碳酸丙烯酯PC脱碳填料塔地实用工艺设计

1、化工原理课程设计指导教师：学生姓名：班级学号：201年月一、化工原理课程设计目的、任务1. 培养学生查阅资料选用公式和搜索数据的能力2. 培养学生在填料吸收塔、精馏塔设计时，既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑 经济上的合理性并注意操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想。3. 培养学生能迅速准确的对填料塔进行工艺设计计算的能力4. 培养学生能用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力二、设计任务碳酸丙烯脂（PC）脱出CO2气体填料吸收塔设计三、设计条件1、 混合气（变换气）处理量：45000Nm 3/h2、 进塔混合气体成分：原始数据表（均为体积 ，下同）3、进塔吸收剂（碳酸丙烯酯 PC

2、）入塔浓度，自定；4、 气液两相的入塔均选定为：30 C5、出塔净化气中 CO2浓度V 0.6%6、操作压力：1.6MPa原始数据表进塔混合气体成分/体积%混合气处理量（Nm 3/h）CO 2 30, CO 1.3, H 2 46.2, N 2 22.545000四、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 -1 Pa粘度，mPa s分子量20430 C38 C20 C50 C102.090.10.242.761.62温度，（C）015254055p(kg/m 3)122412071198118411692比热计算式Cp 1.39 0.00181 t 10

3、 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EX101.3 -1 kPa81.1381.7101.7103.5120.84. CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解热可近似按下式计算（以 AHCO2表示）AH CO24.59Bj 4.187KJ/kmol, Bi 6765. 其他物性数据可查化工原理附录五、化工原理课程设计主要内容1、工艺及设备设计（1）设计方案和工艺流程的说明（2）填料吸收塔的工艺计算；吸收剂用量求取：最小吸收剂用量，吸收剂用量；操作线方程；填料塔径求取：选择填料，液泛速度，空塔气速，塔径及圆整，最小润湿速度求取

4、及润湿速度的选取，塔径的校正；传质单元高度的求取；传质单元数的求取；填料层高度；单位填料层压降的求取；吸收塔高度计算；液体分布；再分布及分布器的选型；填料吸收塔的工艺流程图；（3）填料吸收塔设备设计填料吸收塔附属结构的选型与设计；全塔高度：包括上、下封头，裙座高度。2、制图包括工艺流程图、设备图。3、编写设计说明书六、化工原理课程设计说明书的要求本课程的设计任务要求学生做设计说明书一份、图纸两张。各部分的具体要求如下：1、设计说明书内容与顺序（1）标题页：用粗体字写明设计题目；（2）设计任务书；（3 ）绪论：设计任务的意义、设计结果简述；（4 ）装置流程图及其说明；（5）装置的工艺计算：物料余

5、热量衡算，主要设备尺寸计算；（6 ）主要设备的材料选择；（7）结束语：对本设计的总结、收获、改进和建议等；（8）文献一览。说明书必须书写工整、图文清晰。所有公式必须写明编号，符号必须注明意义和单位。2、设计图纸要求：（1）流程图本设计要求画“生产装置工艺流程图”一张，图纸大小为A3。本图应表示出装置或单元设备中所有的设备和机器，以线条和箭头表示物料流向，并以引线表示物料的流量、温度和组成等。设备以细实线画出外形并简略表示内部结构特征，大致表明各设备的相对位置。设备的位号、名称注在相应设备图形的上方或下方，或以引线引出设备编号， 在专栏中注明个设备的位号、名称等。管道以粗实线表示，物料流向以箭头

6、表示（流向习惯为从左向右）。辅助物料（如冷却水、加热蒸汽等）的管线以较细的线条表示。（2）设备图本设计要求画主要设备详图一张，图纸大小为A2。表示其结构形式、尺寸（表示设备特性的尺寸，如圆筒形设备的直径等）、技术特性等。设备图基本内容有： 视图：一般用主（正）视图、剖面图或俯视图表示主要设备结构形状； 尺寸：图上应注明设备直径、高度以及表示设备总体大小和规格的尺寸； 技术特性表：列出设备操作压力、温度、物料名称、设备特性等； 标题栏：说明设备名称、图号、比例、设计单位、设计人、审校人等。图纸要求：投影正确、布置合理、线型规范、字迹工整。一、化工原理课程设计目的、任务1. 培养学生查阅资料选用公

