合成氨碳酸丙烯酯(pc脱碳填料塔设计资料

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1、碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔的工艺设计学校上海工程技术大学专 业环境工程48000t/a合成氨碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔设计目录碳酸丙烯酯（PC脱碳填料塔设计工艺设计任务书 4一、 设计题目 4二、 操作条件 . 4三、 设计内容 4四、 基础数据 5设计依据：6一、计算前的准备 61. C02在PC中的溶解度关系 62. PC密度与温度的关系 73. PC蒸汽压的影响84. PC的粘度8二、物料衡算81各组分在 PC中的溶解量 82溶剂夹带量 Nm3/m3PC 93溶液带出的气量 Nm3/m3PC 94出脱碳塔净化气量 105. 计算 PC 循环量 106验算吸收液中 CO2残量为0.15

2、 Nm3/m3PC时净化气中 CO2的含量 107.出塔气体的组成11三、 热量衡算121. 混合气体的定压比热容 C pv 错误!未定义书签。2. 液体的比热容 C pL 错误!未定义书签。3. CO2的溶解热 Qs 错误!未定义书签。4. 出塔溶液的温度 T_1 错误!未定义书签。5. 最终的衡算结果汇总 14四、设备的工艺与结构尺寸的设计计算 16（一）确定塔径及相关参数 16五、填料层高度的计算 18六、填料层的压降26七、附属设备及主要附件的选型 261. 塔壁厚262. 液体分布器 263. 除沫器264. 液体再分布器 275填料支撑板276. 塔的顶部空间高度 27八、 设计概

3、要表 27九、 对本设计的评价28参考文献28化工原理课程设计任务书碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔的工艺设计一、 设计题目44000设计一座碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔，要求年产合成氨46000t/a。二、操作条件1每吨氨耗变换气取 4300Nm3变换气/ t氨；2变换气组成为： CO2： 28.0； CO: 2.5 ； H2： 47.2 ； N2 : 22.3。（均为体积 %，下同。其 它组分被忽略）；3. 要求出塔净化气中 CO2的浓度不超过0.5% ；4. PC吸收剂的入塔浓度根据操作情况自选；5. 气液两相的入塔温度均选定为30C；6. 操作压强为1.6MPa； 7.年工作日330天，每

4、天24小时连续运行。三、设计内容1. 设计方案的确定及工艺流程的说明2. 填料吸收塔的工艺计算3. 塔和塔板主要工艺结构的设计计算4. 填料吸收塔附属结构的选型与设计5. 塔的工艺计算结果汇总一览表6. 吸收塔的工艺流程图7. 填料吸收塔与液体再分布器的工艺条件图8. 对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。四、基础数据1. 碳酸丙烯酯（PC）的物理性质正常沸点，（C）蒸汽压x 133.32-1Pa粘度，mPa s分子量20430 C38 C20 C50 C102.090.10.242.761.62温度，（C）015254055P( kg/m3)122412071198118411692.比热

5、计算式Cp 1.39 0.00181 t 10 kJ/(kg C)3.CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度温度t，（C）2526.737.84050亨利系数EX 101.3-1kPa81.1381.7101.7103.5120.84.CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解热可近似按下式计算（以AHcs表示）AHcq4.59Bi4.187KJ/kmol, Bi 6765其他物性数据可查化工原理附录。设计依据：吸收是利用各组分溶解度的不同而分离气体混合物的操作。混合气体与适当的液 体接触，气体中的一个或几个组分便溶解于液体中而形成溶液， 于是原组分的一 分离。对与此题中的易溶气体是 CO2。依题意：年

6、工作日以330天，每天以24小时连续运行计，有：合成氨：44000t/a= 133.33t/d=5.56t/h变换气：4300m3 （标）变换气/t氨（简记为Nm3/t）V = 5.56 储00=23908 m3变换气组成及分压如下表进塔变换气CO2COH2N2合计体积百分数,%28.02.547.2P 22.3100组分分压，MPa0.4480.0400.7550.3571.600组分分压，2kgf/cm4.5680.4087.7013.63816.32、计算前的准备1.C02在PC中的溶解度关系C02在PC中亨利系数数据温度t，C）2526.737.84050亨利系数EX 101.3-1k

