要求不太高的場合
（5）對(duì)設(shè)備腐蝕性小，不易變質(zhì)
（1）吸收容量對(duì)溶質(zhì)分壓不太敏感
（2）吸收熱效應(yīng)顯著
（3）用低壓蒸汽氣提解吸
（4）適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場合
（5）對(duì)設(shè)備腐蝕性大，易變質(zhì)
在本設(shè)計(jì)中，選擇水作為吸收劑。水對(duì)SO2有較大的溶解度，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，較低的粘度，并且廉價(jià)、易得、無毒、不易燃燒。
2.2 吸收流程選擇
2.2.1 吸收工藝流程的確定
工業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同的角度進(jìn)行分類，從所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部吸收流程，從所用的塔設(shè)備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程很多塔吸收流程，從塔內(nèi)氣液兩相得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(huán)流程。
（一）一步吸收流程和兩部吸收流程
一步流程一般用于混合氣體溶質(zhì)濃度較低，同時(shí)過程的分離要求不高，選用一種吸收劑即可完成任務(wù)的情況。若混合氣體中溶質(zhì)濃度較高且吸收要求也高，難以用一步吸收達(dá)到規(guī)定的吸收要求，但過程的操作費(fèi)用較高，從經(jīng)濟(jì)性的角度分析不夠適宜時(shí)，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(shí)，所需要的塔體過高，或采用兩步吸收流程時(shí)，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(nèi)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(zhì)推動(dòng)力大，分離效率高（具有多個(gè)理論級(jí)的分離能力）的顯著優(yōu)點(diǎn)而 廣泛應(yīng)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(huán)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(dāng)液相噴淋量過小時(shí)，將降低填料塔的分離效率，因此當(dāng)塔的液相負(fù)荷過小而難以充分潤濕填料表面時(shí)，可以采用部分溶劑循環(huán)吸收流程，以提高液相噴淋量，改善塔的操作條件。
本設(shè)計(jì)采用單塔逆流操作。填料塔具有生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓降小、持液量小、操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。
2.2.2 吸收工藝流程圖及工藝過程說明
吸收SO2的流程包括吸收和解吸兩大部分。混合氣體進(jìn)入吸收塔底部，水從塔頂淋下，塔內(nèi)裝有填料以擴(kuò)大氣液接觸面積。在氣體與液體接觸的過程中，氣體中的SO2 溶解于水，使離開吸收塔頂?shù)臍怏w二氧化硫含量降低至允許值，而溶有較多二氧化硫的液體由吸收塔底排出。為了回收二氧化硫并再次利用水，需要將水和二氧化硫分離開，稱為溶劑的再生。解吸是溶劑再生的一種方法，含二氧化硫的水溶液經(jīng)過加熱后送入解吸塔，與上升的過熱蒸汽接觸，二氧化硫從液相中解吸至氣相。二氧化硫被解吸后，水溶劑得到再生，經(jīng)過冷卻后再重新作為吸收劑送入吸收塔循環(huán)使用。
2.3 吸收塔設(shè)備及填料的選擇
2.3.1 吸收塔設(shè)備的選擇
對(duì)于吸收過程，能夠完成其分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種，如何從眾多的塔設(shè)備中選擇合適的類型是進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)得首要工作。而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則需對(duì)吸收過程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)多方案對(duì)比方能得到較滿意的結(jié)果。一般而言，吸收用塔設(shè)備與精餾過程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求，即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，易于制造、安裝、操作和維修等。
在液體流率很低難以充分潤濕填料，或塔徑過大，使用填料塔不很經(jīng)濟(jì)的情況下，以采用板式塔為宜。但作為吸收過程，一般具有操作液氣比大的特點(diǎn)，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(jié)能，所以對(duì)于吸收過程來說，以采用填料塔居多。本次吸收塔設(shè)計(jì)選擇填料吸收塔。
2.3.2 填料的選擇
塔填料是填料塔中的氣液相間傳質(zhì)組件，是填料塔的核心部分。其種類繁多，性能上各有差異。
散堆填料 目前散堆填料主要有環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料。所用的材質(zhì)有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金屬等
拉西環(huán)填料
拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料于1914年由拉西（F. Rashching）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應(yīng)用。
鮑爾環(huán)填料
鮑爾環(huán)是對(duì)拉西環(huán)的改進(jìn)，在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種應(yīng)用較廣的填料。
階梯環(huán)填料
