废有机氯化物中盐酸的回收装置设计过程装备与控制工程毕业设计

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1、废有机氯化物中盐酸的回收装置设计目录摘 要 1Abstract 2第一章 绪 论 3第二章 工艺流程及装置设计方案 52.1 设计的目的 52.2 任务及操作条件 . 62.3 吸收剂的选择 62.4 填料的类型与选择 . 62.4.1 填料性能评价 . 72.4.2 装填类型选择 . 72.4.3 填料材质的选择 . 92.4.4 填料规格的选择 . 102.5 吸收装置流程的确定 11第三章 填料塔结构尺寸计算过程 133.1 基础物料计算 133.1.1 液相物性数据 . 133.1.2 气相物性数据 . 133.1.3 物料衡算 143.1.4 吸收剂（水）的用量 L 143.1.5

2、塔底吸收液浓度 X1 143.2 工艺尺寸计算 143.2.1 塔径计算 143.2.2 填料层高度计算 . 163.2.3 塔附属高度 193.2.4 填料层压降计算 . 203.2.5 填料塔接管尺寸计算 20第四章 填料塔附属设备的选型与校验 224.1 液体分布装置 224.1.1 液体分布器的选型 224.1.2 分布点密度计算 . 234.2 液体再分布装置 . 234.3 填料支撑装置 244.4 吊柱 254.5 填料压紧装置 264.6 气体的入塔分布 . 264.7 除沫器的选择 264.8 人孔 274.8.1 人孔的设置 274.8.2 人孔的标准 284.9 裙座 2

3、84.9.1 裙座的相关尺寸计算 294.10 风机的选型 304.11 泵的选型 31结 论 32设计结果一览表 33主要符号说明 34参考文献 35致 36摘要 氯化氢是化工生产中极为重要的生产原料， 但是其强烈的刺激性气味对于人 体健康和大气环境都会造成破坏和污染， 因此应对排放到空气中的氯化氢予以回 收利用。填料塔洗涤吸收净化工艺不单应用在化工领域 ，在低浓度工业废气净 化方面也能很好地发挥作用。 填料塔不但结构简单， 且流体通过填料层的压降较 小，易于用耐腐蚀材料制造， 所以它特别适用于处理量小， 有腐蚀性的物料及要 求压降小的场合。 液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部， 并在填料

4、的表面呈 膜状流下，气体从塔底的气体口送入， 流过填料的空隙， 在填料层中与液体逆流 接触进行传质。 因气液两相组成沿塔高连续变化， 所以填料塔属连续接触式的气 液传质设备。工程实践表明 ，合理的系统工艺和塔体设计 ，是保证净化效果的 前提。本文简述以聚丙烯阶梯为填料的填料塔应用于水吸收氯化氢过程的工艺设 计以及工程问题。设计出填料塔塔高（16m）、塔径（900mm等塔体具体参数与 具体工艺流程。最终实现对氯化氢气体的回收。关键词: 填料塔 聚丙烯 吸收 盐酸 散装填料 阶梯环AbstractThough hydrogen chloride is extremely important raw

5、 materials in chemical production ， its strong pungent smell will cause damageto human health and pollution to the atmospheric environment. Hence， hydrogenchloride emitted into the air should be recycled. And the packed tower s purification process of washing and absorption is not only used in chemi

6、cal industry ， it can also play a vital role in industrial waste gas purification in low concentrations. Packed tower is simple in structure and the fluid pressure drop through the packing layer is relatively small which is apt for the production of corrosion-resistant material， so itis particularly

7、 suitable for handling a small amount of corrosive materials which meanwhile demandslow pressure drop. Liquid from the top of the tower is sprayed at the top of the filler by liquid distributor and then it drops membranous at the surface of the filler. Meanwhile the gas is sent from the gas port at

8、the bottom of the tower， and then itflows through the gap of the filler and contacts the counter-current liquid in the filler layer to achieve mass transfer. Thegas-liquidtwo-phase formation continuously changes along the height of the tower，so packed tower is a continuous contact of the gas-liquid

9、mass transfer equipment. Engineering practice shows that a reasonable system process and tower design is a prerequisite to ensure effective purification. This paper describes process design and engineering problems of the application of packed tower， filled by chloride polypropylene ladder，in the pr