7、Pa81.1381.7 :101.7103.5120.8作图得：亨利系数与温度近似成直线，且E 1.6204t 39.594 101.3kPa因为高浓度气体吸收，故吸收塔内C02的溶解热不能被忽略。现假设出塔气 体的温度为Tv2 35 C，出塔液体的温度为Tli 40 C ,并取吸收饱和度（定义 为出塔溶液浓度对其平衡浓度的百分数） 为70%,然后利用物料衡算结合热量衡 算验证上述温度假设的正确性在 40C 下，CO2 在 PC 中的亨利系数 E40=103.5X 101.3 kPa=10485 kPa1 出塔溶液中CO2的浓度（假设其满足亨利定律）x10.7x10.7 p/E 0.7 448

8、/104850.7 0.04270.0299 （摩尔分数）2.根据吸收温度变化的假设，在塔内液相温度变化不大，可取平均温度35C 下的CO2在PC中溶解的亨利系数作为计算相平衡关系的依据。即：E351.6204 35 39.594 101.3 9756 kPaCO2在PC中溶解的相平衡关系，即：64425logXg logpcs4.112式中：XCO2 为摩尔比，kmolCO2/kmolPC; pCO2 为 CO2 的分压，kgf/cm2; T为热力学温度，K。用上述关联式计算出塔溶液中 CO2的浓度有644 25log X CO log 4.5684.1121.3952313.15XCO20

9、.0402kmolC02/kmolPCX10.7%0.7Xco21Xco0.7 0.03860.0270与前者结果相比要小，为安全起见，本设计取后者作为计算的依据。 结论：出料x10.0270 （摩尔分数）2. PC密度与温度的关系利用题给数据作图，得密度与温度的关联表达式为P 1223 0.9858t （式中 t 为温度，C；p为密度，kg/m3）温度，C）015254055(kg/m3)122412071198118411693. PC蒸汽压的影响根据变换气组成及分压可知，PC蒸汽压与操作总压及 CO2的气相分压相比 均很小，故可忽略。4. PC的粘度185 5log 0.822 .一 m

10、Pa - s （T 为热力学温度，K）T 153.15. 工艺流程确定：本次吸收采用逆流吸收的方法。二、物料衡算1.各组分在PC中的溶解量查各组分在操作压力为1.6MPa、操作温度为40C下在PC中的溶解度数据， 并取其相对吸收饱和度均为 70%，将计算所得结果列于下表（亦可将除 CO2以 外的组分视为惰气而忽略不计，而只考虑CO2的溶解）：CO2溶解量的计算如下：各个溶质溶解量的计算如下：（以CO2为例）通过第一部分已知CO2在40C的平衡溶解度XCO2 0.0402kmolCO 2/kmolPC0 0402 22 433Xco 0.0402kmolCO 2/kmolPC 10.44 Nm

11、/m PC2102.09/1184式中：1184为PC在40C时的密度，102.09为PC的相对摩尔质量CO2 的溶解量为(10.44-0.15)X 0.7=7.203 Nm3/m3PC组分CO2COH2N2合计组分分压，MPa0.448 :0.0400.755P 0.3571.60溶解度，Nm3/m3PC10.440.0160.2230.22310.90溶解量，Nm3/m3PC7.2030.0110.1560.1567.526溶解气所占的百分数%95.710.152.072.07100.00说明：进塔吸收液中CO2的残值取0.15 Nm3/m3PC,故计算溶解量时应将其 扣除。其他组分溶解度

12、就微小，经解吸后的残值可被忽略。平均分子量：入塔混合气平均分子量:M mi 44 0.28 28 0.025 2 0.47228 0.22320.208kg/kmol溶解气体的平均分子量:Ms 44 0.957128 0.0015 2 0.020728 0.020742.775kg/kmol2.溶剂夹带量Nm/m3PC以0.2 Nm3/m3PC计，各组分被夹带的量如下:CO2: 0.2 X 0.28=0.056 Nm3/m3PCCO:0.2X 0.025=0.005 Nm3/m3PCH2：0.2X 0.472=0.0944 Nm3/m3PCN2:0.2X 0.223=0.0446 Nm3/m3