填料的階梯環(huán)結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯(cuò) 45°的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。
矩鞍填料
將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時(shí)不會(huì)套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場合，均已被瓷矩鞍填料所取代。
金屬環(huán)矩鞍填料
環(huán)矩鞍填料（國外稱為Intalox）是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，在散裝填料中應(yīng)用較多。
規(guī)整填料 規(guī)整填料是由許多相同尺寸和形狀的材料組成的填料單元，以整砌的方式裝填在塔體中。規(guī)整填料主要包括板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、格利希格柵、脈沖填料等，其中尤以板波紋填料和絲網(wǎng)波紋填料所用材料主要有金屬絲網(wǎng)和塑料絲網(wǎng)。
板波紋填料
以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結(jié)構(gòu)形式。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等,格里奇格柵填料最具代表性。格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負(fù)荷大及防堵等場合。
絲網(wǎng)波紋填料
工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30°和45°兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤填料間交錯(cuò)90°排列。波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價(jià)高，但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。
格利希格柵
它與金屬孔板波紋填料的主要區(qū)別在于板片表面不是沖壓孔，而是刺孔，用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為0.4～0.5mm小刺孔。其分離能力類似于網(wǎng)波紋填料，但抗堵能力比網(wǎng)波紋填料強(qiáng)，并且價(jià)格便宜，應(yīng)用較為廣泛。波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大（常用的有125、150、250、350、500、700等幾種）。波紋填料的缺點(diǎn)是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價(jià)高。
脈沖填料
脈沖填料組裝后，會(huì)形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大，氣液兩相通過時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動(dòng)。在縮頸段，氣速最高，湍動(dòng)劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段，氣速減到最小，實(shí)現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過程。脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，故特別適用于大塔徑的場合。
由于該過程處理量不大，所以所用的塔直徑不會(huì)太大，以采用填料塔較為適宜，所以采用聚丙烯塑料階梯環(huán)填料。其主要性能參數(shù)為：
比表面積 =157
孔隙率 =0.91
形狀修正系數(shù) =1.45
填料因子 =170m
A=0.204
臨界張力
2.4 吸收劑再生方法的選擇
依據(jù)所用的吸收劑不同可以采用不同的再生方案，工業(yè)上常用的吸收劑再生方法主要有減壓再生、加熱再生及氣提再生等。
A. 減壓再生（閃蒸）
吸收劑的減壓再生是最簡單的吸收劑再生方法之一。在吸收塔內(nèi)，吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔并減壓，使得融入吸收劑中的溶質(zhì)得以再生。該方法最適用于加壓吸收，而且吸收后的后續(xù)工藝處于常壓或較低壓力的條件，如吸收操作處于常壓條件下進(jìn)行，若采用減壓再生，那么解吸操作需要在真空條件下進(jìn)行，則過程可能不夠經(jīng)濟(jì)
B. 加熱再生
加熱再生也是吸收劑再生最常用的方法。吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔內(nèi)并加熱使其升溫，溶入吸收劑中的溶質(zhì)得以解吸。由于再生溫度必須高于吸收溫度，因而，該方法最適用于常溫吸收或在接近于常溫的吸收操作，否則，若吸收溫度較高，則再生溫度必然更高，從而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸氣作為加熱介質(zhì)，加熱方法可依據(jù)具體情況采用直接蒸汽加熱或采用間接蒸汽加熱。
2.5 操作參數(shù)的選擇
2.5.1 操作溫度的確定
對(duì)于物理吸收而言,降低操作溫度,對(duì)吸收有利.但低于環(huán)境溫度的操作溫度因其要消耗大量的制冷動(dòng)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(duì)于特殊條件的吸收操作方可采用低于或高于環(huán)境的溫度操作.
對(duì)于化學(xué)吸收,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定,既要考慮溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的影響,也要考慮對(duì)化學(xué)平衡的影響,使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度.
對(duì)于再生操作,較高的操作溫度可以降低溶質(zhì)的溶解度,因而有利于吸收劑的再生.