10、ocess of water absorbing hydrogen. And it aims to design the height (16 meters) ，column diameter (900mm)and other specific parameters of the tower body and the specific process eventual to realize the recycle of the hydrogen chloride gas.Key words: packed tower ;polypropylene absorption ;hydrochlori

11、c acid ;bulk packing第一章 绪 论在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使 用量大应用面广的重要单元设备。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、 传热等单元操作中。所以塔设备的研究一直是国外学者普遍关注的重要课题。在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目 的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成 分，使气体净化，以便进一步加工处理，以免污染空气。吸收操作是气体混合 物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到 分离的目的 1 。塔设备按其结构形式基本上可分为两类；板式塔和填料

12、塔。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、易于放大等特点。以前在 工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。近年来由于 填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分 离效能又保持了压降小、性能稳定等特点。因此，填料塔已经被推广到大型气、 液操作中，在某些场合还代替了传统的板式塔。如今，直径几米甚至几十米的 大型填料塔在工业上已非罕见。随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料 塔必将大量用于工业生

13、产中 2 。综合考察各分离吸收设备中以填料塔为代表，填料塔技术用于各类工业物 系的分离，虽然设计的重点在塔体及塔件等核心部分，但与之相配套的外部工 艺和换热系统应视具体的工程特殊性作相应的改进。例如在DMF回收装置的扩产改造项目中，要求利用原常压塔塔顶蒸汽，工艺上可以在常压塔及新增减压 塔之间采用双效蒸馏技术，达到降低能耗、提高产量的双重效果，在硝基氯苯 分离项目中 ；改原多塔精馏、两端结晶工艺为单塔精馏、端结晶流程，并对富 间硝基氯苯母液进行精馏分离，获得 99%以上的间硝基氯苯，既提高产品质量， 又取得了降低能耗的技术效果 3 。过程的优缺点：分离技术就是指在没有化学反应的情况下分离出混合

14、物中特 定组分的操作。这种操作包括蒸馏，吸收，解吸，萃取，结晶，吸附，过滤，蒸 发，干燥，离子交换和膜分离等。利用分离技术可为社会提供大量的能源，化工 产品和环保设备，对国民经济起着重要的作用 4 。为了使填料塔的设计获得满足 分离要求的最佳设计参数 （如理论板数、热负荷等 ）和最优操作工况 （如进料位置、 回流比等 ） ，准确地计算出全塔各处的组分浓度分布 （尤其是腐蚀性组分 ）、温度 分布、汽液流率分布等，常采用高效填料塔成套分离技术。而且， 20 世纪 80 年 代以来，以高效填料及塔件为主要技术代表的新型填料塔成套分离工程技术在国 受到普遍重视。 由于其具有高效、 低阻、大通量等优点，

15、 广泛应用于化工、 石化、 炼油部门的物系分离 5 。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而 且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且， 填料塔还具 有结构简单、压降低、 填料易用耐腐蚀材料制造等优点， 从而可以使吸收操作过 程节省大量人力和物力。利用混合气体中各组分在同一种液体 （溶剂） 中溶解度差异而实现组分分离 的过程称为气体吸收。 气体吸收是一种重要的分离操作， 它在化工生产中主要用 来达到以下几种目的：（1）分离混合气体以获得一定的组分。（2）除去有害组分以净化气体。（3）制备某种气体的溶液。一个完整的吸收分离过程，包括吸收和解吸两个 部分

16、。典型过程有单塔和多塔、逆流和并流、加压和减压等 6 。第二章工艺流程及装置设计方案2.1设计的目的盐酸是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，高浓度的氯气（氯化氢）会引起人慢性中毒，产生鼻炎、支气管炎、肺气肿等，有的还会过敏，出现皮炎、湿疹等。 氯挥发性极强，空气中的水蒸汽即可与之反应生成盐酸雾及次氯酸，而于所到 之处腐蚀物品、危害人体和动植物。当浓度大于1000pm时甚至有生命危险。长期接触氯化氢，对人对物都是不好的。具体见表2-1 0表2-1盐酸的危害浓叫(ppm 1甘人依的辭35知时同即可出现咽喉痛，收嗽帘息感i脚汹k迫感50 1