13、PC3.溶液带出的气量 Nm/m3PC各组分溶解量：CO2：7.203 Nm3/m3PC95.71%CO:0.011 Nm3/m3PC0.15%H2：0.156 Nm3/m3PC2.07%N2：0.156Nm3/m3PC2.07%7.526 Nm3/m3PC100%夹带量与溶解量之和：93.96%0.21%CO2： 0.056+7.203=7.259 Nm?/m3PCCO: 0.005+0.011=0.016 Nn?/m3PCH2： 0.0944+0.156=0.250 Nm3/m3PC3.23%N2: 0.0446+0.156=0.201 Nm3/m3PC2.60%7.726 Nm3/m3P

14、C100%4.出脱碳塔净化气量以v V2、V3分别代表进塔、出塔及溶液带出的总气量，以沁 y分别代表CO2相应的体积分率，对CO2作物料衡算有：V1 = 23908 Nm3/ hV V2 V3V1 y1 V2y2 V3y3联立两式解之得V3=V1(y1-y2)/(y3-y2)=4300 X 5.56(0.28 0.005)/(0.9396 0.005)=7034.77Nm3/hV2 = V1 - V3 =17697.549 Nm3/ h16873.235.计算PC循环量因每1 m3PC带出CO2为7.259 Nm3，故有：L=V3y3/7.259=7034.77 X 0.9396/7.259=

15、910.58m3/h操作的气液比为 V1/L=23908/910.58=26.2566.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量取脱碳塔阻力降为0.3kgf/cm2，则塔顶压强为16.32-0.3=16.02 kgf/cm2,此时CO2的分压为Pc。216.02 0.0050.0801 kgf/cm2，与此分压呈平衡的CO2液相浓度为:log Xco2log Pco2644.25T4.112644 25log X co log 0.08014.1123.0832303.15Xco 0.0008257kmolCO 2/kmolPC0.000825722.4102.

16、09/119333330.216Nm CO2/m PC 0.15Nm CO2/m PC式中：1193为吸收液在塔顶30r时的密度，近似取纯PC液体的密度值。计 算结果表明，当出塔净化气中 CO2的浓度不超过0.5%，那入塔吸收液中CO2的 极限浓度不可超过0.216 Nm3/m3PC,本设计取值正好在其所要求的范围之内， 故选取值满足要求。入塔循环液相CO2: 910.58X 0.15=136.5877.出塔气体的组成出塔气体的体积流量应为入塔气体的体积流量与PC带走气体的体积流量之差。CO2: 23908X 0.28-7.259X 910.58=84.34Nm3/h0.59%CO:23908

17、X 0.025-0.016X 910.58=583.13Nm3/h3.42%H2:23908X 0.472-0.250X 910.58=11056.93Nm3/h64.83%N2:23908X 0.223-0.201 X 910.58=5331.49Nm3/h31.69%17055.89Nm3/h100%计算数据总表出脱碳塔净化气量进塔带出气量（V1）Nm3/h出塔气量（V2）Nm3/h溶液带出的总气量（V3）Nm3/h2390816873.237034.77气液比26.256入塔气体平均分子量20.208溶解气体平均分子量42.775PC中的溶解量（溶解气量及其组成）40 C组分CO2COH

18、2N2总量溶解度，Nm3/m3PC10.440.020.220.2210.90溶解量，Nm3/m3PC7.2030.0110.1560.1567.526溶解体积流量Nm3/h6832.69410.434147.980147.9807139.090溶解气所占的百分数 %95.710.152.072.07100.00出塔液相带出气量及其组成40 C溶解量，Nm3/m3PC7.2590.0160.2500.2017.726体积流量Nm3/h6885.81515.177237.148190.6677328.806溶解气所占的百分数 %93.960.213.232.60100.00入塔气相及其组成30

19、C体积流量Nm3/h7007.28625.6511812.2725580.79825026溶解气所占的百分数 %28.002.5047.2022.30100.00出塔气相的组成35 C（修改后）体积流量Nm3/h84.34583.1311056.935331.4917055.89溶解气所占的百分数 %0.5093.4264.8331.69100.00入塔液相及其组成30 C体积流量Nm3/h136.587136.587溶解气所占的百分数 %100.00100热量衡算在物料衡算中曾假设出塔溶液的温度为 40C,现通过热量衡算对出塔溶液的 温度进行校核，看其是否在 40C之内。否则，应加大溶剂循环

