二氧化碳吸收塔设计(可编辑修改word版)

1、GDPU/t.O f ft化工原理课程设计水吸收二氧化碳填料塔设计学院医药化工学院专业精细化工班级姓名学号指导教师概述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.L3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78 .3布液计算

2、78 .吸收塔接管尺寸计算89 .要符号说明89.1 料的特性参数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3800m7h,其中进塔二氧化碳的

3、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，原料气的净化，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。1 .设计题目试

4、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 nf/h,其中含二氧化碳为7% （体积分数），混合气体 的进料温度为25C。要求：二氧化碳的回收率达到95% o2 .操作条件（1）操作压力：常压（2）操作温度：20（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CCh不作为产品，故采用纯溶剂。4.2 装置流程的确定用水吸收CCh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

5、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,常压5 .填料吸收塔的工艺尺寸的计算5.1 氧出物性数据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 rl= lxlO? 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= 1.77x 10

6、-9m2/s=6.372x 106m2/h5.1.2 3相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mvm=ZyiMi=0.07x44+0.93x29=30.05、PMvm 101.3x30.05?混合气体的平均密度为pvn)=s ；14x?9S = 1.23kg/m混合气体粘度近似取空气粘度，手册2OC空气粘度为pv= 1.81x10-5Pas=O.O65kg/(m,h)查手册得CO?在空气中的扩散系数为Dv= 1.8x10-5m2/s=0.044m2/h5.1.3 或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mqy_=i421.5X1 V/ L J溶解度

7、系数为 Hq="上 =0.03845kmol/(m 3-kPa)EM、1.44x103x18.025.2 物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=一=萼行= 0.075 回收率为95% If 1 - 0.07出塔气相摩尔比为 Y2= Yi (1-n) =0.075x(1-0.95)=0.00375进塔情性气相流量为v=_ X (1 - 0.07) =36.13kmol/h 22.4 298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 3% ( ) = 77 min y 一X? m对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0L Yi-Y2 0.075 -0.00375V)m，n

8、 =0.075= 1350.425m1421.5取操作液气比为乙=1.5 LLV (-)unL=1.5V=7S186.28kmol/h(一)、V min因为 V(YrY2)=L(XrX2)v 36.13 x (0.075-0.00375)0s-5所以 X = =3.52 xlO,73186.285.3 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=950xl.23=1180.8kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算即 Wl=73 186.28x 18.02= 1318816.77kg/hEckert 通用关联图横坐标为2(二2" = 1318816 77 x (

9、L23 )Q-5 = 1040.78WV 1180.8998.2因为数值太大，不适宜用氏kert通用关联图计算泛点气速 用贝恩-霍根关联式计算泛点气速：lg|-(l)(l) 02 = A-K(均，性N -其中 A=0.204 K=1.752114.21.23gl - x ( -)x()x19,810.9273998.20.2L g 3 也，工11318816.771.23 1 _=0.204 - 1.75 x (尸()8J1180.8998.2,计算得 uf =0.063m/s取 u=0.7uF=0.7x0.063=0.044m/s-4I 4x950由。=庐"丽=2.76m1 ii

10、3.14 x 0.0441泛点率校核：上(上工68.25% (在允许范围内)u f 0.063液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为(Lw) min=0.08mVm h 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=l 14.2 in2/in3Umin=(Lw)minat=0.08x 114.2=9.136m3/m2- h1318”.77u= 99X.2 y 214.67 > Umm 0.785 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Y： =mXi=1421.5x3.52x10-5=0.05Y ； =mX2=0月兑因系数为 S= - = 1

11、4n-5x36J3 =0.702 L 73186.28+ 0.702=3,796气相总传质单元数:(1 一1 , N =In0G i-s l1-0.7021气相总传质单元高度采川修正的恩田关联式计算：工ixpUM七|邙&I门")“，u”J查常见材质的临界表面张力值表得ac=33dyn/cm=427680kg/h2附表：常见材质的临界表面张力值材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡表面张力，mN /m56617333407520液体质量通量为998.2Jx 1.72x10J214288.44 ? ,( 214288.442xl 14.2214288.442 丫科998.2x94089