17、00鮭受不住1水时的倾100儿W呱岭爷 M水肿1000有生命爲陛综上所述，我们得出如下结论:吸收空气中的氨，防止氯化氢超标具有重要意义。因此，为了避免化学$ j糊輸总允许林咸谨并；ntr簡判(in 3一-级0O, 510, 77301. 72eLOg 1. 5化15050-H+ 56e 9GOB_ 49. 8709, 114wo12LU工业产生的大量的含有氯化氢的工业尾气直接排入大气而造成空气污染， 需要采 用一定方法对于工业尾气中的氯化氢进行吸收， 本次毕业设计的目的是根据设计 要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氯化氢的工业尾气， 使其达到排放标 准，如表 2-2表 2-2 空气中盐酸的

18、排放标准2.2 任务及操作条件(1) 进塔的混合气体为 3350 m3/h ，其中 HCl 含量为 10%(2) 塔顶排放气体中含 HCl 低于 0.02%(3) 操作条件：常压、常温(20C)、采用最小液汽比、加热蒸汽、低压蒸 汽2.3 吸收剂的选择吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的， 因此，吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几方面。(1) 溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大， 以提高吸收速率并减少吸收剂 的用量。(2) 选择性 吸收剂对溶质组分要有良好的吸收能力， 而对混合气体中其他组 分不吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效分离。(3

19、) 挥发度要低 操作温度下吸收剂的蒸气压要低， 以减少吸收和再生过程中 吸收剂的挥发损失。(4) 黏度 吸收剂在操作温度下的黏度越低， 其在塔的流动性越好， 有助于传 质速率和传热速率的提高。(5) 其他 所选用的吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性，不易燃易爆、 不 发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。所以本设计选择用清水作吸收剂， 氯化氢为吸收质。水廉价易得，物理化学 性能稳定，选择性好， 符合吸收过程对吸收剂的基本要求。并要求吸收剂的用量 为最小量的 1.5 倍。2.4 填料的类型与选择塔填料(简称为填料)是填料塔的核心构件，它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面， 其性能优劣

20、是决定填料塔操作性能的主要因素。 填料的比表面 积越大， 气液分布也就越均匀， 传质效率也越高， 它与塔件一起决定了填料塔的 性质。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。塔填料的选择包括确定填料的种类、 规格及材料。 填料的种类主要从传质效 率、通量、填料层的压降来考虑， 填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公 称直径比值 D/d。2.4.1 填料性能评价填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑一下几个方面 :(1) 传质效率 传质效率即分离效率，它有两种表示方法：一是以理论级进 行计算的表示方法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即HETP值；另一方面是以传质速率进行计算的表示方法，

21、以每个传质单元相当高度表示，即 HTU 值。在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即HEYP或HTUfi)低的填料。对于常用的工业填料，其 HEYP或HTU值)可由有关手册或文献中查到，也 可以通过一些经验公式来估算。(2) 通量 在相同的液体负荷下， 填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大， 则通量愈大，塔的处理能力亦越大。因此在选择填料种类时，在保证具有较高 传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。对于大 多数常用填料其泛点气速或气相动能因子可由有关手册或文献中查到，也可以 通过一些经验公式来估算。(3) 填料层的压降 填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降

22、越 低，动力消耗越低，操作费用越小。选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤 为重要。(4) 填料的操作性能。 填料的操作性能主要指操作弹性、 抗污堵性及抗热敏 性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔气、液负荷发生波动时维持 操作稳定。同时，还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力，以适应物料的变化及 塔温度变化。此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。2.4.2 装填类型选择填料种类很多，根据填料方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类。1 、散装填料 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式 堆积在塔，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，可分为 环形填料、

23、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种典型的散装填料。(1) 拉西环填料。其结构为外径与高度相等的圆环，可用瓷、塑料、金属等 材质制造。拉西环填料的气液分布较差，传质速率低，阻力大，通量小，目前 工业上已很少用了。(2) 鲍尔环填料。 鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。 其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧 向环弯曲，形成伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭，可用瓷、塑料、金属 等材质制造。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环空间及环表面的利用率，气 体阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，其通量可增加50%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。(

24、3) 阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减 少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料 外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加 了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不 但增加了填料间的间隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促 进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环， 成为目前使用的环形填料中最为优良的一种。(4) 弧鞍填料。弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷 质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分外，液体在表面来那个侧

25、 均匀的流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠， 致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容易破碎， 工业生产应用不多。(5) 矩鞍填料。将弧鞍填料两端的弧形面改成矩形面，且两面大小不等，即 成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采 用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前国绝大多数应用瓷拉西环的场合， 均已被矩鞍填料所取代。(6) 环矩鞍填料。环矩鞍填料是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新 型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料 将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环