20、量以维持出塔溶 液的温度不超过40C。具体计算步骤如下：1.混合气体的定压比热容C pv因未查到真实气体的定压比热容，故借助理想气体的定压比热容公式近似计算。理想气体的定压比热容：Cpi a biT CiT2 diT3，其温度系数如下表:系数abcdCp1 (30C)Cp2 (32C)CO24.7281.754X 10-2-1.338X 10-54.097X 10-98.929/37.388.951/37.48CO7.373-0.307 X 10-26.662 X 10-6-3.037X 10-96.969/29.186.97/29.18H26.4832.215X 10-3-3.298X 10

21、-61.826 X 10-96.902/28.906.904/28.91N27.440-0.324 X 10-26.4 X 10-6-2.79X 10-96.968/29.186.968/29.18表中 Cp 的单位为(kcal/kmol C) / (kJ/kmol C)进出塔气体的比热容C pvi C pi yi37.38 0.28 29.18 0.025 28.90 0.472 29.18 0.22331.34kJ/kmol CCpv2=X Cpi yi=37.48 X 0.0050+29.18 X 0.0346+28.91 X 0.6553+29.18 X 0.3051=29.04 KJ

22、/Kmol C2.液体的比热容C pL溶解气体占溶液的质量分率可这样计算:质量分率为7.526 22.442.7811840.012 1.2%其量很少，因此可用纯PC的比热容代之。本设计题目中Cpl 1.39 0.00181 t 10 kJ/kg CCpL1 1.39 0.00181 t101.39 0.00181 40 101.444kJ/kg CCpL2 1.39 0.00181 t101.390.00181 30 101.426kJ/kg C文献查得CpL 0.34990.0009863t kJ/kgC ,据此算得:CpL1 0. 3894 kJ/kg C; CpL2 0.3795 kJ

23、/kg C本设计采用前者。3.CO2的溶解热QsHCO24.59 676 4.18712992 kJ/kmolCO2文献查得 Hco2 14654 kJ/kmolCO2 （实验测定值）本设计采用后者。CO2在 PC 中的溶解量为 7.203X 910.58=6558.91Nm3/h=292.81kmol/h故 Qs=14654X 292.8仁4290814.019 kJ/h (修改后)4. 出塔溶液的温度 TL1设出塔气体温度为35C，全塔热量衡算有：带入的热量( QV1+ QL2) + 溶解热量( Qs) = 带出的热量( QV2+QL1)Qvi=ViCpvi(Tvi- To)=239O8

24、X 31.34 X 30/22.4= 1003495.607 kJ/hQl2=I_2Cpl2(Tl2 T0)=910.58X 1193X 1.426 X 30=46472852.59kJ/hQv2=V2Cpv2(Tv2-T0)= 16873.23X 29.04X35/22.4= 765622.81kJ/hQL1=L1CpL1(TL1- T0)=1 145626.766 X 1 .44 X TL1=1649702.543TL1kJ/h式 中 ： L 1 =910.58 X 1193+(7328.806-0.2 X 910.58) X 42.78/22.4=1145626.766 kg/h1052

25、432.679+48412751.48+4469909.62=803026.286+1649702.543TL1T=32.2132 T现均按文献值作热量衡算，即取CpL1 0.3894 kJ/kg T; CpL2 0.3795kJ/kg TQv1=V1Cpv1(Tv1-T0)=25026X 31.34X30/22.4=1050421.661 kJ/hQL2=L2CpL2(TL2-T0)=948.590X 1193X 0.3795X 30=12884038.7kJ/hQv2=V2Cpv2(Tv2-T0)=17697.549 X29.04 X 35/22.4=803026.286 kJ/hQL1=

26、L1CpL1(TL1-T0)=1145626.762X 0.3894 X TL1=4461 07.061 TL1kJ/h 式 中 ： L 1 =948.590 X 1193+(7328.806-0.2 X 948.590) X 42.78/22.4=1145302.253 kg/h1050421.661+12884038.7+4469909.62=803026.286+446107.061 TL1TL1=39.5T 与理论值比较后，取 TL1=39.5 T5. 最终的衡算结果汇总出塔气相及其组成（35C）入塔液相及其组成（30C）V2=18391.81Nm3/hL2=948.590m3/hCO

