吕律琪水吸收二氧化碳填料塔课程设计报告书

1、. . . . 化工原理课程设计填料吸收塔的设计学 院 环境科学与工程学院_专 业生物工程（环境生物技术方向）年级班别 2009级（1）班_学 号3209007869_学生 吕律琪_指导教师 大雷_ 2012 年 6 月目录第一章 设计方案22.2工艺流程图2第二章填料吸收塔的工艺尺寸的计算321基础物性数据32.1.1液相物性数据32.1.2气相物性数据32.2物料衡算42.2.1 进料的摩尔分数42.2.2 进料流量42.2.3 吸收剂（水）的用量L42.2.4 塔底吸收液浓度X152.2.4 操作线方程52.3塔径的计算52.3.1 采用Eckert通用关联图计算泛点气速52.3.2 操

2、作气速62.3.3 塔径62.3.4 核算气速72.3.5 核算喷淋密度72.4填料层高度的计算72.4.1 传质单元高度HOG的计算72.4.2 传质单元数的计算102.4.3 填料层高度的计算102.5填料层压降计算112.6吸收塔接管尺寸计算112.7附属设备122.7.1 填料支承装置122.7.2 液体喷淋装置122.7.3 塔顶除雾器132.7.4 液体再分布器132.7.5 确定塔高13第三章总结143.1设计中问题的评价：143.2 设计体会14第一章 设计方案本次课程设计的任务是设计填料吸收塔吸收CO2，进料为四组分进料（CO228、CO 2.5%、H2 47.2%、N2 2

3、2.3%）。操作条件为压强1.8MPa，温度30，要求塔板排放气体中含CO2低于0.5，采用清水进行吸收。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。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。填料塔的主要构件：填料、液体分布器、填料支承板、液体再分布器、液体和气体进出管口等。2.2工艺流程图第二章 填料吸收塔的工艺尺寸的计算21基础物性数据2.1.1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，303K时水的有关物性数据如下： 密度=99

4、5.7kg/m3 粘度=0.800710-3Pas表面力=72.610-4Kg/m=72.610-49.81=71.210-3N/m2.1.2气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为M=yiMi=0.28440.02528+0.4722+0.22328=20.208kg/kmol混合气体的平均密度G= 由手册查得30时CO2在水中的亨利系数E=1.88105kPa 相平衡常数为m= CO2在303K时溶解度为1.73g CO2/100gH2O2.2物料衡算2.2.1 进料的摩尔分数液相摩尔分数x2=0 气相摩尔分数 y1=0.28 y2=0.005进塔气相摩尔比为Y1= 出塔气相摩尔比为2.2.

5、2 进料流量混合气体流量 惰性气体流量 混合气体中CO的量2.2.3 吸收剂（水）的用量L 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（由手册查得30时CO2在水中的亨利系数E=1.88105kPa 相平衡常数为m=对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 操作液气比设为 2.2.4 塔底吸收液浓度X1物料衡算式 V(Y1-Y2)=L(X1-X2)查表得 CO2在303K时溶解度为1.73g CO2/100gH2O，水洗饱和度为70% 所以符合要求2.2.4 操作线方程逆流吸收塔的操作线方程式为Y=123.71X+5.025x10-32.3塔径的计算2.3.1 采用Eck

6、ert通用关联图计算泛点气速（1） 有关数据计算 气相质量流量 WG=V0M=243.3020.208=4917.093kg/h 液相质量流量 WL=LMH2O=21713.5818=390844.42kg/h （2）关联图的横坐标值 （3）查埃克特通用关联图得纵坐标其中选用填料为整砌拉西环(38x38x0.8)，在使用埃克特通用关联图中整砌拉西环泛点线时，纵轴中的，要改为 ,查环形填料的特性参数表得 故泛点气速2.3.2 操作气速u=（0.50.85）=0.6uF=0.60.18=0.108m/s2.3.3 塔径 塔径的计算公式为：，由PV=nRT 得 圆整塔径，取D=1.0m。那么，塔径与