26、和阶梯环， 是工业应用最为普遍的一种金属散装填料。下图为几种实体填料：拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍形填料矩鞍形填料图2-1几种实体填料2、规整填料规整填料是按一定的几何图形排列， 整齐堆砌的填料。规整填料种类很多, 根据几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。工业上应用的规整填 料绝大部分为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料两大类， 可用瓷、塑料、金属等材质制造。金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，是由金属丝网制成的。其特 点是压降低、分离效率高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物 系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因性能优良仍得到广泛使用金属

27、板波纹填料是板波纹填料的主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许 多 4mm 6 mm 的小孔，可起到粗分配板片上的液体，加强横向混和作用。波 纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作 用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大气直径塔及气、液 负荷较大的场合。波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面 积大。其缺点是不适用于处理黏度大、易聚合或有悬浮物的材料，且装卸、清 理困难，造价高。综上所述，经分析各填料特点、性能，本课题选择散装阶梯环填料。2.4.3 填料材质的选择工业上，填料的材质分为瓷、金属和塑料三大类。(1) 瓷填料。 瓷填

28、料具有良好的耐腐蚀性及耐热性， 一般能耐除氢氟酸以外 的常见的各种无机酸、有机酸的腐蚀，对强碱介质，可以选用耐碱配方制造的 耐碱瓷填料。瓷填料因其质脆、易碎，不易在高冲击强度下使用。瓷填料价格便宜，具 有很好的表面润湿性，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过 程。(2) 金属填料。 金属填料可用多种材质制成， 金属材料的选择主要根据物系 的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。碳钢填料造价低，且具有良好的 表面湿润性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐 蚀性强，一般能耐 cl 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高；钛材、特种合金 钢等材质制成的填料造价级高，一般只

29、在某些腐蚀性极强的物系下使用。金属填料可制成薄壁结构(0.20.1mm，与同种类型、同种规格的瓷、塑 料填料相比，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、 高压、高冲击强度下使用，工业应用主要以金属填料为主。(3) 塑料填料。塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国 一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱 和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100C以下使用。聚丙烯填料在低温(低于0C)时具有冷脆性，在低于0C的条件下使用要谨慎，可选用耐低 温性能好的聚氯乙烯填料。塑料填料具有轻质、廉价、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、

30、 萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能较差，在某些特殊应用 场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。所以本次毕设选用聚丙 烯填料。聚丙烯材质填料作为塔填料的重要一类，在化工上应用较为广泛，与其他 材质的填料相比，聚丙烯填料具有质轻、价廉、耐蚀、不易破碎及加工方便等 优点，但其明显的缺点是表面润湿性能差。研究表明，聚丙烯填料的有效润湿 面积仅为同类规格瓷填料的40 %，由于聚丙烯填料表面润湿性能差，故传质 效率较低，使应用受到一定的限制。为此，对聚丙烯填料表面进行处理，以提 高其润湿及传质性能的研究日益受到人们的重视。近年来，国外一些学者做了 该方面的研究工作，研究结果表明，

31、聚丙烯填料经表面处理后，润湿及传质性 能得到了较大的提高3 o聚丙烯阶梯环填料为外径是高度的两倍的圆环，在侧壁上开出两排长方形 的窗孔，并在一端增加了一个锥形翻边，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环弯曲，形成伸的舌叶，各舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环 壁开孔，大大提高了环空间及环表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。 阶梯环与鲍尔环相比，其高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边o244填料规格的选择通常，散装填料与规整填料的规格标示方法不同，选择地方法亦不尽相同。散装填料规格的选择。散装填料的规格通常是指填料的公称直径。工业 塔常用的散装填料主要有 DN16 DN25 DN

32、38 DN50 DN76等几种规格。同类填 料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。 而大尺寸的填料应用于小塔径中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔 的分离效率降低。本课题处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用25mm综上所述选用25mm聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数查表 2-3得:材外径外径槁厚比表空隙率个数堆积密度干填料因子填料因子质d，mmd面积33e，m/mn，个 /m33p p，kg/m3-1at/e ， m-1，mat，ni/m3比表面积a228 m2 /m3空隙率 一0.9干填料因子一313m 1表2-3国阶梯环特性数据塑2525X17.