而對(duì)本設(shè)計(jì)而言，由吸收過程的氣液關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應(yīng)有吸收系統(tǒng)的具體情況決定。依據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，操作溫度定為80℃。
2.5.2 操作壓力的確定
操作壓力的選擇根據(jù)具體情況的不同分為三種：
對(duì)于物理吸收,加壓操作一方面有利于提高吸收過程的傳質(zhì)推動(dòng)力而提高過程的傳質(zhì)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(jīng)濟(jì)性角度看是不合理的,因而若
在前一道工序的壓力參數(shù)下可以進(jìn)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壓力.
對(duì)于化學(xué)吸收,若過程由質(zhì)量傳遞過程控制,則提高操作壓力有利,若為化學(xué)反應(yīng)過程控制,則操作壓力對(duì)過程的影響不大,可以完全根據(jù)前后工序的壓力參數(shù)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(duì)減小塔徑仍然是有利的.
對(duì)于減壓再生(閃蒸)操作,其操作壓力應(yīng)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(yōu)于一次閃蒸效果.
本設(shè)計(jì)中由吸收過程的氣液平衡可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，綜合考慮，采用常壓101.325kPa。
吸收塔工藝條件計(jì)算
第3章 吸收塔工藝條件的計(jì)算
3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)
3.1.1 任務(wù)參數(shù)
原始數(shù)據(jù)：（1）火電廠煙氣體積流率：7000Nm3/h
（2）煙氣入口SO2濃度：3800mg/m3
（3）SO2排放濃度≤400mg/m3
當(dāng)在工況80℃，101.325kPa下：P1V1/N1T1=P2V2/N2T2
101.325*7000/(273+0)=101.325*V2/(273+80)
V2=9051m3/h
所以在工況下煙氣的體積流率9051m3/h。
SO2濃度3800 mg/m3 ，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，每一立方米混合氣體含有SO2 3800mg（3800mg=3.8g）
n(SO2)=3.8g/64(g/mol)=0.05937mol
v(SO2)=0.05937mol*22.4L/mol=1.33L
在工況80℃，101.325kPa下：P1V1/T1=P2V2/T2
101.325*1.33/(273+0)=101.325*V2/(273+80)
V2=1.72L
所以SO2體積分?jǐn)?shù)=1.72/1000=0.172%。脫硫效率大于90%。
3.1.2 液相物性數(shù)據(jù)
對(duì)于低濃度的吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取純水的物性數(shù)據(jù)
20℃時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：
密度
粘度
表面張力
SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)
3.1.3 氣相物性數(shù)據(jù)
混合氣體的平均摩爾質(zhì)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(cè)的20 C°空氣的粘度為
在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為
3.1.4 氣液兩相平衡時(shí)的數(shù)據(jù)
常壓下30℃在水中的亨利系數(shù)為
相平衡常數(shù)為
溶解度系數(shù)為
3.2 物料衡算
3.2.1 進(jìn)塔混合氣中各組分的量
混合氣量=
混合氣SO2中量＝
＝
混合氣中空氣量＝
＝
3.2.2 混合氣進(jìn)出塔的摩爾組成
3.2.3 混合氣進(jìn)出塔摩爾比組成
進(jìn)塔氣相摩爾比為
出塔氣相摩爾比為
3.2.4 出塔混合氣量
出塔混合氣量=
=
3.2.5 吸收劑（水）的用量L
該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算
對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為X2=0
取操作液氣比為1.5
3.2.6 塔底吸收液組成X1
3.2.7 操作線方程
3.3 填料塔的工藝尺寸計(jì)算
3.3.1 塔徑的計(jì)算
采用Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速。
液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即
氣相質(zhì)量流量為
Eckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為
查Eckert通用關(guān)聯(lián)圖得
式中：：泛點(diǎn)氣速 m/s
g：重力加速度 9.81m/s2
，：氣相，液相密度 kg/m3
：液體粘度 mPa·s
（此處為1）
本次設(shè)計(jì)選用的是塑料階梯環(huán)類型填料。查表
表一 散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值
填料類型
填料因子，1/m
DN16
DN25
DN38
DN50
DN76
金屬鮑爾環(huán)
410
—
117
160
—
金屬環(huán)矩鞍
—
170
150
135
120
金屬階梯環(huán)
—
—
160
140
—
塑料鮑爾環(huán)
550
280
184
140
92
塑料階梯環(huán)
—
260
170
127
—
瓷矩鞍
1100
550
200
226
—
瓷拉西環(huán)
1300
832
600
410
—
其填料因子
泛點(diǎn)氣速：
對(duì)于散裝填料，泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為，泛點(diǎn)率的選擇，對(duì)于加壓操作，選擇較高的泛點(diǎn)率，減壓操作選擇較低的泛點(diǎn)率，此處取
∴圓整塔徑D取。
3.3.2 泛點(diǎn)率校核和填料規(guī)格
泛點(diǎn)率校核
(在允許范圍內(nèi))
填料規(guī)格校核
階梯環(huán)的徑比要求：>8
有即符合要求。
3.3.3 液體噴淋密度校核
對(duì)于直徑小于75mm的散裝填料可取，大于75mm可取。
取最小潤濕速率為：
查《化工原理課程設(shè)計(jì)（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)）》附錄五得
故滿足最小噴淋密度的要求.
