化工原理毕业论文Word格式文档下载.docx

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院系：

化学工程学院教研室：

化工基础教研室

学号（单号）

学生姓名

专业班级

设计题目

脱除燃煤锅炉烟道气二氧化硫废气的吸收塔设计

设计

技术

参数

有一台10t/h锅炉，其风机额定风量为30000Nm3/h，为减少燃煤烟道气对大气的SO2污染，特设计一台脱除SO2的填料吸收塔。

设计要求

1.废气处理量：

30000Nm3/h

2.入塔废气中SO2含量为2400mg/Nm3，其数值由燃烧煤质决定；

3.经吸收塔净化处理后，出塔气体中含量为400mg/Nm3，（为国家环保总局规定的排放标准）；

4.采用陶瓷拉西环填料，并假设吸收剂为纯水；

5.烟气进入和排除吸收塔的温度分别为170℃、85℃；

6.采用常压操作。

7.液气比1.95

工作量

1、设计方案的确定和流程图说明；

2、塔径、塔高的计算；

3、填料塔附件结构的选型及设计；

4、填料塔结构示意图和工艺流程图。

工作计划

参考资料

1、谭天恩等编化工原理（下册）：

（1）p34例5-4、

（2）p41例9-7、

（３）p62KLa关联式（９－９１）；

指导教师

签字

系主任

年月日

摘要

本设计是参考天津大学出版社出版的《化工原理课程设计》教材而改编设计的。

气体吸收是气体混合物中一种或多种组分溶解于液体的一种分离操作，这种操作在工厂里废气排除的过程中起到很重要的作用。

实现吸收操作的主体塔设备主要分为板式塔和填料塔。

由于填料塔具有结构简单，阻力小，加工容易，可用耐腐蚀材料制作，吸收效果好，装置灵活等优点，故在化工、环保、冶炼等工业吸收操作中多为填料塔。

特别是近年来填料塔技术获得长足发展，性能优良的新型散装和规整填料的相继问世，塔内件结构和设备的改进，改善了填料层内气液相的均布与接触情况，使填料塔的负荷通量加大、压降小、分离效率高、放大效应减小、生产能力大等优点，促使填料塔的应用日益广泛。

本设计的目的主要是脱除燃煤锅炉烟道气中的二氧化硫，从而减少燃煤烟道中二氧化硫对大气的污染。

本设计任务是用20℃清水洗收录其中的SO2。

对于气体的吸收应该采用气液传质设备填料塔，因为它具有较高的比表面积。

用水吸收SO2属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。

在此吸收过程中，选用金属拉西环填料。

梁型支承板的性能优良，有利于气液传质，因此选用梁型支承板。

设计者:

日期：

2012年6月26日

第一章绪论

1.1吸收技术概况

利用混合气体中各组

分在同一种溶剂（吸收剂）中溶解度的不同分离气体混合物的单元操作称为吸收。

吸收是分离气体混合物最常见的单元操作之一。

工业吸收操作是在吸收塔内进行的。

在吸收操作中，通常将混合气体中能够溶解于溶剂中的组分称为溶质或吸收质，以A表示;

而不溶或微溶的组分称为载体或惰性气体，以B表示；

吸收所用的溶剂称为吸收剂，以S表示；

经吸收后得到的溶液称为吸收液;

被吸收后排出吸收塔的气体称为吸收尾气。

吸收就是吸收质从气相转入液相的过程。

吸收过程通常在吸收塔中进行。

根据气、液两相的流动方向，分为逆流操作和并流操作两类，工业生产中以逆流操作为主，吸收剂以塔顶加入自上向下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。

吸收塔操作示意图如图2-1所示。

在工业生产中，除以制取溶液产品为目的的吸收（如用水吸收HCl气制取盐酸等）之外，大都要将吸收液进行解吸，以便得到纯净的溶质或使吸收剂再生后循环使用。

解吸也称为脱吸，它是使溶质从吸收液中释放出来的过程，解吸通常在解吸塔中进行。

图2-2所示为洗油脱除煤气中粗苯的流程简图。

图中虚线左侧为吸收部分，在吸收塔中，苯系化合物蒸汽溶解于洗油中，吸收了粗苯的洗油（又称富油）由吸收塔底排出，被吸收后的煤气由吸收塔顶排出。

图中虚线右侧为解吸部分，在解收塔中，粗苯由液相释放出来，并为水蒸汽带出，经冷凝分层后即可获得粗苯产品，解吸出粗苯的洗油（也称为贫油）经冷却后再送回吸收塔循环使用。

吸收塔设备是气液接触的传质设备，一般可分为逐级接触型和微分接触型两类。

板式塔属于逐级接触型的气液传质设备，它是在塔体内按照一定距离设置许多塔盘，气体以鼓泡或喷射的方式穿过塔盘上的液层。

填料塔属于微分接触型气液传质设备，它是在塔体内装有一定数量的填料，填料的作用是提供气液间的传质面积。

在塔内液体沿填料表面下流，形成一层薄膜，气体沿填料空隙上升，在填料表面的液层与气体的界面上进行传质过程。

1.2吸收设备的发展

吸收操作主要在填料塔和板式塔中进行，几种常用的吸收塔有填料塔、湍球塔、板式塔等。

其中填料塔的应用较为广泛。

填料塔的历史较久，早在19世纪中期已开始用于生产，到20世纪初，人们以碎石、短管段等为填料用来蒸馏原油，改进了原来的釜式蒸馏技术，促进了石油工业的发展。

但由于当时对填料两相的流动研究很少，塔的优越性未能全部发挥，故不久就为泡罩塔所取代。

后来随着石油、酸碱、肥料、石油化工等工业的飞速发展，人们对填料塔的实践和认识才进一步不断加深，制造了多种形式的填料；

对填料塔的压降和泛点得出了较为可靠的关联式，为设计和操作提供了依据。

填料塔，它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。

填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。

填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。

常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。

塔填料的研究与应用已获得长足的发展，鲍尔环、阶梯环、莱佛厄派克环、金属环矩鞍等的出现标志着散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的突破。

