吉林化工学院化工原理课程设计

摘要

本次设计是对二元物系的吸收问题进行的设计，包括设计方案的选取，主要设备结构选择，设备的工艺设计计算，物料衡算，设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容，是较完整的吸收设计过程。

对相关的物料衡算，填料塔的计算，得出合适的塔径及塔高、附属高度、液体分布密度、进出口气速及压降数据，得出最优的传质速率，选取合适的离心泵。

关键词： 水 吸收

丙酮 填料塔低浓度

吉林化工学院化工原理课程设计

第1章 绪论

1.1吸收技术概况

收是用来分离气体混合物的,是利用混合气体中各组分在吸收剂中的溶解度的差异而实现分离的操作。在吸收过程中,混合气体与合适的液体吸收剂在吸收设备中充分接触,气体中易溶解的组分被溶解,不能溶解的组分仍保留在气相中,这样混合气体就实现了分离。

吸收操作中所用的液体称为吸收剂或溶剂；混合气体中，被溶解的组分称为溶质或吸收质；不被溶解的组分称为惰性气体或载体；所得到的溶液称为吸收液，其成分是溶剂与溶质；排出的气体称为尾气。

按吸收性质分为物理吸收和化学吸收两大类，在物理吸收中的溶质与溶剂的结合力较弱，解吸比较方便。利用化学反应而实现吸收的操作称为化学吸收。作为化学吸收可被利用的化学反应一般应满足可逆性和较高的反应速率。一般来说吸收过程应包括吸收和解吸两个部分，而设备包含吸收塔和解析塔。

吸收作为一种重要的物质分离操作被广泛地应用在化工、石化等工业生产过程中。在化工生产中,经常要处理各种原料、中间产物、粗产品。这些物料几乎都是混合物,而且大部分都是均相物系,往往不能满足生产要求,需要把它们分离成较为纯净的物质。为了实现这种分离,常利用均相物系中不同组分的某种性质差异,使其中的一种组分(或几种组分),在分离设备所提供的两相物系界面上,通过充分的接触,从一相转移到另一相,其它组分仍保留在原物系中,从而实现了分离。这种分离是物质在相际间的转移过程,即物质传递过程,也是化工生产中的单元操作。吸收就是这种以物质分离为目的的单元操作。

可用于吸收操作的设备种类很多，如填料塔、板式塔、喷洒塔等，工业上较多的使用填料塔。适用于吸收操作的设备同样也适用于解吸操作。目前，解吸设备也多用填料塔。填料塔的结构简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造，尤其近年来国内外对填料的研究与开发技术较快，一些性能优良的新型填料不断涌现，对大型填料的理论与应用研究也不断深入。所以，填料塔的应用前景也将更加广阔。

1.2 吸收设备的发展

1813年Celler提出泡罩塔,1832年开始用于酿造工业。1881年工业规模的填料塔开始用于蒸馏操作,当时的填料是碎砖瓦、小石块和管子短节等。二十世

- 1 -

吉林化工学院化工原理课程设计

纪初期,随着炼油工业的发展和石油化学工业的兴起,塔设备被广泛使用。当时炼油工业多采用泡罩塔,无机工业以填料塔为主。二十世纪中期,为了适应各种化工产品的生产,开发了一些新型塔盘,如条形泡罩塔盘、S形塔盘、筛板塔盘、浮阀塔盘、舌形塔盘等。这一时期填料塔也在瓷环填料被广泛采用的基础上开发了鲍尔环填料、狄克松环填料、麦克马洪填料、矩鞍形填料等。从六十年代起,随着化学及炼油工业的大型发展,塔设备的单塔规模也随之增大。直径在10米以上的板式塔已经出现,塔板数多达上百块,塔的高度达80余米,重量达几百吨;填料听的最大直径已达15米,高达100米。

目前,我国常用的板式塔仍为泡罩塔、筛板塔、浮阀塔和舌形塔盘塔。近年来,开发使用了斜孔塔盘、导向筛板、网孔塔盘、大孔筛板、浮阀-筛板复合塔盘以及浮动喷射塔板、旋流塔板等。填料塔所用填料,对于乱堆填料除拉西环、鲍尔环外,阶梯环、金属矩鞍环已大量采用;由于金属丝网及金属板波纹填料规整填料的使用,并配合新型塔内件结构使填料塔的效率大为提高,因此应用范围日益扩大。

