化工单元过程及设备设计-PPT.ppt
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1、 吸收过程工艺设计第一节第一节 概述概述第二节第二节 设计方案设计方案第三节第三节 填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计第四节第四节 吸收过程设计实例吸收过程设计实例1大家好 气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作,其基本原理是利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同,实现各组分分离的单元操作,如图1为一典型的气体吸收过程。吸收过程的工艺设计,要完成以下工作;1、确定吸收过程设计方案;、确定吸收过程设计方案;2、确定工艺参数;、确定工艺参数;3、过程设备选型或设备设计;、过程设备选型或设备设计;4、绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图;、绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件
2、图;5、编写工艺设计说明书。、编写工艺设计说明书。图图1 吸收过程流程示意图吸收过程流程示意图概概 述述2大家好设计方案设计方案一、吸收剂的选择一、吸收剂的选择对溶质的溶解度大对溶质的溶解度大对溶质有较高的选择性对溶质有较高的选择性不易挥发不易挥发再生性能好再生性能好 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直接影响。一般情况下,选择吸收剂,要遵循以下原则。3大家好二、吸收流程选择二、吸收流程选择1、一步吸收流程和两步吸收流程、一步吸收流程和两步吸收流程 一步吸收流程如图1所示,一般用于混合气体溶质浓度较低,过程分离要求不高,选用一种吸收剂即可完成吸收任务
3、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,或虽能达到分离要求,但过程的操作费用较高,从经济性的角度分析不够适宜时,考虑采用两步吸收流程,见图2。设计方案设计方案图图1 吸收过程流程示意图吸收过程流程示意图图图2 两步吸收流程两步吸收流程4大家好设计方案设计方案2、单塔吸收流程和多塔吸收流程、单塔吸收流程和多塔吸收流程 单塔吸收流程如图1,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,所需的塔体过高,或采用两步吸收流程时,则需要采用多塔流程,图 3是一个典型的双塔吸收流程。图图1 吸收过程流程示意
4、图吸收过程流程示意图图图3 双塔吸收流程双塔吸收流程5大家好设计方案设计方案3、逆流吸收与并流吸收、逆流吸收与并流吸收 吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作,如图4所示,由于逆流操作具有传质推动力大,分离效率高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。图图4 逆流与并流吸收流程逆流与并流吸收流程6大家好设计方案设计方案4、部分溶剂循环吸收流程、部分溶剂循环吸收流程 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
5、塔的操作条件,如图5。图图5 部分溶剂循环吸收流程部分溶剂循环吸收流程7大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计 填料塔是化工分离过程的主体设备之一,结构见图6。其工艺设计内容主要包括如下:1、塔填料的选择;、塔填料的选择;2、塔径的计算;、塔径的计算;3、填料层高度的计算;、填料层高度的计算;4、液体分布器和液体再分布器的设计;、液体分布器和液体再分布器的设计;5、气体分布装置的设计;、气体分布装置的设计;6、填料支撑装置的设计;、填料支撑装置的设计;7、塔底空间容积和塔顶空间容积的设计;、塔底空间容积和塔顶空间容积的设计;8、填料塔的流体动力学参数核算。、填料塔的流体动力学参数核算。图图6
6、填料塔结构示意图填料塔结构示意图8大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计 塔填料是填料塔中的气液相间传质元件,其种类繁多,性能各异。按填料的结构及其使用方式可以分为散堆填料和规整填料两大类。各类有不同的结构系列,同一结构系列中有不同的尺寸和不同的材质,可供设计时选用。1、散堆填料、散堆填料 散堆填料一般以随机的方式堆积在塔内,根据其结构特点的不同,可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。所用的材质有陶瓷、塑料、石墨、玻璃以及金属等,其结构特征及主要结构参数分别见图710和表14。一、填料塔的选择一、填料塔的选择(一)填料塔的分类及结构(一)填料塔的分类及结构9大家好填料塔的工艺设计填
7、料塔的工艺设计图图7 环形填料结构示意图环形填料结构示意图图图8 鞍形填料结构示意图鞍形填料结构示意图图图9 金属环矩鞍填料结构示意图金属环矩鞍填料结构示意图图图10 球形填料结构示意图球形填料结构示意图10大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计表表1 环形填料结构特性参数环形填料结构特性参数11大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计表表1 环形填料结构特性参数环形填料结构特性参数12大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计表表2 矩鞍填料结构参数矩鞍填料结构参数13大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计表表3 金属环矩鞍填料结构参数金属环矩鞍填料结构参数表表4 环形填料结构参数环形填料结构参数
8、14大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计2、规整填料、规整填料 规整填料是由许多相同尺寸和形状的材料组成的填料单元,以整砌的方式装填在塔体中。规整填料主要包括板波纹填料、丝网波纹填料、格利希格栅、脉冲填料等,其中尤以板波纹填料和丝网波纹填料应用居多。板波纹填料所用材料主要有金属和瓷质,丝网波纹填料所用材料主要有金属网和塑料丝网。目前,国内常用规整填料的主要结构及结构参数分别见图11表5。图图11 规整填料结构示意规整填料结构示意(a)板波纹填料 (b)网波纹填料15大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计表表5 规整填料结构参数规整填料结构参数16大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计(二)塔
9、填料的性能(二)塔填料的性能1、对塔填料的基本要求、对塔填料的基本要求 塔填料的性能主要指塔填料的流体力学性能和质量传递性能。性能优良的塔填料应具有良好的流体力学性能和传质性能,一般应具有如下特点:具有较大的比表面积;表面湿润性能好,有效传质面积大;结构上应有利于气液相的均匀分布;填料层内的持液量适宜;具有较大的空隙率,气体通过填料层时压降小,不易发生液泛现象。17大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计2、常用填料的性能、常用填料的性能分离能力分离能力 同一系列填料中,小尺寸填料比表面积较大,具有较高的分离能力。处处理理能能力力和和压压力力降降 同一系列填料中,空隙率大者具有较小的压力降和较大
10、的处理量,金属和塑料材质的填料与陶瓷填料相比,具有较小的压力降和较大的处理量。抗抗堵堵塞塞性性能能 比表面积小的填料具有较大的空隙率,具有较强的抗堵塞能力;金属和塑料材质的填料抗堵塞能力优于陶瓷填料。对于不同类型的散堆填料,同样尺寸、材质的鲍尔环在同样的压降下,处理量比拉西环大50%以上,分离效率可以提高30%以上;在同样的操作条件下,阶梯环的处理量可以比鲍尔环大20%左右,效率较鲍尔环高5%到10%;而环鞍、矩鞍型填料则具有更大的处理量和分离效率。18大家好填料塔的工艺设计填料塔的工艺设计(三)、塔填料的选用(三)、塔填料的选用在选择塔填料时,主要考虑如下几个问题。(1)选择填料材质 选用塔
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