7、式和搜索数据的能力2. 培养学生在填料吸收塔、精馏塔设计时，既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性并注意操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想。3. 培养学生能迅速准确的对填料塔进行工艺设计计算的能力4. 培养学生能用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力二、设计任务碳酸丙烯脂（PC）脱出CO2气体填料吸收塔设计三、设计条件1、混合气（变换气）处理量： 45000 Nm3/h2、 进塔混合气体成分：原始数据表（均为体积，下同）3、进塔吸收剂（碳酸丙烯酯 PC）入塔浓度，自定；4、气液两相的入塔均选定为：30 C5、出塔净化气中 CO2浓度v 0.6%6、操作压力：1.6MP

8、a原始数据表进塔混合气体成分/体积%混合气处理量(Nm 3/h)CO2 30, CO 1.3, H 2 46.2, N 222.545000四、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 -1 Pa粘度，mPa s分子量20430 C38 C20 C50 C102.00.10.242.761.629温度，(C)015254055p(kg/m 3)122412071198118411692比热计算式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EX101.

9、3-1 kPa81.1381.7101.7103.5120.84. CO2在碳酸丙烯酯(PC)中的溶解热 可近似按下式计算(以 AHcq2表示)AH CO24.59Bj 4.187KJ/kmol, Bi 6765. 其他物性数据可查化工原理附录五、化工原理课程设计主要内容1、工艺及设备设计(1) 设计方案和工艺流程的说明(2) 填料吸收塔的工艺计算；吸收剂用量求取：最小吸收剂用量，吸收剂用量；操作线方程；填料塔径求取：选择填料，液泛速度，空塔气速，塔径及圆整，最小润湿速 度求取及润湿速度的选取，塔径的校正；传质单元高度的求取；传质单元数的求取；填料层高度；单位填料层压降的求取；吸收塔高度计算；

10、液体分布；再分布及分布器的选型；填料吸收塔的工艺流程图；（3）填料吸收塔设备设计填料吸收塔附属结构的选型与设计；全塔高度：包括上、下封头，裙座高度。2、制图包括工艺流程图、设备图。3、编写设计说明书六、化工原理课程设计说明书的要求本课程的设计任务要求学生做设计说明书一份、图纸两张。各部分的具体要 求如下：1、设计说明书内容与顺序（1）标题页：用粗体字写明设计题目；（2）设计任务书；（3 ）绪论：设计任务的意义、设计结果简述；（4 ）装置流程图及其说明；（5）装置的工艺计算：物料余热量衡算，主要设备尺寸计算；（6 ）主要设备的材料选择；（7）结束语：对本设计的总结、收获、改进和建议等；（8）文献

11、一览。说明书必须书写工整、图文清晰。所有公式必须写明编号，符号必须注明意 义和单位。2、设计图纸要求：（1）流程图本设计要求画“生产装置工艺流程图”一张，图纸大小为 A3。本图应表示 出装置或单元设备中所有的设备和机器， 以线条和箭头表示物料流向，并以引线 表示物料的流量、温度和组成等。设备以细实线画出外形并简略表示内部结构特征， 大致表明各设备的相对位 置。设备的位号、名称注在相应设备图形的上方或下方，或以引线引出设备编号， 在专栏中注明个设备的位号、名称等。管道以粗实线表示，物料流向以箭头表示（流向习惯为从左向右）。辅助物料（如冷却水、加热蒸汽等）的管线以较细的线条表示。（2）设备图本设计

12、要求画主要设备详图一张，图纸大小为 A2。表示其结构形式、尺寸 （表示设备特性的尺寸，如圆筒形设备的直径等）、技术特性等。设备图基本内容有： 视图：一般用主（正）视图、剖面图或俯视图表示主要设备结构形状； 尺寸：图上应注明设备直径、高度以及表示设备总体大小和规格的尺寸； 技术特性表：列出设备操作压力、温度、物料名称、设备特性等； 标题栏：说明设备名称、图号、比例、设计单位、设计人、审校人等。 图纸要求：投影正确、布置合理、线型规范、字迹工整。目录一、设计依据：1二、 基础数据21. C0 2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度 22. PC密度与温度的关系 43. PC蒸汽压的影响54. PC的粘度