12、6x114.2 1)JUL=214288.44kg/(m2-h)目 4t2k36a I /427680 w = l-exp-1.45工 了 19408%w=0.77吸收系数由下式计算：I/ Uv J。" v I hVadDv KG=0.237xll; i 上八一质量通量为5=-?：* 飞189.86 kg/(n? h)U. Zou X Z.oK = 0.237 xf 189.860.065114.2 x 0.044 )gI H4.2 ”。.065 1 ( L23x QQ44 I .8.314x 293 .=5 x 10 kmol/(m3- h- kPaj吸收系数由下式计算：声匕汽Lg

13、'fKi-=00095krvTj i L lJ ifK. =0.00961 214288.44 审 3.6 印13.6 xl.27 xlOs i0.77xll4,2x3.6998.2 x 1.78x10-90°小|l八)I-=l.I89nVh查常见填料的形状系数表得=1.45附表：常见填料塔的形状系数填 料类型球形棒形拉西环弧鞍开孔环w值0. 720. 7511. 191.45KGa = KGaw L, =5xl0-3 x0.77xl 14.2xl.45,J=0.66 kmol/(m3-h kPa)K a =& aw 04= 0.04 x 0.77 xll4.2 xl

14、.4504 LL VV=4.08 kmol/(m3-h kPa)u/uf=66. 17 % >50 %，I ( U 、L4由 K./ = l 1 + 9.51 -0.5 1 KGall 1%) IlK/ = l 1+2.6I ;一0.5)1kJ 1%) I得K g a = 1 + 9.5 x(0.6825 - 0.5)" x 0.66 = L24kmol/(m3 h kPa)得 Kl a = 1 + 2.6 x(0.6825 - 0.5尸x 4.08 =4.18kmol/(m3. h- kPa)Kg a =V-1=0.142 kmol/(m3-h kPa)+ 1.24 0.03

15、845 x4.18Hog= - KYa36.13KGaP 0.142xl01.3x0.785x2.82=0.4m-9Z=HogNog=0.4x 1.5m得 Z'=1.4x 1.5=2. Im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=8 15 hmax<6m 取 &= 8 则 h=8x800=6400mmDD计算得填料层高度为2100mm,故不需分段。6 .填料层压降计算通过散装填料压降曲线查出压降查通用关联图得:AP/Z= 12 Pa/m 填料层压降为P=12x2.l=25.2Pa7 .液体分布器建简要设计7.1 液体分布器的选型由于该吸收塔液相负

16、荷比较大，而气相负荷相对比较低，所以选择用槽式液体分布器。7.2 分布点密度计算按照Eckert建议值，DN 1200时，喷淋点密度为42点/nR因为该塔也想负荷 比较大，设计取喷淋点密度为76点AM。布液点数为N= 0.785 x 28x76 比 472 点按分布点集合均匀与流量均匀的原则，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lOcmo槽高度为20cm,两槽中 心距离为20cmo分布点采用三角形排列。布液点示意图，如图。3.14x472x0.6 2乂981 乂62=0.028nim7.3 布液计算由3耳小21坤您h取 6=0.6, H=200mm4x1318

17、816.77993.2 x 3600设计取do= 28mmo8.:收塔接管尺寸计算一般工程计算时，水管路压力常见为0.0-0.6MPa,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= -131ss16-7 i' = 0 367m.%998.2 x3600取流速为 uL=1.5m/s0.785xD2 水管x 1.5=0.367计算得D水管=0.558m取D水管=0.56m空气的流量为QL=950mVh 取流速为20m/sD空气管=0.129m 取 D空气管=0.14m9500.785xD2空气管x20二上上36009 .要符号说明9料酎填料

18、名 称蜥(直径X高X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/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气服吸收系数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：(1)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。(2)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。(3)对于吸收塔的温度的确定，山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