33、51.42280.908150097.83132403838x19x1132.50.912720057.5175.6120料5050X30x1.5114.20.927998076.8143.1807676X37X389.950.929342068.4112722.5吸收装置流程的确定吸收装置的流程主要有以下几种：(1) 逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出， 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。工业生产中多用逆流操作。(2) 并流操作 气、液两相均从塔顶流向，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

34、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线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引 起液泛。(3) 吸收剂部分再循环操作在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的 一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔，即为部分再循环操作。通常用 于以下操作：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平衡常数m值很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应当指出， 吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需设置循环泵，

35、操作 费用增加。(4) 多塔串联操作若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需 经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔，每个吸收塔通 过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔需留较大空间， 输液、喷淋、支撑板等辅助装置增加，使设备投资加大。(5) 串联-并联混合操作若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程， 则液体在塔的喷淋密度过大，操作气速势必很小(否则易引起塔的液泛)，塔 的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程；若 吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相作串联、气相作并联 的混合流程。列出几种常见的吸收过程如图

36、2-2气体液体气体液体气体I液体(a)并流图2-2我体气体(b)逆流 吸收流程用水吸收HCL属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以, 本设计选用逆流吸收流程。该填料塔中，氯化氢和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与 从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合 气体由塔顶排除，吸收了氯化氢的水由填料塔的下端流出。流程如下：图2-3吸收流程图第三章填料塔结构尺寸计算过程3.1基础物料计算液相物性数据293.15K对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据查得, 时水的有关物性数据如下：密度 p =998kg/ m粘度 卩=1.004x 1

37、0Pa s=3.6kg/(m h)表面力 6 =72.6dyn/cm=943488kg/hHCL在水中的扩散系数为 DL =2.64 x 10m/s=9.5 04x 10m/h气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为M仁刀yiM=0.10 x 36.5 + 0.90 x 29=29.75(3-1)混合气体的平均密度31.237kg/m(3-2)PMgm 101.3 29.75p gn=RT 8.314 293混合气体粘度近似取空气粘度， 查手册10得20C空气粘度为：卩 g=1.78 x 10Pa s=0.064kg/(m?h)查手册得HCL在空气中的扩散系数为Dg=1.5 x 10 m2/s=0

38、.054 m 2/h由手册10查得20E时HCL在水中的亨利系数E=279.41kPaE 279.41相平衡常数为m=- 韦律溶解度系数为998.2279.41 1830.198kmol/(m ?kPa)(3-4)物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=0.11111 0.10出塔气相摩尔比为 Y2=0.1111 X 0.0002=0.222 X 102731混合气量=3350 ()x = 139.35kmol / h273 2022.4混合气中氯化氢量=139.35 X 0.1 =13.94 kmol /h进塔惰性气相流量为 G=139.35-13.94=125.41 kmol /h混合气进出塔的（物

39、质的量）组成： y = 0.1 , y2 =0.0002吸收剂（水）的用量L该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算,G m in丫1丫2丫1 / m X 2对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为 X2=0丄G min丫1 丫2Y1/m X 2O11122210 42.750.1111 /2.750(3-5)取操作液气比为 L/G=1.5L/G=1.5 X 2.75=4.125故吸收剂用量 L=(L/G)G =4.125 X 125.41=517.32kmol/h塔底吸收液浓度X1依物料衡算式：(3-6)根据 G(WY2)=L(X 1-X2)4得出 &125 .41(0.1111

40、.22210)0.0269517 .323.2工艺尺寸计算塔径计算气相质量流量为 WG=3350X 1.237=4143.95kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算即 W=517.32 X 18.02=9322.11kg/hWL ( g )0.5 Wg ( L )Eckert通用关联图横坐标为9322.11 (237)0.54143.95998如图3-1查关联图3-1得0.2L0.15(3-8)具体如下图：-I11T-III唱IL图3-1 Eckert 通用关联图图中： V、L分别为气液相流率，kg/h ,3g , l 分别为气液相密度，kg/ m ，-L 液相黏度，mPa?s,液相密度核

41、正系数，=水/液，一实验测取的填料因子，各种填料的值载于填料性能表中g重力加速度，mfs210 查塑料阶梯环特性数据表表得260 m 1uF0.15 9.81 998.20.2F G L2.133m/ s260 1 1.237 1.0040.2取 u=0.8uF=0.8 X 2.133=1.706m/sD4VS4 3350 / 3600 u 3.14 1.706圆整塔径，取D=0.9m泛点率校核0.854m(3-9)3350 u=0 .785/36001 .46 m / suuF1 .46100 %62 .39 %2.34填料规格校核：D90036 8d250.92液体喷淋密度校核，取最小润湿