27、2COH2N2CO2COH2N2121.470610.47311575.1255640.391Nm3/h142.289-Nm3/h0.503.4665.5330.51%-%Qv2=803026.286kJ/hQL2=12884038.7kJ/ha入塔气相及其组成（30C）n出塔液相带出气量及其组成（40C）V1=25026 Nm3/hL1=1145302.253kg/hCO2COH2N225026CO2COH2N27328.8707.28625.6511812.2725580.798Nm3/h :6885.81515.177237.148190.667Nm3/h28.02.547.222.3%

28、c)3.960.213.232.60%QV1=1050421.661kJ/h7溶解气量及其组成（40 C）L1=1145626.762kg/hCO2COH2N27139.0906832.68410.434147.980147.980Nm3/h95.711 0.152.072.07%Qs=4349909.62kJ/h四、设备的工艺与结构尺寸的设计计算1确定塔径及相关参数f4VsD .u 0.5 0.8 uF. u塔底气液负荷大，依塔底气液负荷条件求取塔径采用Eckert通用关联图法求取泛点气速uF，并确定操作气速。入塔混合气体的质量流量 V (25026- 22.4) X 20.208=2257

29、7.27 kg/h20.208为入塔混合气体的平均分子量11.042为出塔混合气体的平均分子量M m1 44 0.2828 0.025 2 0.47228 0.22320.208kg/kmolMm2 = 44 0.005+28 0.0346+2 0.6553+28 0.3051= 11.042kg/kmol塔底吸收液的质量流量L=1145302.253kg/h入塔混合气的密度(未考虑压缩因子)12.83kg/mV pMm1/RT 1.6 10620.208/ 8314 303.15吸收液的密度 l 1184kg/m3 (40C)吸收液的粘度，依下式计算得到:log l0.822185.5T 1

30、53.10.822185.5308.15 153.10.374l 2.368 mPa - s (平均温度35C时的值)选Dg50 mm塑料鲍尔环(米字筋)，其湿填料因子120m 1，空隙率 0.90，比表面积 at 106.4m2/m3， Bain-Hougen 关联式常数 A 0.0942,K 1.75。(1)选用Eckert通用关联图法求解uf关联图的横坐标：(v/ l) 0.5L7V (12.83/1184).51145302.253/22577.027=5.281查Eckert通用关联图得纵坐标值为 0.0025，即:0.2LuF1000/1184 12012.839.8111840

31、22.3680.0025uF 0.14 m/s(2)选用 Bain-Hougen关联式求解u F2lg uF 內lg3gV0.2LL1/ 4LV1/8V2Uf 106.412.8339.810.9311842.3680.20.09421/41145302.25312.831.7522577.02711841 /8u F 0.12m/s 取 uF 0.14m/s则u的取值范围0.070.11m/s根据设计u=0.1m/s2求取塔径33Vs=23908(0.1013/1.6)(303.15/273.15)=1680m/h=0.4667m3/s0 5D=(4 X 0.4667/3.14 X 0.1)

32、 . =2.438m本次设计取D=2500mm3核算操作气速2 2u=4Vs/3.14 X D=4X 0.4667/3.14 X 2.5 =0.0951m/s则操作气体速度取u=0.10m/s合适4核算径比D/d=2500/50=501015 （满足鲍尔环的径比要求）5校核喷淋密度采用聚丙烯填料表面32L 喷，min= ( MWR ) at =0.08X 106.4=8.512m/(m .h)L喷=1145302.253 2.4952121.1248.512m3/(m2 ?h)(满足要求)1193/4五、填料层高度的计算2塔截面积G =0.785D =4.906 m2因其他气体的溶解度很小，故

33、将其他气体看作是惰气并视作为恒定不变，那么，惰 气的摩尔流率GG=25026(1-0.28)/(22.4X 3600xn )=0.0455 kmol/(m2 s)又溶剂的蒸汽压很低，忽略蒸发与夹带损失，并视作为恒定不变，那么有L=948.590X 1193/(102.09 X 3600X 4.906)=0.6276 kmol/(m2 s)0.15/22.4y20.005， x20.0005710.15/22.4 1193/102.09吸收塔物料衡算的操作线方程为y21 y2X21 x2将上述已知数据代入操作线方程，整理得0.07256Y2.0637 10选用填料层高度表达式H=V / (Ky