13、55. 工艺流程确定 5三、物料衡算51. 各组分在PC中的溶解量 52. 雾沫夹带量Nm3/m3PC 73. 溶液带出的气量 Nm3/m3PC64. 出脱碳塔进化气量：75. 计算PC循环量：86. 验算吸收液中C02残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中C02的含量77. 出塔气体的组成：98. 计算数据总表7四、 热量恒算11.1. 混合气体的定压比热容 Cpv 1.1.2. 液体的比热容CpL .12.3. CO2 的溶解热 Qs.13.4. 出塔溶液的温度Tl1 1.3.5. 最终的衡算结果汇总1.4.五、设备的工艺与结构尺寸的设计计算 16.1 求取塔径1.7.2. 核算操作气

14、速 1.7.3. 核算径比.17.4. 校核喷淋密度 1.7.六、 填料层高度的计算 错误!未定义书签。七、填料层的压降23.八、附属设备及主要附件的选型 23.九、设计概要表 25.十、设计评价及总结 26.参考文献2.6.一、设计依据：无论是以固体原料或以烃类原料制氨， 经CO变换后得粗原料气中均含有一 定数量的C02;某些用于制取合成氨原料气的含烃气体 （如天然气焦炉气等）本 身就含有较多的C02为了将原料气加工成纯净的 H2和N2,必须将这些C02从 粗原料气中除去。此外，C02还是生产尿素，纯碱，碳铵等产品的原料，而且还可以 将其加工成干冰用于其他部门。因此，从粗原料气中分离并回C0

15、2收尤为重要。工业上把脱除的过程称为“脱碳”。目前工业脱碳的方法很多，其中碳酸丙烯酯（PC）脱碳在中小合成氨厂被广泛采用，现针对碳丙脱碳塔进行物热衡算， 为碳丙脱碳塔的工艺结构设计作准备。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 C02。、基础数据依题意，变换气处理量：V = 45000 Nm 3/h变换气组成及分压如下表所示：进塔变换气CO2COH2N2合计体积百分数,%301.346.222.5100组分分压，MPa0.4800.0210.7390.360

16、1.600组分分压，kgf/cm 24.8980.2147.5503.67016.331. CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度温度t ,C）2526.737.84050亨利系数EX101.3-1 kPa81.1381.7101.7103.5120.8因为高浓度气体吸收，故吸收塔内CO2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 40 C下，CO2在 PC 中的亨利系数 E40=103.5 X101.3 kPa=1

17、0485 kPa 出塔溶液中CO2的浓度（假设其满足亨利定律）x 0.7x10.7 p/E 0.7 480/104850.7 0.04580.0320 （摩尔分数） 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35 C 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：E351.6319 35 39.074101.3kPa9744kPaCO2在PC中溶解的相平衡关系，即：,、，,644.25 ，一Clog X co2 log pg t4.112式中：Xco2 为摩尔比，kmolCO 2/kmolPC ; pco2 为 CO2 的分压，kgf/cm 2； T 为热力学

18、温度，K。用上述关联式计算出塔溶液中CO2的浓度有644 25logXc。log 4.8984.1121.3652 313.1533XCO2 0.0432kmolCO 2/kmolPC 11.223Nm /m PCXCOM 0.7x10.70.02901 Xco2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X10.0290 （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/m 3）温度，C）015254055(kg/m 3)12241207119811841169

19、3. PC蒸汽压的影响CO 2的气相分压相比K)根据变换气组成及分压可知，PC蒸汽压与操作总压及 均很小，故可忽略。4. PC的粘度185 5log 0.822mPa s (T为热力学温度，T 153.15. 工艺流程确定本次吸收采用逆流吸收的方法。三、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40 C下在PC中的溶解度数据, 并取其相对吸收饱和度均为70%。CO2溶解量的计算如下：通过第一部分已知CO2在40 C的平衡溶解度Xco2 0.0432kmolCO 2/kmolPC0 0432 22 4XCO 0.0432kmolCO 2/kmolPC11.2