42、速率为3(LW) min=0.08m/m h查塑料阶梯环特性数据表10得：型号为DN25的阶梯环的比表面积at =228 mf/m3ULin=(Lw) minat=0.08 X 228=18.24n/m2 h9322 .11 / 998 .20.7850.6233.05U min经以上校核可知，填料塔直径选用 D=900mn合理填料层高度计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算awa1 exp 1.450.75cUL0.1UgatL Lat0.050.2LLat(3-10)查常见材质的临界表面力值表11得2c=54d yn /cm=699840kg/h液体质量通量为WL9322.110.

43、785 0.92214660.86kg /(m2 ?h)计算填料层高度，即Z= H OG N OGVB Y dYKYa Y2 Y Y*(3-11)(1) 传质单元高度Hg计算Hg=，其中 KYa = KGaP|KYa1 1 1KGa kGa HkLa本设计采用（恩田式）计算填料润湿面积aw作为传质面积a,依改进的恩田式分别计算kL及kG ,再合并为kLa和kGa11。 列出备关联式中的物性数据气体性质（以塔底20C, 101.325kPa空气计）：g = 1.237 kg/m 3 （前已算出)；G = 0.0178 10 3 Pa - s； Dg = 1.5 00 5ni/s (依翻 Gill

44、iland式估算)；液体性质（以塔底20E水为准）：L = 998 kg/ m3;L = 1.004 0 3Pas；7 4*10 l2f m） TDl =2.64 0 9 m2/s （以Dl（0.6 S） 式计算），式中V为溶质在常压lVa沸点下的摩尔体积，m为溶剂的分子量，为溶剂的缔合因子。L = 72.6 10 3n/ m液体的质量流速：Lg =9322113600 0.785 0.92=4.1 kg/(m液体的质量流速：於34572 =1.5 kg/(m 2 - s)3600 0.785 0.9Dg25mm塑料阶梯环（乱堆）特性：dp = 25mm= 0.025m； at = 228m/

45、m ； c=54dyn/cm=54 10N/m，有关形状系数=1.45 （阶梯环为开孔环）。 依式aw 1 exp at1.45(c)0.75LG0.1at L2LG at20.05 L G 0.22L at(3-12)3aw54 10=1 exp -1.45 (at372.6 100.754.1228 1.004 100.14.12 228)-0.059982 9.814.12()998 72.6 10 3 2280.21 exp(-0.572 ) =0.436故 a = aw0故aw丄at 依式at=0.436 228=99.41m2/ m3KL=0.0095(GL ) 2/3 (aw l

46、(Lg )1/30.4L(3-13)Kl=0.0095(4.1)2/3(31.004 10399.41 1.004 10)-0.5(9998 2.64 1031.004 109.81)1/3998(1.45) 0.4=0.0095 X 11.9 X 0.0512 X 0.02145 X 1.16=1.44-4X10依式Kg=0.237(at gGG ) 0.7 ( G ) 13( atDG )1.1-(RT )gDg(3-14)=0.237(1.55228 1.78 1051.78 10228)0.7(5)1/3(1.237 1.78 100.75108.314 293)1.781 1(1.4

47、5).=0.237(62.72)(0.932)(1.666X10-6)1.5052=3.462 X10- kmol/(m S- kPa) 故&aw=1.44 X10 4 99.41=1.43_5kGa kGaw =3.462 X0 X99.41=3.44X02 (m/s)32X0- kmol/(m S kPa)计算Ky3Kya KgRP ,1HkLa，E= 2. 7941X102kPa而1KGakGaH=iMT(3-15)998KGa 3.44=0.198 kmol/(m 3 kPa)EWs 2.7941 102 18+= 643.8832100.198 1.43 1033KYa = KGa.