34、a n )采用数值积分法求解，步骤如下：1. 将气相浓度y 0.005 0.28在其操作范围内10等份，其等份间距为0.0275，并将 各分点的y值代入式(1)计算出对应的x值，并列入后面表格中的第1、2列中。2. 计算各分点截面处的气液相流率G= G(1-Y)L=L 7(1-X)(2)将计算结果列入附表中的3、4列。3. 计算的传质系数2 2亚 1 exp1.45(亠)0.75(出)0.1(字)0.05(-)0.2atLat LLgL Lat=1-1.45(33/39.1)0.75 (225703/106.4108)-0.05 (2257032/1184 x 39.1 X 106.4)0.2

35、8.5248) 0.1 (2257032 106.4/11841exp-1.27 X由计算知 a几at=106.4m2 /m3式中:Ul=L0.785D211453022530.785 2.4952234373.96Ckg/(m h)V -气体、液体的黏度,kg/(m h)1 Pa s 3600kg /(m h)V、 L气体、液体的密度，kg/m3Dl、Dv 溶质在气体、液体中的扩散系数，m2/h3R 通用气体常数，8.314(m kPa)/(kmol K)T 系统温度，Kat 填料的总比表面积，m2/m3aw 填料的润湿比表面积，m2 /m3g重力加速度，1.27X 108m/hL 液体的表

36、面张力，kg/h2(1dyn/cm 12960kg/h2)c-填料材质的临界表面张力,2 2kg/h (1dyn/cm 12960kg/h )-填料形状系数上述修正的恩田公式只适用于u 0.5uF的情况，由计算得知 u 0.5u f气膜吸收系数计算:kG0.70.237一vDvt DvRT气体质量通量为U V125026 f20.20822.40.785 2.495217947.459 一24620.149kg/(m h)U V211.0422241810.473kg/(m2 h)0.785 2.49524620.1490.7kG1 02370.015 10 33600 106.40.015

37、10 3 360012.83 1.68 10 63600106.4 1.688.31410 6 3600303=0.237 108.235 0.886 2.55 10-4=5.795 10-3kG2 0.2371810.47330.015 10 3 3600 106.40.015 10 3360012.83 1.68 10 6 3600106.4 1.68 10 6 36008.314 308=0.23756.0940.886 2.51 10-4=2.95610-3kG均4.376 10 3液膜吸收系数计算：kL液体质量通量为Ul2 3234373.960kL0.0095106.48.5248

38、=0.0095 40.5690.2418 0.00951145302253=0.90450.785 2.49521184 4.212 10 6Ul23LLDL1 3Lg234373.960kg /(m2 h)8.524881 38.5248 1.27 101184kGa kGaW 1.1 = 4.376 W3X 106.4X 1.451.1 = 0.7007&a &aW 0.4 = 0.9045X 106.4X 1.450.4 = 111.660uUf0.10.14469.44%50%故修正：u9.5Uf1.40.10.1441.4kt a10.5kGa19.50.50.6771.32662.

39、6 Uf2.20.10.1442.2kL a10.5kLa12.60.5108.88116.594111KyaPtOaa a wKGakGa HkLaH=1184/(102.09 (X6204 30+39.594) W1.3=1.29 X-3kmol/(kPa m3)(稀溶液)EMsKGa0.1351G 1 131.3271.29 10-116.594计算准备：(1) 两相摩尔流率与质量流率的转换121M 底惰28M顶惰2.5 2 47.228 22.328 3.462 65.5328 30.5122.5 47.222.33.4665.5330.51气相平均分子量为：44 y 1 y M惰M惰

40、1 10.96 10.8710.922气相平均分子量为：33.085y+10.915Vg=(33.085Y+10.915)GLg 102.09L (稀溶液)(2) CO2在气相和液相中的扩散系数 气相：分两步进行，定性温度取 32.5 C首先计算CO2在各组分中的扩散系数，然后再计算其在混合气体中的扩散系数。计 算公式如下：DCO2 i4.36 10 5T1.501/ 21 1DC02-co =1/ 3PtVa1/ 3Vb4.36 10-5(32.5+273)1.5 , (1/44+1/28)(341/3+30.71/3)21600=8.67 10-7m2/SDCO2-H2 =4.36 10-

