3、塔高计算
• （1）填料层高度的计算 • A、计算公式： 计算公式： • YA,1 • H = ∫ qn,B(KY aw S) –1٠(YA–YA*) –1d YA
• • YA,2 XA,1 XA,2
• H = ∫ qn,B(KX aw S) –1٠(XA*–XA) –1d XA
•
• 对于低浓气体，可简化为： 对于低浓气体，可简化为：
二、设计方案
• 1、吸收剂的选择
• • • • • • • （1）对溶质的溶解度大 （2）对溶质的选择性高 （3）不易挥发 （4）容易再生 （5）廉价易得 （6）安全稳定 （7）腐蚀性小
、 吸 收 流 程 选 择
2
两步吸收流程 双塔吸收流程 逆流与并流流程 部分溶剂循环流程
• 3、吸收剂再生方法选择
• （3）塔填料的选用 • 选择填料的材质： 选择填料的材质： • 一般情况下，可选用塑料、金属和陶瓷等材 一般情况下，可选用塑料、 腐蚀性介质应采用相应的耐腐蚀材料， 料。腐蚀性介质应采用相应的耐腐蚀材料，如 陶瓷、塑料、玻璃、石墨、不锈钢等。 陶瓷、塑料、玻璃、石墨、不锈钢等。温度较 高的情况，要考虑材料的耐温性能。 高的情况，要考虑材料的耐温性能。 • 选择填料的类型： 选择填料的类型： • 较为复杂，一般优先选用高效填料，如鞍形、 较为复杂，一般优先选用高效填料，如鞍形、 鲍尔环等也可根据生产经验。 鲍尔环等也可根据生产经验。 • 选择填料的尺寸： 选择填料的尺寸： • 填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低 于某一下限值，以防止产生较大的壁效应， 于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造 成塔的分离效率下降。 成塔的分离效率下降。
1、塔填料的选择
• （1）塔填料的分类
• A、环形 C、球形
D、规整填料 B、鞍形
金属环矩鞍形
• （2）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， 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。 具有较高的分离能力。 • 处理能力与压力降： 处理能力与压力降： • 同一系列填料中，空隙率大者具有较小的压力降， 同一系列填料中，空隙率大者具有较小的压力降， 和较大的处理量， 和较大的处理量，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。 料相比，具有较小的压力降和较大的处理量。 • 抗堵塞能力： 抗堵塞能力： • 比表面积小的填料具有较大的空隙率，具有较强 比表面积小的填料具有较大的空隙率， 的抗堵塞能力； 的抗堵塞能力；金属和塑料材料的填料抗堵塞能力 优于陶瓷填料。 优于陶瓷填料。
填料尺寸与塔径的对应关系
塔径/mm D<300 300 < D<900 D>900
•
填料尺寸/mm 20~25 25~38 50~80
一般说来，填料尺寸大，成本低，处理量大， 一般说来，填料尺寸大，成本低，处理量大， 但效率低。使用大于50mm 的填料，其成本的降 但效率低。使用大于50mm 的填料， 50 低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加， 低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加， 一般中小塔选用20~38mm 20~38mm的 故，一般中小塔选用20~38mm的，大塔常使用 50mm 的填料。 50mm 的填料。另，在大塔中使用小于 20~25mm填料时，效率并没有较明显的提高。 mm填料时 20~25mm填料时，效率并没有较明显的提高。
Eckert关联图 Eckert关联图
常用散堆填料的湿填料因子
填料尺 寸 填料名称 瓷拉西环 瓷矩鞍 塑料鲍尔环 金属鲍尔环 塑料阶梯550 410
832 550 280 260 260 170
600 200 184 117 170 160 150
• • YA,1 YA,2
• H = qn,B(KY aw S) –1 ∫ (YA–YA*) –1d YA •
•
=HOG ٠NOG
XA,1 XA,2
•
• H = qn,C(KX aw S) –1 ∫(XA*–XA) –1d XA • = HOL ٠NOL
• B、传质单元高度
• 气相传质系数： 气相传质系数： • kG=C(wG/αµG)0.7(µG/ρGDG)1/3(αDG/RT)(αdp)−2.0 α α α • 液相传质系数： 液相传质系数： • kL=0.0051(wL/αwµL)2/3(µL/ρLDL)−0.5(gµL/ρL) 1/3 α (αdp)0.4 α • 填料润湿比表面积： 填料润湿比表面积： • αw = {1– exp[– 1.45(σc/σ)0.75(wL /αµL)0.1 α (wL2α/gρL2) −0.05 (wL2/ρLσα)0.2]} α • 传质单元高度： 传质单元高度： • HOG =(qn,B/ αw S)(1/ kG+1/ kLH) • HOL =(qn,C/ αw S)(H/ kG+1/ kL)