48、P=1.55 X10 X1O1.32=O.157 kmol/(m S)计算H OGH OG =VBKYa125.41/3600-=0.349m2(3-16)0.157 0.785 0.9(4)传质单元数Nog计算丫1=0.1Y2=0.0002mG解吸因子S= L2.75125.410.6667517.32气相总传质单兀数1 , In1 S丫1丫2 S1 S丫2丫21In(10.6667 )10.66670.1 00.0002 00.6667=15.36(5)填料层高度Z计算(3-17)Z= HONOg= 0.338 X 15.36 =5.19m取25%富余量，则完成本设计任务需 Dg25mn聚

49、丙乙烯阶梯环的填料层高度。Z= 1. 5X 5.19=7.78m。取填料层高度为Z =8m查散装填料分段高度推荐值表2对于阶梯环填料 -815 , hmaW 6mD将填料层分为两段设置，每段 4m两段间设置一个液体再分布器塔附属高度塔的附属空间高度包括塔上部空间高度、安装液体分布器和液体再分布器(包括液体收集器)所需的空间高度、塔底部空间高度以及塔裙座高度。塔上 部空间高度是指塔填料层以上，应有足够的空间高度，以使气流携带的液滴能 够从气相中分离出来2，该高度取1.5米。安装液体再分布器所需的塔空间高 度，依据所选的分布器的形式，需要 1.5米空间高度。塔底空间高度以满足安 装塔底气相接管所需

50、空间高度和企业分离所需空间高度计。要求釜液有10分钟的停留时间。则按贮量和塔径计算得塔底高度为5米综上，塔实际高度为 Z+A h=8+1.5+1.5+5=16m324填料层压降计算在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成 膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。填料层 压降与液体喷淋量及气速有关，在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大； 在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。计算时，先根据气液负荷0。5及有关物性数据，求出横坐标Wl 值。再根据操作空塔气速 U用有关物W L2性数据，求出纵坐标 匕且

51、？ 02值。通过作图得出交点，读出过交点的等 gL压线数值，即得出每米填料层压降值。用埃克特通用关联图计算压降时，所需 填料因子与液体喷淋点密度有关，为了工程计算的方便，常采用与液体喷淋密 度无关的压降填料因子平均值。埃克特通用关联图3-1横坐标为0。5-=0.0867L查散装填料压降填料因子平均值表讪得176m纵坐标为：2 u Pg0.2L2.3429.81176 11237 1.0040.20.1024998.2填料层压降为 P=1500X 8=12KPa(3-18) 查通用关联图3-1得： P/Z=1500Pa/m查此图时，一定要看好，最好用两个直角板找到横坐标和纵坐标的交点，在估 计出

52、合理的等压线数值。填料塔接管尺寸计算塔设备的进出料接管结构设计，应考虑进料状态、分布要求、物料性质、 塔件结构及安装检修等情况2。在物料清洁和有轻微腐蚀情况下，可不必采用可拆结构，将管道直接焊在 塔壁上，这时采用厚管壁为宜，一般管道为圆形，d为径，水流速为0.53m/s, 常压下气体流速1030m/s。1）喷液进口直径 d34 9322.11/9983.14 36000.581mm。圆整后取直径d=80mm u 4V _=0.5m/s，在 0.53m/s 围，故设计合理。d23.14 3600 0.082取喷液出口直径d 4=d3=80mm；4V /4_33502）气体进口直径 di199m

53、m,圆整后取直径V u V3.14 3600 30d=200mm 气体出 口直径 d2=d=200m u4 335023.14 3600 0.219=24.72m/s，在030m/s围，故设计合理。进气管安装位置，应该在塔釜最高液面之上的一定 距离，以避免产生冲溅、夹带现象2。3）塔底出料管 塔底出料管一般需引出群座外壁。当塔釜物料具有腐蚀性 时，为便于检修，塔底出料管应采用法兰连接4）排液口直径 d5=d3/2=40mm第四章 填料塔附属设备的选型与校验4.1 液体分布装置4.1.1 液体分布器的选型液体分布器的作用：液体分布装置设于填料层顶部，用于将塔顶液体均匀 分布在填料表面上，液体的分

54、布装置性能对填料塔效率影响很大，特别是大直 径、低填料层的填料塔，尤其需要性能良好的液体分布装置。由于液体在填料塔分布均匀，可以增大填料的润湿表面积，以提高分离效 果。因此，液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重 要条件。从喷淋密度考虑，应保证每 60m2 的塔截面上约有一个喷淋点，这样， 可以防止塔壁流和沟流现象。常用的液体分布装置有莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔管式分布器等。莲蓬式喷淋器：液体经半球形喷头的小孔喷出。小孔直径为 3iom做同心 圆排列，喷洒角不超过 80 。这种喷淋器结构简单，但只适用于直径小于 600mm 的塔中，且小孔易堵塞。盘式分布器 ： 盘低开有筛孔