41、5(32.5+273)1.5( (1/44+1/2)(341/3+14.31/3)21600=3.28 10-6m2/SDdO2-N=4.36 10-5(32.5+273)1.50 . (1/44+1/28)(341/3+31.21/3)21600=8.62 10-7m2/SDg1yCO2=yi / DCO2 i(1-0.005 )7/( 0.0346/8.67 X 10 +0.6553/3.2810-6+0.3051/8.62 X 10-7） =1.676 X 10-6mi/s液相：文献介绍了 C02在PC中扩散系数两个计算公式，定性温度取35rDCO2 pc 9.0123069 10 8

42、=1.17X 10-5 cm 2/s(TK; mPa s； Dcm2/s)LDco2 pc7.78 10 8 =1.01 X 10-5 cm 2/s(T K; g mPa - s； Dcm2/s)L取大值 Dco2 pc 1.17 10-5cm2/s（3）气液两相的粘度（纯组分的粘度）0GiGi273.15UG-CO2=1.34X 10-2(305.5/273.15).935=0.015mPa- s同理：ug-co=0.018 mPa - sug-h2=0.0093 mPa sug-n2=0.018 mPa s0Gi为 0c、G / mPa smGj /mPa smCO21.34 X 10-2

43、0.935H20.84X 10-20.771CO1.66 X 10-20.758N21.66X 10-20.756常压下纯气体组分的粘度,mPas o m为关联指数（见下表）1GG顶 G底2气相:yi Gi Mi 0.50.5yi m i（气体混合物的粘度）=(0.28 X 0.015 X 440.5+0.025 X 0.018 X 280.5+0.472 X 0.0092 X 20.5+0.223 X 0.0180.50.50.50.50.5、X 28 )/(0.28 X 44+0.025 X 28 +0.472 X 2 +0.223 X 28 )=0.0150 mPa s液相：log l1

44、85.5c0.822mPa sT 153.1=2.368 mPa- sL =2.368 mPa s=8.524kg/(m s)(4) 吸收液与填料的表面张力吸收液：43.16 0.116t=39.1 mPa - s填料：查教材，如聚乙烯塑料 c 33 mPa - s4. 气相总传质单元数凶作C02在PC中的相平衡曲线igxig p644.254.112pPty将计算结果列表如下:气相C02的组成y （摩尔分率）0.0050.0500.1000.2000.280气相CO 2的分压p ( kgf/cm2)0.08160.8161.6323.2634.57030 C对应的液相平衡组成x0.00080

45、.00840.01690.03370.047235 C对应的液相平衡组成x0.00080.00780.01560.03110.043640 C对应的液相平衡组成x0.00070.00720.01440.02880.0404CO在PC中的溶解情况满足亨因温度变化不大，故取平均温度下的数值作图得一直线，这说明 利定律。但因操作关系不为直线，故仍需采用图解积分或数值积分。5气相总传质单元数 H采用传质单元数的近似简化法计算图中数据源于下表数据，y、x数据由操作线方程（1）计算而得。y*由y*=6.4283x-0.0002计算而 得。yi dyy2 y yy12 f24 f10.28 0.005 65

46、4.8 6.722 32.28 16.55 11.12 8.38yx 10-20.53.256.08.7511.5014.2517.0019.7522.5025.2528.00xx 10-20.0570.2550.4540.6530.8521.0511.2491.4481.6471.8452.043y* X10-20.3471.6242.9024.1795.4566.7328.0109.28810.5611.8413.121654.261.5032.2821.8816.5513.3011.129.5608.6307.4606.720y y65.058.552.045.539.032.526.0

47、19.513.06.50.0现采用Smipson公式求区域的面积一数值积分法（亦可采用图解积分）2 104 61.50 21.88 13.30 9.56 7.461 1 y21, 1 0.005 In - In0.1622 1 y121 0.28Nog 11.49 0.16211.6526.气相总传质单元高度Hog计算Hog :由于对于PC, CO2为易吸收气体，为气膜控制Ky kgkv 中U V 、0.7 , V 、1/ 32kvRTaDv（） ） （ad）t VV DVkvOD（）0.7（卡）1/3（ad）2RT t v v DvaDRT106.4 佃 10 66.9 10 88.314