20、2 Nm 3/m 3PC2102.09/1184式中：1184为PC在40 C时的密度，102.09为PC的相对摩尔质量CO2 的溶解量为(11.22-0.15 )X0.7=7.749 Nm 3/m 3PC其余计算结果如下表所示：组分CO2COH2N2合计组分分压，MPa0.4800.0210.7390.3601.60溶解度，Nm3/m3PC11.220.0160.2230.22311.682溶解量，Nm3/m3PC7.7490.0110.1560.1568.071溶解气所占的百分数%96.010.141.921.92100.00说明：进塔吸收液中CO2的残值取0.15 Nm 3/m 3PC，

21、故计算溶解量时应将 其扣除。其他组分溶解度本就微小，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：Mm1 44 0.3 28 0.013 2 0.462 28 0.22520.788kg/kmol溶解气体的平均分子量:Ms 44 0.960128 0.00142 0.019228 0.019242.730kg/kmol2. 雾沫夹带量Nm3/m3PC以0.2 Nm 3/m 3PC计，各组分被夹带的量如下：CO2：0.2 X0.30=0.060 Nm 3/m 3PCCO:0.2 X0.013=0.0026 Nm3/m 3PCH2：0.2 X0.462=0.0924 Nm3/m3PCN

22、 2 :0.2 X0.225=0.0450 Nm3/m 3PC3. 溶液带出的气量Nm3/m3PC各组分溶解量：CO2：7.749 Nm3/m 3PC96.01%CO:0.011 Nm3/m 3PC0.14%H2：0.156 Nm3/m 3PC1.92%N 2 :0.156Nm3/m 3PC1.93%8.071 Nm 3/m 3PC100%夹带量与溶解量之和:CO2: 0.060+7.749=7.805Nm3/m 3PC94.40%CO: 0.0026+0.011=0.0136 Nm3/m3PC0.16%H2： 0.0924+0.156=0.2484Nm3/m 3PC3.23%N2: 0.04

23、50+0.156=0.201 Nm3/m 3PC2.60%8.268 Nm3/m 3PC100%4.出脱碳塔进化气量:以V 72、V分别代表进塔、出塔及溶液带出的总气量，以 yi、y2、y3分别 代表CO2相应的体积分率，对CO2作物料衡算有：Vi =45000 Nm 3/ hU V2 V3Viyi V2 y2 V3y3联立两式解之得V3=V 1(y1-y2)/(y 3-y2)=45000(0.3 0.006)/(0.9440 0.006)=14104.48Nm3/hV2 = Vi - V3 =30895.52 Nm 3/ h 5.计算PC循环量:因每1 m3PC带出CO2为7.805 Nm

24、3，故有：L=V 3y3/7.805=14104.48 X0.9440/7.805=1705.91m3/h操作的气液比为 Vi/L=45000/1705.91=26.3796. 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/cm 2,则塔顶压强为16.33-0.3=16.03 kgf/cm 2此时CO2的分压为pco216.03 0.006 0.09618 kgf/cm 2，与此分压呈平衡的CO2液相浓度为：log Xco2,644.25 clog Pco2T4.112logXg644.25log0.096184.1123.004303.

25、15Xco20.0009908kmolC02/kmolPC0.0009908 22.4102.09/11930.259Nm3CO2/m3PC 0.15Nm3CO2/m3PC式中：1193为吸收液在塔顶30 C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C02的浓度不超过0.5%，那入塔吸收液中C02 的极限浓度不可超过0.259 Nm 3/m 3PC，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。7. 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。CO2：45000X0.3-7.805 X1705.9仁92.926Nm3/h0

26、.60%CO:45000XX1705.91=561.80Nm3/h1.82%H2：45000Xl705.91=20366.25Nm3/h65.92%N 2 :45000Xl705.91=9782.11Nm3/h31.66%30895.53Nm3/h100%8.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/h4500030895.5214104.48气液比26.379入塔气体平均分子量20.788溶解气体平均分子量42.73PC中的溶解量（溶解气量及其组成）40 C组分CO2COH2N2总量溶解度，Nm 3/m 3PC11.2

27、20.020.220.2210.90溶解量，Nm 3/m 3PC7.7490.0110.1560.1568.071溶解体积流量Nm3/h13219.09718.765266.122266.12213770.106溶解气所占的百分数%96.010.141.921.92100.00出塔液相带出气量及其组成40 C溶解量，Nm3/m3PC7.8050.01360.24840.2018.268体积流量Nm3/h13314.62823.200423.748342.88814104.464溶解气所占的百分数%94.400.163.002.43100.00入塔气相及其组成30 C体积流量Nm3/h13500