經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理
3.4 填料層高度計(jì)算
3.4.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算
解吸因數(shù)為
氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為
3.4.2 傳質(zhì)單元高度的計(jì)算
氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算
查表
常見材質(zhì)的臨界表面張力值
材質(zhì)
碳
瓷
玻璃
聚丙烯
聚氯乙烯
鋼
石蠟
表面張力, mN /m
56
61
73
33
40
75
20
，
液體質(zhì)量通量為
氣體質(zhì)量通量為
氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算
液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算
由，查表得
常見填料塔的形狀系數(shù)
填料類型
球形
棒形
拉西環(huán)
弧鞍
開孔環(huán)
Ψ值
0.72
0.75
1
1.19
1.45
則
因?yàn)椋市枰Ｕ?
由
，得
則有
由
3.4.3 填料層高度的計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層設(shè)計(jì)高度一般為 ~
因此取
所以設(shè)計(jì)取填料層高度為
查表
散裝填料分段高度推薦值
填料類型
h/D
Hmax/m
拉西環(huán)
2.5
≤4
矩鞍
5～8
≤6
鮑爾環(huán)
5～10
≤6
階梯環(huán)
8～15
≤6
環(huán)矩鞍
5～15
≤6
對(duì)于階梯環(huán)填料，h/D=8～15,m
取 則
計(jì)算得填料層高度為3800mm，故不需要分段。
3.5 填料塔附屬高度的計(jì)算
塔上部空間高度，通過相關(guān)資料可知，可取為3.8m，塔底液相停留時(shí)間按1.5min考慮，則塔釜液所占空間高度為：
考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取3.5m，所以塔的附屬空間高度可以取為1.3+2.5=3.8米。
因此塔的實(shí)際高度取H=3.8+3.8+3.5=11.1(m)
3.6 液體分布器的簡要設(shè)計(jì)
3.6.1 液體分布器的選型
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(yè)應(yīng)用以管式、槽式、及槽盤式為主。
性能優(yōu)良的液體分布器設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足以下幾點(diǎn)：
⑴液體分布均勻 評(píng)價(jià)液體分布均勻的標(biāo)準(zhǔn)是：足夠的分布點(diǎn)密度；分布點(diǎn)的幾何均勻性；降液點(diǎn)間流量的均勻性。
①分布點(diǎn)密度。液體分布器分布點(diǎn)密度的選取與填料類型及規(guī)格、塔徑大小、操作條件等密切相關(guān)，各種文獻(xiàn)推薦的值也相差較大。
大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點(diǎn)密度越??；液體噴淋密度越小，分布點(diǎn)密度越大。對(duì)于散裝填料，填料尺寸越大，分布點(diǎn)密度越小。表3-1列出了散裝填料塔的分布點(diǎn)密度推薦值
表3-1 Eckert的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦值
塔徑，mm
分布點(diǎn)密度，塔截面
D=400
330
D=750
170
D≥1200
42
②分布點(diǎn)的幾何均勻性。分布點(diǎn)在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點(diǎn)密度更為重要的問題。設(shè)計(jì)中，一般需通過反復(fù)計(jì)算和繪圖排列，進(jìn)行比較，選擇較佳方案。分布點(diǎn)的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。
③降夜點(diǎn)間流量的均勻性。為保證各分布點(diǎn)的流量均勻，需要分布器總體的合理設(shè)計(jì)、精細(xì)的制作和正確的安裝。高性能的液體分布器，要求個(gè)分布點(diǎn)與平均流量的偏差小于6%。
⑵操作彈性大 液體分布器的操作彈性是指液體的最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之比。設(shè)計(jì)中，一般要求液體分布器的操作彈性為2～4，對(duì)于液體負(fù)荷變化很大的工藝過程，有時(shí)要求操作彈性達(dá)到10以上，此時(shí)，分布器必須特殊設(shè)計(jì)。
⑶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(yīng)在35%以上。