48、3080.7Uv22577.0270.785 2.4952 36000.7vDvadkVky30.015 10106.41.5 10 512.831.6810 60.886108.0750.0353aDv UvRT t vkv p 16000.7VvDv2.332 10ad 22.332 10 773.7312 10 4Kyakya 3.7312 10 4 106.40.03970H ogVm0.0421kya 3.62 10 4 106.41.0605m填料层的有效传质高度 H Hog Nog =1.0605 11.652=12.356m设计高度 H=1.29 12.356=15.940m六

49、、填料层的压降用Eckert通用关联图计算压降横坐标：1/2LG5.307 （前已算出）VL纵坐标：2UGl 0.2 0.00133gL查图得：pf 30mmH2O/m七：附属设备及主要附件的选型1.塔壁厚操作压力为1.6Mpa壁厚:pDi2 pC21.1 1.6 26002 133 0.85 1.1 1.621.39圆整后取22mm选用22R钢板2.液体分布器液体分布器是保持任一横截面上保证气液均匀分布。本次使用分布较好的槽盘式分布器。它具有集液、分液和分气三个功能，结构紧凑，操作弹性高，应用广泛。3除沫器除沫器用于分离塔顶端中所夹带的液滴，以降低有价值的产品损失，改善塔后动力设备的操作。此

50、次 设计采用网丝除沫器。除沫器直径d0.1071184 12.8312.831.02m/s4V14 948.593600 u36001.020.574m4.液体再分布器液体向下流动时，有偏向塔壁流动现象，造成塔中心的填料不被润湿，故使用液体再分布器，对鲍尔 环而言，不超过 6m。故在填料3m处装一个再分布器。本次使用截锥式再分布器。5填料支撑板填料织成板是用来支撑填料的重量，本次设计使用最为常用的栅板。本次塔径为26001400mm，使用四块栅板叠加，直径为850mm6.塔的顶部空间高度塔的顶部空间高度指顶第一层塔盘到塔顶封头的切线距离。为减少雾沫夹带的液体量，一般取1.21.5m，本次设计取

51、 1.2m八设计概要表入塔混合气体的质量流量 V22577.1kg/h塔底吸收液的质量流量 L1145302.253kg/h入塔混合气的密度p12.83Kg/m3吸收液的粘度2.368mPa s填料因子120m-1空隙率0.9比表面积106.4m2/m3Bain-Hougen关联式常数A0.0942Bain-Hougen关联式常数K1.75uf0.144m/su0.1m/s塔径2500mm喷淋密度L121.124m3/m2h塔截面积A4.906m2溶剂的摩尔流率L0.6276kmol/(m 2 s)惰气的摩尔流率G0.0455kmol/(m 2 s)C02在PC中扩散系数1.17 X 10-5

52、cm %气液两相的粘度0.015mPa s吸收液与填料的表面张力39.1 mPa s聚乙烯塑料的表面张力33.0 mPa s气相总传质单元数Nog11.65气相总传质单兀咼度Hog1.0605m设计高度H15.94m填料层的压降30mm2O/m塔体壁厚22mm除沫器气速1.02m/s除沫器直径0.574m填料支撑板850mm顶部空间高度1.2m九对本设计评价该实验荣阔了填料塔的各种公式，让同学在设计实验的同时回忆并加深了对公式以 及其他内容的记忆。该设计符合市场要求，能有效的投入生产并产生经济效益，为同学 们进入社会增加了经验。做好该设计，必须大量查询填料塔的资料，并对其有较深的理 解。参考文献I. 化工原理课程设计（天大教材）2化学工程手册（第三版，上）3. 现代填料塔技术指南 王树楹 中国石化出版社出版。4. 大学工程制图 钱自强 林大钧 蔡祥兴 东华理工大学出版社5. 填料塔唐盛伟北京化学工业出版社6. 常用化工单元设备的设计上海华东理工大学出版社7 化工设备机械基础（第二版）华东理工出版社一一塔设备的机械设计8 化工原理课程设计（第二版）大连理工大学出版社 塔设备的设计9 化工过程及设备设计华南理工大学化学工业出版社一一填料吸收塔装置的设计10. 化工原理（下册） 夏清 陈常贵 主编天津大学出版社II. 化工原理 陈敏恒 丛德滋 方图南 齐鸣斋 化学工业出版社