• (1)泛点气速的计算
• 埃克特(Eckert)泛点气速关联图法 埃克特(Eckert)泛点气速关联图法 • 横坐标：X=(wL/wG)(ρG / ρL)0.5 横坐标： )(ρ • 纵坐标：Y=(uf2ψφρGμ0.2)/(gρL) )/(gρ 纵坐标：
• • • • • • 气体的质量流速， wL 、 wG ：液、气体的质量流速，kg/h 气体的密度， ρ L 、 ρ G ：液、气体的密度，kg/m3 湿填料因子， --1 ψ：湿填料因子，m--1 φ ：水与所喷淋液体密度之比 喷淋液体的粘度， μ：喷淋液体的粘度，mPa.s 泛点气速， uf：泛点气速，m/s
环境工程单元过程设计
——吸收装置工艺设计 吸收装置工艺设计
单元过程及设备设计
1、单元过程及设备设计的重要性 任何环工过程和装置都是由不同的单元 过程设备以一定的次序组合而成的整体， 过程设备以一定的次序组合而成的整体，因 而，各单元过程及设备设计是整个环工过程 和装置设计的核心和基础，并贯穿于设计过 和装置设计的核心和基础， 程的始终，从这个意义上说， 程的始终，从这个意义上说，作为环境工程 专业的学生， 专业的学生，掌握常用的单元过程及设备的 设计过程和方法，无疑是十分重要的。 设计过程和方法，无疑是十分重要的。
几种填料的形状系数( 几种填料的形状系数(adp)
填料
αdp
圆球 3.1
圆棒 3.5
拉西环 1.7
矩鞍 5.6
瓷鲍尔环 5.9
• C、传质单元数
• 计算公式： 计算公式：
•
•
• •
NOG = ∫ (YA–YA*) –1d YA
YA,2
YA,1
•
NOL = ∫(XA*–XA) –1d XA
XA,2
XA,1
填料层的分段高度
填料种类 单层高/塔径 最大高度/m 填料种类 单层高/塔径 最大高度/m 拉西环 矩鞍 2.5~3 5~8 ≤6 ≤6 鲍尔环 阶梯环 5~10 8~15 ≤6 ≤6
• （3）塔附属高度 • 塔的附属空间高度主要包括塔的上部 空间高度、液体分布器和再分布器的高度、 空间高度、液体分布器和再分布器的高度、 塔的底部空间高度和裙座高度。 塔的底部空间高度和裙座高度。 • 塔的上部空间高度是指填料层以上应 有一定高度， 有一定高度，以使气体携带的液滴能从气 相中分离出来，包括液体分布器高度一起， 相中分离出来，包括液体分布器高度一起， 一般要求具1.2 ~1.5m 一般要求具1.2 ~1.5m。液体再分布器一般 需要1~1.5 1~1.5m 需要1~1.5m。塔的底部空间一般取液体停 min为宜 裙座高度一般为0.5~1 为宜， 0.5~1m 留3~5 min为宜，裙座高度一般为0.5~1m。
410 226 140 160 127 140 135
• 贝恩-霍根（Bain-hougen）关联式法 • )/(gε lg[(uf2 a ρG μ0.2)/(gε3ρL ) • =A–1.75(wL/wG) 0.25(ρG / ρL)0.125 =A 1.75(w • a ：填料的比表面积，m2/m3 填料的比表面积， • ε ：填料的孔隙率
吸收过程工艺设计
• 一、 吸收过程工艺设计的主要内容
• 1、根据给定的分离任务，确定吸收方案 根据给定的分离任务， • 2、进行物料和热量衡算，确定工艺参数 进行物料和热量衡算， • 3、进行设备的设计或选型 • 4、给制工艺流程图、主要设备的工艺条 给制工艺流程图、 件图 • 5、编写工艺设计说明书
• A: 取决于填料的常数
常用填料的A值
填料名称 瓷拉西环 塑料鲍尔环 金属鲍尔环 瓷矩鞍 A 0.022 0.0942 0.1 0.176 填料名称 瓷阶梯环 塑料阶梯环 金属阶梯环 A 0.2943 0.204 0.106
金属环矩鞍 0.06225
• (2)操作气速的确定 • • u=(0.5~0.8)uf 对于易起泡的物料取低值， 对于易起泡的物料取低值，不易起泡 的取高值。 的取高值。 • (3)塔径的计算 • • =（ D =（4Vs/πu)0.5 对所得数据进行圆整即得所选直径。 对所得数据进行圆整即得所选直径。
• 2、单元过程及设备设计的基本原则 • (1)技术的先进性和可靠性 (1)技术的先进性和可靠性 • (2)过程的经济性 (2)过程的经济性 • (3)过程的安全性 (3)过程的安全性 • (4)清洁生产 (4)清洁生产 • (5)过程的可操作性和可控制性 (5)过程的可操作性和可控制性
• 3、单元过程及设备设计的内容与过程 • (1)过程的方案设计 (1)过程的方案设计 • (2)工艺流程设计 (2)工艺流程设计 • (3)单元过程模拟计算 (3)单元过程模拟计算 • (4)设备的设计与选择 (4)设备的设计与选择 • (5)绘制工艺流程图 (5)绘制工艺流程图 • (6)编制工艺设计的技术文件 (6)编制工艺设计的技术文件
不同材质填料的临界表面张力( 不同材质填料的临界表面张力(σc)