⑷其它 液體分布器應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、制造容易、調(diào)整和維修方便
由于該吸收塔的液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式液體分布器。
3.6.2 分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算
按照Eckert建議值，D≥1200mm 時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)/m2,因?yàn)樵撍合嘭?fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為120點(diǎn)/ m2 。布液點(diǎn)數(shù)為
點(diǎn)
布液計(jì)算 ：
由
L: 液體流量 m3/s
n: 開孔數(shù)目
: 孔流系數(shù)，取0.55～0.60
d0: 孔徑，m
: 開孔上方的液位高度，m
取，
設(shè)計(jì)取
3.6.3 塔底液體保持管高度的計(jì)算
取布液孔的直徑為15.5mm，則液位保持管中的液位高度可由公式：
得，即：：
式中：：布液孔直徑，m
L：液體流率，m3/s
：布液孔數(shù)
：孔流系數(shù)
：液體高度，m
：重力加速度，m/s2
值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定
可取
因此，取
根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ，則液位保持管高度為：
3.7 其它附屬塔內(nèi)件的選擇
3.7.1 填料支撐板
填料支撐板的作用是支撐塔內(nèi)的填料。常用的填料支撐裝置由柵板型，孔管型，駝峰型等。對(duì)于散裝填料，通常選用孔管型，駝峰型支撐裝置；設(shè)計(jì)中，為防止在填料支撐裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料支撐裝置的自由截面積應(yīng)大于75% ,
本次設(shè)計(jì)選用駝峰型支撐裝置。
3.7.2 填料壓緊裝置與床層限制板
對(duì)于散裝填料，可以選用壓緊柵板，也可以選用壓緊網(wǎng)板，在其下方根據(jù)填料的規(guī)格鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定。設(shè)計(jì)中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過高甚至發(fā)生液泛，要求壓板或限制板自由截面分率大于70％。本次設(shè)計(jì)選用壓緊網(wǎng)板。
3.7.3 氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置
氣體進(jìn)出口裝置,填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對(duì)500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)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(zhuǎn)向上。對(duì)1.5m以上直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b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(wǎng)式除霧器，對(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。
本設(shè)計(jì)中選用折板除霧器。折板除霧器的結(jié)構(gòu)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(jì)算：
式中 ——?dú)馑伲琺； ——液相及氣相密度，；
——系數(shù)，0.085-0.10；
本設(shè)計(jì)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(shí)能除去的最小霧滴直徑約為0.05mm，即50。
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(nèi)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(jìn)出口管氣速可取10～20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口流速可取0.8～1.5m/s（必要時(shí)可加大些）管徑依氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)定進(jìn)行圓整.在以后的各節(jié)中會(huì)有計(jì)算。
3.8 流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算
