二氧化碳吸收塔设计(可编辑修改word版)

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1、化工原理课程设计水吸收二氧化碳填料塔设计医药化工学院 精细化工指导教师概述11. 设计题目12. 操作条件13. 填料类型14. 设计内容14.1吸收剂的选择14.2装置流程的确定14.3填料的类型与选择25. 填料吸收塔的工艺尺寸的计算25.1基础物性数据25.1.1液相物性数据25.1.2气相物性数据25.1.3气液相平衡数据25.2物料衡算25.3填料塔的工艺尺寸计算35.3.1塔径计算35.3.2填料层高度计算46. 填料层压降计算67. 液体分布器建简要设计77.1 液体分布器的选型77.2分布点密度计算77.3布液计算78. 吸收塔接管尺寸计算89. 要符号说明89.1料的特性参数

2、89.2符号说明8附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）概述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。吸收操作在化学工业中是一种重要的分离方法，本次设计采用水吸收 空气中的二氧化碳，处理流量为800n3/h，其中进塔二氧化碳的体积分数为 7%，二氧化碳的吸收率达到95%。吸收效果以减少对大气的

3、污染，属于物 理吸收。影响吸收的因素主要为溶质在吸收剂中的溶解度其吸收速率主要 决定于气相或液相与界面上溶质的浓度差，以及溶质从气相向液相传递的扩散速率。本设计本设计采用4个同类型的吸收塔并联， 塔高8.4m，塔径2.9m，采用聚丙烯阶梯填料，具有通量大、阻力小、传 质效率高等优点，可以达到较好的通过能力和分离效果。一般说来，完整的 吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原料气的净气，体 产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔 作为主要设备之一，越来越受到青睐。试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的二氧化碳气体。混合 气体的处理量为3800 m

4、3/h，其中含二氧化碳为7% (体积分数)，混合气体 的进料温度为25 C。要求：二氧化碳的回收率达到95%。2. 操作条件(1)操作压力：常压(2)操作温度：20C(3)吸收剂用量为最小用量的1.5倍。3. 填料类型公称直径为50mm的聚丙烯塑料阶梯环4. 设计内容设计方案的确定4.1吸收剂的选择因为用水作吸收剂，同时CO2不作为产品，故采用纯溶剂。4.2装流程的确定用水吸收CO2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传质效率，选择用逆流吸收流程。由于处理的流量较大，所以用4个同类型的吸收塔并联工作。4.3填料的类型与选择用不吸收CO2的过程，操作温度低，但操作压力高，因为工业上通常选用 塑料散

5、装填料，在塑料散装填料中，塑料阶梯填料的综合性能较好，故此 选用Dn50聚丙烯塑料阶梯环填料。4.4操作温度与压力的确定20 C，常压5.填料吸收塔的工艺尺寸的计算数.5.1基础物性数据5.1.1液相物性数据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，293K时水的有关物性数据如下：密度 pL=998.2kg/m粘度四广 1x10-3 Pa- s=3.0kg/(m-h)表面张力 ol=72.6 dyn/cm=940896 kg/h3CO2 在水中的扩散系数为 Dl= 1.77x10-9m2/s=6.372x10-6m2/h5.1.2 相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mvm忍

6、yM=0.07x44+0.93x29=30.05- PMvm 101.3x 30.05混合气体的平均密度为Pvm= KF = 8 314X 298 = 1.23kg/m3混合气体粘度近似取空气粘度，手册20C空气粘度为四=1.81x10-5Pa-s=0.065kg/(m*h)查手册得CO2在空气中的扩散系数为Dv=1.8x10-5m2/s=0.044m2/h5.1.3 气液相平衡数据由手册查得，常压下20C时CO2在水中的亨利常数为E=144MP相平衡常数为 m = E =1-44x13 =1421.5P 101.3溶解度系数为 H=998,2 =0.03845kmol/(m 3-kPa)EM

7、1.44 x103 x18.02-s5.2物料衡算进塔气相摩尔比为Y =- = 0.07 = 0.075 回收率为n=95%1 1 - y11 - 0.07出塔气相摩尔比为 Y2= Y1 (1-n)=0.075x(1-0.95)=0.00375进塔惰性气相流量为V=950 x三(1 - 0.07) =36.13kmol/h22.4 298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，即L Y - Y()1 2V min对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0LY1 - Y20.075 - 0.00375十 = Y=1350.4251-X_：07 - 0m 21421.5取操作液

8、气比为L = 1.5 LLV ()L=1.5V=73/18Si.28kmol/h()V min因为 V(Y1-Y2)=L(X1-X2)73186.2836.13 x(0.075 - 0.00375) o c 所以 X = = 3.52 x10-515.3填料塔的工艺尺寸计算5.3.1塔径计算气相质量流量为 WV=950x1.23=1180.8kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算艮fl WL=73186.28x18.02=1318816.77kg/hEckert 通用关联图横坐标为 K ( v )0.5 = 1318816.77 乂 (1.23 )0.5 = 1040.781180.899

9、8.2V L因为数值太大，不适宜用Eckert通用关联图计算泛点气速u 2 a,1lg_F (顼V)0.2 | = A - KL g 3 L L j其中 A=0.204 K=1.75u 2114.21.23lgl -p x ( ) x () x1L9.810.9273998.2计算得 uF =0.063m/s取 u=0.7uF=0.7x0.063=0.044m/s用贝恩-霍根关联式计算泛点气速：(多 4。)81W0.2V L1318816.771 1.23 1=0.204 -1.75 x () 4 () 8j1180.8998.2,8由D =9504 x3600 =2.76 m3.14 x 0