规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下，倍受重视，已成为塔填料的重要品种。

其中金属与塑料波纹板造价适中，抗污力强，操作性能好，并易于工业应用，可作为通用填料使用；

栅格填料对液体负荷和允许压降要求苛刻的过程十分有利，并具有自净机能，即使应用在污垢系统也能长期稳定运转；

脉冲填料独特的结构使之在大流量、大塔径下也不会发生偏流，极易工业放大，从发展上看很有希望。

近年来，工程界对填料塔进行了大量的研究工作，主要集中在以下几个方面：

（1）开发多种形式、规格和材质的高效、低压降、大流量的填料；

（2）与不同填料相匹配的塔内件结构；

（3）填料层中液体的流动及分布规律；

（4）蒸馏过程的模拟。

填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等。

对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。

过去，填料塔多推荐用于0.6～0.7m以下的塔径。

近年来，随着高效新型填料和其他性能内件的开发，以及人们对填料流体力学，放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。

1.3吸收在工业生产中的应用

气体吸收在化工生产中的应用大致有以下几种。

（1）制备液体产品如用水吸收HCL制备盐酸，用水吸收甲醛蒸汽制福尔马林溶液等，都是吸收操作。

（2）净化气体或精制气体如用水脱除合成氨原料中的CO2，用丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等，其目的是出去气体中的有害成分，便于气体在工序中能顺利进行。

（3）回收有用物质工艺尾气中含有一些有价值的物质，，通过吸收可以为这些物质找到新的用途，做到物尽其用。

（4）保护环境在排放到大气的工艺尾气中可能含有对人或其他生物有害的物质，比如硫的化合物、氨的化合物等。

这些有害物质如果不除，将造成环境污染。

通过吸收，可以在排放前除去这些有害物，做到达标排放。

第2章设计方案

2.1吸收剂的选择

吸收操作的好坏在很大程度上取决于吸收剂的性质。

选择吸收剂时在，主要考虑以下几点：

（1）溶解度大吸收剂对溶质组分的溶解度越大，则传质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少，操作费用较低。

（2）选择性好吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。

（3）挥发性好在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和。

故在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收剂的损失量。

（4）粘度低吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高。

（5）易再生当富液不作为产品时，吸收剂要易再生，以降低操作费用。

要求溶解度对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小；

而且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升，则被吸收的气体解吸，吸收剂再生方便。

（6）其它所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定、经济安全。

在实际生产中满足所有要求的吸收剂是不存在的。

应从满足工艺要求出发，对可供选择的吸收剂做全面的评价，作出科学、经济、合理的选择。

综上所述，考虑吸收剂的选用标准，在二氧化硫的吸收过程中，采用清水为吸收剂。

2.2吸收流程的选择

2.2.1气体吸收过程分类

气体吸收过程通常按以下方法分类。

（1）单组分吸收与多组分吸收:

　吸收过程按被吸收组分数目的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收。

若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶（或微溶）于吸收剂，这种吸收过程称为单组分吸收。

反之，若在吸收过程中，混合气中进入液相的气体溶质不止一个，这样的吸收称为多组分吸收。

（2）物理吸收与化学吸收:

在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，可以把吸收过程看成是气体溶质单纯地溶解于液相溶剂的物理过程，则称为物理吸收。

相反，如果在吸收过程中气体溶质与溶剂（或其中的活泼组分）发生显著的化学反应，则称为化学吸收。

（3）低浓度吸收与高浓度吸收:

在吸收过程中，若溶质在气液两相中的摩尔分率均较低（通常不超过0.1），这种吸收称为低浓度吸收；

反之，则称为高浓度吸收。

对于低浓度吸收过程，由于气相中溶质浓度较低，传递到液相中的溶质量相对于气、液相流率也较小，因此流经吸收塔的气、液相流率均可视为常数。

（4）等温吸收与非等温吸收:

气体溶质溶解于液体时，常由于溶解热或化学反应热，而产生热效应，热效应使液相的温度逐渐升高，这种吸收称为非等温吸收。

若吸收过程的热效应很小，或虽然热效应较大，但吸收设备的散热效果很好，能及时移出吸收过程所产生的热量，此时液相的温度变化并不显著，这种吸收称为等温吸收。

2.2.2吸收装置的流程

吸收装置的流程主要有以下几种。

（1）逆流操作气相自塔底进入塔顶排出，液相自塔顶进入塔底排出，此即逆流操作。

逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。

工业生产中多采用逆流操作。

（2）并流操作气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。

并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。

并流操作通常用于以下情况：

当吸收过程的平衡曲