水吸收二氧化碳填料塔课程设计

1、年级07级专业生物工程设计者姓名设计单位完成日期2009年11 月 15日设计任务书（一） 设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的CO2，混合气体的处理为1500m3/h,其中CO227。要求塔板排放气体中含CO2低于0.6，采用清水进行吸收。（二） 操作条件常压，28（三） 填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选（四） 设计内容1、 吸收塔的物料衡算2、 吸收塔的工艺尺寸计算3、 填料层压降的计算4、 吸收塔接管尺寸的计算5、 绘制吸收塔的结构图6、 对设计过程的评述和有关问题的讨论7、 参考文献8、 附表目录一、概述4二、计算过程41. 操作条件的确定41.1吸收剂的选择.

2、41.2装置流程的确定.441.4操作温度与压力的确定42. 有关的工艺计算52.1基础物性数据52.2物料衡算62.3填料塔的工艺尺寸的计算62.4填料层降压计算11.122.6附属设备 .12三、评价.13四、参考文献.13五、附表14一、 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。二、 设计方案

3、的确定(一) 操作条件的确定11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。12装置流程的确定 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。13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DN聚丙烯塑料阶梯环填料。14操作温度与压力的确定28，常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 21基础物性数据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，301K时水的有关物性数据如下： 密度=/m 粘度=0.836

4、×10-3Pa·s=kg/(m·h)表面张力940896kg/h3 CO2在水中的扩散系数为DL×10-9m2×10-6m2/h气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为Mvm=yiMi××29=混合气体的平均密度vm= 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28空气粘度为V=×10-5Pa·s=/(mh) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 DV=1.8×10-5m2/s=2/h 由手册查得28时CO2在水中的亨利系数E=180kPa 相平衡常数为m= 溶解度系数为H=进塔气相摩尔比为Y1= 出塔气

5、相摩尔比为Y27××10-4 进塔惰性气相流量为V= 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（ 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 （ 取操作液气比为L/V=××V(Y1-Y2)=L(X1-X2)X1=填料塔的工艺尺寸计算塔径计算 采用Eckert通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 WV=1500×1.338=2007kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算 即WL×18.02=/h Eckert通用关联图横坐标为 查埃克特通用关联图得 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得 取F×2.

6、522=/s 由 圆整塔径，取D= 泛点率校核 u=84.18(在允许范围内) 填料规格校核： 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （LW）min=3/m·h 查塑料阶梯环特性数据表得： 型号为DN25的阶梯环的比表面积 at=228m2/m3 Umin=(LW)minat×228=3/m2·h U= 经校核可知，塔径D=600mm不合理 经反复校核仍得不出合理的D值 经综合考虑，取操作液气比为× X1=此时气相质量流量为WV=1500×1.338=2007kg/h此时液相质量流量为WL×18.02=/h Eckert通用关联图横坐标

7、为 查埃克特通用关联图得 改选型号为D38的阶梯环查表（散装填料泛点填料因子平均值）得F×1.228=/s 由 圆整塔径，取D= 泛点率校核 u=84.52(在允许范围内) 填料规格校核： 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （LW）min=3/m·h 查塑料阶梯环特性数据表得： 型号为DN38的阶梯环的比表面积 at=2/m3 Umin=(LW)minat×132.5=3/m2·h U=经以上校核可知，填料塔直径先用D=800mm合理填料层高度计算Y=mX1× Y=mX2=0脱因系数为 S=气相总传质单元数 NOG= = 气相总传质单元高度采

8、用修正的恩田关联式计算 查常见材质的临界表面张力值表得c=33dyn/cm=427680kg/h2 液体质量通量为吸收系数由下式计算 质量通量为= ×××=0.0623kmol/(m3·h·kPa) 吸收系数由下式计算 =/h 查常见填料的形状系数表得u/uF=66.17>50 得 得HOG=Z=HOGNOG×5.223=得Z=1.5×0.434=m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 hmax6m取h/D=8 则h=8×800=6400mm计算得填料层高度为2000mm，故不需分段

9、填料层压降计算散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。计算时，先根据气液负荷及有关物性数据，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。埃克特通用关联图横坐标为=0。468查散装填料压降填料因子平均值表得查通用关联图得：填料层压降为×查此图时，一定要看好，最好用两个直角板找到横坐标和纵坐标的交点，在估计出合理的等压线数值。一般管道为圆形，d为内径，水流速为0.53m/s

10、 常压下气体流速 1030m/s 则气体进口直径 气体出口直径 d2=d1=134mm 喷液进口直径 喷液出口直径 d4=d3=200mm 排液口直径 d5=d3/2=100mm2.6附属设备（1）本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分面器，且填料层不高，可不设液体再分布器。 （2）塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及压板。三、评价 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，由吸收的

11、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。希望老师对我这次的表现认可。四、参考文献1、化学工程手册编辑委员会，化学工程手册气液传质设备2、贾绍义，紫诚敬化工原理课程设计天津大学出版社，20023、刘乃鸿等现代填料塔技术指南天津，中国石化出版社19984、徐崇嗣等塔填料产品及技术手册北京，化学工业出版社19955、姚玉英化工原理，下册天津大学出版社1999五，附表埃克特通用关图填料名称规格（直径×高×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25×