7、填料直径的比值满足瓷拉西环要求。2.3.4 核算气速 泛点率校核 u=66.7(在允许围)2.3.5 核算喷淋密度查表得Dg38瓷拉西环的比表面积at=150m2/m3d 4m,须分段Z0=(2.3-3.0)D=3x1=3m须分5段 Z=4x5=20m核算 ,满足要求。2.5填料层压降计算计算时，先根据气液负荷与有关物性数据，求出横坐标值。再根据操作空塔气速U用有关物性数据，求出纵坐标值。通过作图得出交点，读出过交点的等压线数值，即得出每米填料层压降值。用埃克特通用关联图计算压降时，所需填料因子与液体喷淋点密度有关，为了工程计算的方便，常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平均值。埃克特通用关

8、联图横坐标为=9.55由于取值超出了界限，无确读取的值。2.6吸收塔接管尺寸计算一般管道为圆形，d为径，水流速为0.53m/s 气体流速 1030m/s (1)气体进口直径 查热轧无缝钢管（GB8163-87）得，可选用管外径81mm，壁厚4mm则 气体出口直径 d2=d1=81mm 喷液进口直径 查热轧无缝钢管（GB8163-87）得，可选用管外径273mm，壁厚8mm则 喷液出口直径 d4=d3=273mm2.7附属设备2.7.1 填料支承装置 填料支承结构用于支承塔填料与其所持所有的气体和液体的重量的装置。对填料的基本要：有足够的强度以支承填料的重量；提供足够的自由截面以使气液两相流体顺

9、利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。常用的填料支承板有栅板式和气体喷射式。这里选用栅板式支承板，Dg1200。2.7.2 液体喷淋装置选用盘式分布器。D1=(0.6-0.8)D=0.65x1=0.65m厚度s=4-6mm，选用5mm2.7.3 塔顶除雾器选用丝网除雾器，丝网除雾器：分离效率高，阻力小，重量较轻，占用空间小。设计气速,其中K可取0.08-0.11丝盘网的直径 取390mm选用金属丝网，丝网层厚度h=100mm=150mm2.7.4 液体再分布器选用槽型再分布器。D1=(0.7-0.8)D=0.75x1=0.75mh1=D/5=1/5=0.2m厚

10、度s=4mm2.7.5 确定塔高塔高=塔顶空间+安装进气管与填料距离+进气管与塔底液面距离+分布器间隙+填料层+塔底液面空间塔顶空间一般取1.2-1.5m，这里取1.2m安装进气管与填料距离=D=1.0m进气管与塔底液面距离=0.3m分布器间隙=（h0-Z0）(10-1)=(4x1-3)x9=9m填料层=4x5=20m塔底空间=塔高=1.2+1.0+0.3+9+20+20.5=52m第三章 总结3.1设计中问题的评价：1、 根据物料的性质，查阅相关文献，得到最优的塔工艺条件。2、 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1.8MPa压力

11、是为了减少液体的流量。3.2 设计体会本次课程设计是对化学工程的过程设计与设备的选择的一个深层次的锻炼，也是对实际操作的一个加深理解。在设计过程中的主要问题有:（1）未知条件的选取；（2）文献检索的能力；（3）对吸收过程的理解和计算理论的运用；（4）对实际操作过程中设备的选择和条件的最优化；（5）对工艺流程图的理解以与绘制简单的流程图和设备结构；（6）其他问题如，计算的准确度等。在本次设计中也为自己再次重新的学习化工这门学科提供了一个动力，对化工设计过程中所遇到的问题也有了更深的理解。理论和实际的结合也是本次设计的重点，为日后从事相关工作打下了一定的基础。同时，深切的感受到完成一个设计是相当艰巨的一个任务，任何细节的出错都有可能造成实际操