自从1914年出现拉西环填料以后，填料塔的发展进入了科学的轨道。 1914年瓷质拉西环的问世,标志着填料塔进入了科学发展的年代。 1914年第一代有规填料拉西环（Raschingring）的出现，使填料塔的发展进人了科学轨道。1914年Rachig环问世,标志着第一代乱堆填料的诞生,但实际生产效果仍没有很大的提高,人们开始意识到汽液分布性能对填料塔操作的重要性

1937年斯特曼填料的出现，使填料和填料塔又进入了现代发展时期。 1950年后，填料塔进入了缓慢发展时期，在这个时期内，人们注意了对塔内件的研究，力图解决填料塔的放大问题，但由于各种板式塔的出现及其成功应用，使填料塔倍受冷落。 1950年 以后，填料塔进入了缓慢发展时期，在这个时期内，人们注意了塔内件的研究，力图解决填料塔的放大问题，但由于各种板式塔的出现极其成功应用，使填料 塔受到了冷落。

在1951年Danckwerts〔侧针对渗透理论假定旋涡在界面上停留一个固定的时间的不合理性，特别对搅拌槽、乱堆填料塔、鼓泡塔、喷雾塔，其中的气泡和液滴有较宽的尺度分布，对渗透理论进行改进，提出了表面更新理论。

1966年,用于分离水和重水的第一个苏尔采填料塔在法国投产。自1966年世界上建立起莽一批网波填料塔以来,十多年的实践证明,风波填料具有效率高、负荷大、压降低、滞液星小、几乎无放大效应以及易于机械化加工等优点,因此其应用得到了迅速发展。

1969年，Viviantl 将一个填料塔固定在大离心机的旋转臂上，首次测定了离心加速度对传质效率的 影响。 1970年，我国建成第一座金属丝网波纹填料塔，20多年来估计有数百座金属丝网波纹填料塔投人生产。

1971年Spaay等采用不同材质、不同尺寸的拉西环较为详尽地研究了脉冲填料塔的两相流动、轴向混合和传质特性，给出了特性速度、液滴直径的经验关联

- 2 -

吉林化工学院化工原理课程设计

式。

到1972年苏尔采公司已建造了12个CY堑填料塔,并且已成功地运转着。 1972年以来,以欧美为中心的世界硫酸制造所用的填料塔逐渐改换成陶瓷阶梯环,目前包括新建在内其总数可达100座。

1977年Simonsl’吩绍了脉冲填料塔在己内酚胺生产中的应用，并提出脉冲填料塔的传质效率与塔径和塔中是否存在反应无关，因而具有易于放大的优点。 1980年5月开始进行了阶梯环填料塔的试验,获得成功。 1980年,Merchuk川曾将填料塔作为氧合器,对几种较小尺寸的填料进行了传质性能的测定,并进行了血液氧合过程的尝试川。 1982年4月在直径5.3米的油洗塔及直径5.1米的水洗塔中,将上段的浮阀塔板改为充填英塔洛克斯金属填料的填料塔。

1986年底大检修时,对部分设备进行了改造,用填料塔取代了浮阀塔。 1990年国家科委批准在天津大学成立“新型填料塔及高效填料研究推广中心”。 2001年杭氧、开空、川空和中国空分设备公司等主要企业以填料塔、全精馏制氩、内压缩流程为代表的新一代大型空分设备占据了国内2万m3／h以下空分设备市场，生产任务也都十分饱满。

吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。

塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，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。

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。

1.3 吸收在工业生产中的应用

1.3.1 吸收的应用

吸收在工业生产中得到广泛应用，大致分为以下几种： （1）原料气的净化

为除去原料气所含的杂质，吸收可以说是最常用的方法。就杂质的浓度来说，多数很低，但因危害大而仍要求很高的净化率，如煤气中的H2S含量一般远低于

- 3 -