3.8.1 填料層壓力降的計(jì)算
（1）氣體進(jìn)出口壓力降
由后面主要接管尺寸計(jì)算可知，氣體的進(jìn)出口接管內(nèi)徑為。
則氣體的進(jìn)出口流速為:
則進(jìn)口（突然擴(kuò)大 =1）
出口(突然縮小 =0.5）
（2）填料層壓力降
氣體通過填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算，有前面計(jì)算可知
其中橫坐標(biāo)為
查《散裝填料壓降填料因子平均值》得
m-1
坐標(biāo)為
查Eckert關(guān)聯(lián)圖得
所以填料層壓力降
其它塔內(nèi)間的壓力降較小,因此可忽略
于是得到吸收塔的總壓力降為
3.8.2 泛點(diǎn)率
吸收塔操作氣速為0.8m/s.泛點(diǎn)氣速為1.24m/s.所以泛點(diǎn)率為
對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為：~，所以該塔的泛點(diǎn)率合適。
3.8.3 氣體動(dòng)能因子
吸收塔內(nèi)氣體的動(dòng)能因子為
氣體動(dòng)能因子在常用范圍內(nèi)。
3.9 附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇
3.9.1 吸收塔主要接管的尺寸計(jì)算
本設(shè)計(jì)中填料塔有多處接管，但主要的是氣體和液體的進(jìn)料口和出料口接管。在此分別以液體進(jìn)料管和氣體進(jìn)料管的管徑計(jì)算為例進(jìn)行說明。氣體和液體在管道中流速的選擇原則為：常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取10～20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口流速可取0.8～1.5m/s（必要時(shí)可加大些）
1．液體進(jìn)料接管
進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下
查《輸送流體用地縫鋼管：GB8163-20083》可知，
可選用熱軋無縫鋼管管徑為。則實(shí)際管內(nèi)徑為180mm.實(shí)際通過液體接管的液速為：
2．氣體進(jìn)料接管
采用直管進(jìn)料。取氣速
所以查《輸送流體用地縫鋼管：GB8163-20083》可知取管徑為
實(shí)際管內(nèi)徑為，
則實(shí)際通過氣體接管的氣速為：
3．吸收劑輸送管路直徑及流速計(jì)算
根據(jù)管材規(guī)范，選擇型的熱軋無縫管道，其內(nèi)徑為180mm，其實(shí)際流速為：
3.9.2 離心泵的計(jì)算與選擇
1) 流量
2) 流量所需的揚(yáng)程
式中 —兩截面處位頭差；
—兩截面處靜壓頭之差；
—兩截面處動(dòng)壓頭之差；
—直管阻力；
—管件、閥門局部阻力；
根據(jù)前面設(shè)計(jì)資料對(duì)上述公式各項(xiàng)進(jìn)行估算：
管路總阻力和所需壓頭計(jì)算根據(jù)管路的平立面布置，計(jì)算所得雷諾數(shù)為： （湍流）
利用柏拉修斯關(guān)系式有：
根據(jù)填料塔高及泵的大體位置，管路長ｌ取13米
選用三個(gè)90。彎頭，三個(gè)截止閥全開
查得流量的安全系數(shù)為1.1，揚(yáng)程的安全系數(shù)為1.05～1.1
載荷部分
因?yàn)樵撐找郧逅疄槲談?，選用離心泵型號(hào)為：IS200-150-250單級(jí)單吸離心泵，
其性能參數(shù)如下 表3--2
轉(zhuǎn)速（r/min）
流量m3/h
揚(yáng)程H /m
效率η/%
功率/kW
1450
400
200
76
37
載荷部分
第4章 載荷部分
4.1 設(shè)計(jì)條件
塔體與裙座的機(jī)械設(shè)計(jì)條件如下：
（1） 塔體內(nèi)徑，塔高取H=11895mm：圓筒：11160mm，裙座：4000mm
（2） 計(jì)算壓力，設(shè)計(jì)溫度t=80℃
（3） 設(shè)置地區(qū)：基本風(fēng)壓值，地震設(shè)防烈度為8度，場地土壤：Ⅱ類，設(shè)計(jì)地震分組第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.40g
（4） 塔內(nèi)裝有塑料聚乙烯階梯環(huán)散堆填料3.8m，填料密度為57.5kg/m3
（5） 在卸料口處和塔頂各加一個(gè)圓形平臺(tái)。平臺(tái)寬度：B=800mm，高度H=1000mm。
（6） 在裙座上開兩個(gè)檢查孔，三個(gè)人孔，裙座高度取4000mm，圓筒形。
（7） 塔體與封頭材料選用Q235-B，其，。
（8） 裙座材料選用Q235-B，。
（9） 塔體與封頭對(duì)接焊接，塔體焊接接頭系數(shù)
（10） 塔體、封頭與裙座壁厚附加量
4.2 按計(jì)算壓力計(jì)算塔體與封頭厚度
1、 塔體厚度計(jì)算：
考慮到壁厚附加量，運(yùn)輸、安裝等，經(jīng)圓整。取。
2、 封頭厚度計(jì)算
采用