10、.0441泛点率校核：2= 043 =68.25% （在允许范围内）uf 0.063液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为（LW）min=0.08m3/mh 查塑料阶梯环特性数据表得：型号为Dn50的阶梯环的比表面积at=114.2 m2/m3Um1n=（LW）m1nat=0.08X114.2=9.136m3/m2-h1318816.77U= 99&2 = 214.67 U .min0.785 x 2.82经校核可知，塔径D=2.8m合理。5.3.2填料层高度计算Yj =mX=1421.5x3.52x10-5=0.05Y * =mX=022脱因系数为8=1 = 1421.5 x 3613 =0.7

11、02 L 73186.28气相总传质单元数：1 a Y * - Y * N =In Q - S )_12 + Sog 1 - S LY2- Y * -10.075 - 0 1 - 0.702ln (1 - 0.072) x0.00375 - 0+ 0.702 =3.796气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:（U2a ）-0.05L 1I l3 Ja-w =at)0.11- exp -1.45M II I L 查常见材质的临界表面张力值表得q=33dyn/cm=427680kg/h2材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡表面张力，mN /m56617333407520附表:常见材质的临界表面张

12、力值液体质量通量为UL=214288.44kg/(m2h)=1 - expl1.4气(427680)0.75(940896)(214288.440.1J14.2* 3.6 ,214288.4也 X114.2.998.22 x1.72 x108 )J,-0.05,214288.44998.2 x 940896，114.罪50%/ u _ _、 由 K/ = 11 + 9.5l _ - 0.5 I/(、：=1 1 + 2.6l _- 0.5 IIl匕I+9.5x(0.6825-0.5M，KLa =|1.4 IKaT GF K a得Kg a =得 KLa=11 + 10.66=1.24kmol/(m

13、3 h kPa).6825-0.少2 友 4.08=4.i8kmol/(m3hkPa)111+1.24 0.03845 x 4.18=0.142 kmol/(m3hkPa)Hog二VKYaV、aP36.130.142 x101.3 x 0.785x 2.82=0.4mZ=HogNog=0.4x 1.5m得 Z=1.4x1.5=2.1m取填料层高度为Z=2m查散装填料分段高度推荐值表对于阶梯环填料=815hmax 1200时，喷淋点密度为42点/m2,因为该塔也想负荷 比较大，设计取喷淋点密度为76点/m2。布液点数为N= 0.785 x 2.82 x 76 注 472 点按分布点集合均匀与流量

14、均匀的原则，进行布点设计。设计结果为二级槽 一共设置13道，在槽侧面开孔，槽宽度为10cm。槽高度为20cm，两槽中 心距离为20cm。分布点采用三角形排列。布液点示意图，如图。3.14 x 472 x 0.6 . 2x 9.81x 0.2=0.028mm7.3布液计算由 Ls=4d02nS：2g h取 =0.6，!=200mm4 x1318816.77998.2 x3600设计取d0= 28mm。8. 吸收塔接1尺寸计1一般工程计算时，水管路压力常见为）.0-0.6MPa水在水管中的流速为1- 3m/s水的质量流速：WL=1318816.77kg水的流量:QL= 1318816/77 = 0

15、 3 67m3/s998.2 x3600取流速为 uL=1.5m/s0.785xD2 水管x1.5=0.367计算得 D *=0.558m 取 D =0.56m空气的流量为QL=950m3/h。.785血空气管x20=9503600取流速为20m/sD空气管=0.129m取D空气管=.用9.要符号说明9.1料的特性参数填料名 称规格（直径乂高乂厚） /mm材质及堆 积方式比表面积/m2.m3空隙率/m3/m3湿填料因子/m-1阶梯环25x12.5x1.4塑料乱堆2230.90172阶梯环20x25x1.5塑料乱堆114.20.9271159.2符号说明A填料层的有效传质比表面积dt填料当量直径

16、aw填料层的润滑比表面积D扩散系数、塔径A吸收因数，无因次E亨利系数d填料直径g重力加速度H溶解度系数Kg气膜吸收系数Hg气相传质单元高度S解吸因子Hl液相传质单元高度u空塔速度ut液泛速度9填料因子设计中问题的评价：对于吸收塔基本尺寸的确定以及数据来源，物性参数，合适取值范围的确 定要按具体的实际设计情况来定。对于吸收塔填料装置的材料属性，以及经济效益要综合考虑工艺的可能 性又要满足实际操作标准。对于吸收塔的温度的确定，由吸收的平衡关系可知，温度降低可增加溶 质组分的溶解度，对于压力的确定，选择常压，减少工作设备的负荷。设计体会刚拿到任务说明书时，一脸茫然，大家都是第一次接触到这个陌生的 东

17、西，面对大量繁琐的计算，我的头都大了，其中我得了一个很不合 理的数据，经过反复查找，才发现前面有个小数点弄错了，我深深体 会到了科学需要的严谨性。在设计课程报告时，要输入大量的公式， 我自学了一点公式编辑器的知识，感觉它非常有用，今后有时间还得 好好学学。我会好好对待以后的每一次设计，让老师满意。参考文献（1）林大均，于传浩，杨静化工制图高等教育出版社2007.8（2）贾绍义，柴诚敬化工原理课程设计天津大学出版社2002.8（3）杨祖荣化工原理化学工业出版社2009.6-01 -rams主体设备设计条件图技木指惊衰指标操作压力10L 3奂操作雷度狞C填料类型史科邮环塔松塔高乱如坟料高度2. Im尺寸3（d）lM排气口bb6哽收液入口e45Ald14进气口e5fi排液口眼努签名日期设计审核二轼化霸吸收塔工艺亲件图