55、的称为塞孔式，盘底装有垂直短管的称为溢流管 式。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流短管流下。筛孔式的 液体分布效果好， 而溢流管式自由截面积较大，且不易堵塞。盘式分布器常用于直径较大的塔中， 基本可保证液体分布均匀，但其制造较麻烦。齿槽式分布器 ： 液体先经过主干齿槽向其下个条形做第一级分布，然后再向 填料层上面分布。这种分布自由截面积大，不易堵塞，多用于直径较大的填料 塔。多孔环管式分布器 ： 由多孔圆形盘管、联接管及中央进料管组成。这种分布 器气体阻力小，特别使用于液量小而气量大的填料吸收塔。液体分布装置的安装位置，须高于填料层表面200mm以提供足够的自由空间，让上升气流不受约束地穿过分布器

56、。根据该物系性质，可选用目前应用较 为广泛的多孔型布液装置中的排管式喷淋器。多孔型布液装置能提供足够均匀 的液体分布和空出足够大的气体通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆结构。液体引入排管喷淋器的方式采用液体由水平主管一侧引入，通过支管上的 小孔向填料层喷淋。由于液体的最大负荷低于25m3/(m2 h)，按照设计参考数据可提供良好的液 体分布：主管直径一80mm支管排数一5；排管外缘直径一860mm取体积流量一9m3/h ；排管式喷淋器采用塑料制造；管最大流速取0.3米每秒，则支管管径为0.05m。分布点密度计算为了使液体初始分布均匀，原则上应增加单位面积上的喷淋点数。但是，

57、由于结构的限制，不可能将喷淋点设计得很多。根据Eckert建议，当D 750mm 时，每60cm2塔截面设一个喷淋点。则总布液孔数为：20.785 0.9460 10 4105.975106布液计算：由 Ls dOn 2g H(4-1 )4LS 517.32 18m3/s 0.0026m3/sS 3600 998do4Lsn J2g H取 0.60， H 300 mm.0026 0.0046 m0.7851060.6 v 29.810.34.2液体再分布装置实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流动时，不能保持喷淋装置所提供的 原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加、填料主体 的

58、流量减小，影响了流体沿塔横截面分布的均匀性，降低传质效率。所以，设 置再分布装置是十分重要的。可选用多孔盘式再分布器。分布盘上的孔数按喷淋点数确定，孔径为3.6mm为了防止上一填料层来的液体直接流入升气管，应在升气管上设帽盖。它的设计数据如下：分布盘外 径为785mm升气管数量为6个。如图4-1 :4曲引4n4igQls-lfl4E.l亠E-DuibGRBPGQH DQU-P-OL-衣 uuepR口亡也&衣 Be。0口| 由C-EC-Da。罕。r丿1/图4-1盘式气体再分布器4.3填料支撑装置填料支撑装置对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。填料支承结构应满 足3个基本条件13: 使气液能顺利

59、通过.设计时应取尽可能大的自由截面。 要有足够的强度承受填料的重量，并考虑填料孔隙中的持液重量。 要有一定的耐腐蚀性能。填料支撑装置对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。用竖扁钢制成的 栅板作为支承板最为常用，如图4-2中的(a)。栅板可以制成整块或分块的。一 般当直径小于500mm时可制成整块；直径为600800mm时，可以分成两块；直 径在9001200mm时，分成三块；直径大于1400mm时，分成四块；使每块宽度 约在300400mm之间，以便拆装。栅板条之间的距离应约为填料环外径的0.60.7。在直径较大的塔中，当填料环尺寸较小的，也可采用间距较大的栅板，先在其上布满尺寸较大的十字 分隔瓷环，再放置尺寸较小的瓷环。这样，栅板自由截面较大，如图4-2 (c)所示。当栅板结构不能满足自由截面要求时，可采用如图4-2 (b)所示的升气管式支承板。气相走升气管齿缝，液相由小孔及缝底部溢流而下。这类支承板， 有足够齿缝时，气相的自由截面积可以超过整个塔的横截面积，所以绝不会在 此造成液泛。本设计塔径D=900m,采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小，由 竖扁钢制