28、585207901012545000溶解气所占的百分数%30.001.3046.2022.50100.00出塔气相的组成35 C体积流量Nm3/h185.37561.8020366.259782.1130895.53溶解气所占的百分数%0.501.8265.9231.66100.00入塔液相及其组成30 C体积流量Nm3/h149.00149溶解气所占的百分数%100.00100四、热量恒算在物料衡算中曾假设出塔溶液的温度为 40 C,现通过热量衡算对出塔溶液 的温度进行校核，看其是否在 40 C之内。否则，应加大溶剂循环量以维持出塔 溶液的温度不超过40 C。具体计算步骤如下：1. 混合气体

29、的定压比热容CpV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 bT CiT2 diT3，其温度系数如下表:系数abcdCp1 (30 C)Cp2 (32 C)C4.721.754 X-1.338 X4.097 X8.929/37.38.951/37.4O2810-210-510-988C7.37-0.307 X6.662 X-3.037 X6.969/29.16.97/29.18O310-210-610-986.482.215 X-3.298 X1.826 X6.902/28.96.904/28.9H2310-310-610-901

30、N7.44-0.324 X6.4 X10-6-2.79 X10-96.968/29.16.968/29.12010-288表中 Cp 的单位为(kcal/kmol °C)/ (kJ/kmol °C)进出塔气体的比热容C pviCpi yi37.38 0.3 29.18 0.013 28.90 0.462 29.18 0.225 31.51kJ/kmol CCpv2 = XCpiy i=37.48 X0.0060+29.18 X0.0182+28.90 X0.6592+29.18 X0.3166=29.05KJ/Kmol C2. 液体的比热容CpL溶解气体占溶液的质量分率可这

31、样计算:8.07122.442.73质量分率为0.013 1.3%1184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 t 101.39 0.00181 40 101.444kJ/kg CCpL2 1.39 0.00181 t 101.39 0.00181 30 10 1.426kJ/kg C文献查得 CpL 0.3499 0.0009863t kJ/kg据此算得：CpL1 0.3894 kJ/kg C；CpL2 0.3795 kJ/kg C本设计采用后者。3. CO2的溶解热QsHco24.5

32、9 676 4.18712992 kJ/kmolCO 2CO2在PC中的溶解量为7.749 X1705.9 仁13219.097Nm3/h=590.138kmol/h故 Qs=12992 X590.138=7667076.26kJ/h4. 出塔溶液的温度T_1设出塔气体温度为35 C,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 ） 现均按文献值作热量衡算，即取 CpL1 0.3894 kJ/kg C；CpL2 0.3795 kJ/kg CQv1=VQpv1（Tv1 To）=45OOO X31.51 X30/22.4=1899040.179k

33、J/hQl2=L2Cpl2（Tl2 T0）=1705.91 X1193 X0.3795 X30=23170189.92kJ/hQv2=V 2Cpv2（Tv2 T0）=30895.52 X29.05 X35/22.4=1402366.96J/hQl1=LQpl1（Tl1 T0）=2061405.319 X0.3894 XTl1=8022711.231 T L1 kJ/h式中：Li=1705.91 X1193+(14104.464-0.2X1705.91) X42.730/22.4=2061405.319kg/h1899040.179+231170189.92+7667076.26=1402366

34、.96+802711.23 1Tl1Tl1=39.04 C与理论值比较后，取 Tl1=39.5 C5. 最终的衡算结果汇总V2=30895.53Nm3/hCO2COH2N2185.37561.8020366.259782.11Nm3/h0.601.8265.9231.66%Qv2=1402366.96kJ/h入塔液相及其组成（30C）L2=1705.91m3/hCO2COP H2N2 1149-Nm3/h-%Ql2=23170189.92kJ/h/1 入塔气相及其组成（30C）出塔液相带出气量及其组成（40C）V1=45000Nm3/hL1=2061405.319kg/hCO2COH2N245

35、000CO2COH2N214104135005852079010125Nm3/h13314.62823.2423.748342.888Nm3/h30.01.346.222.5%94.400.163.002.43%QV1=1899040.179kJ/h2溶解气量及其组成（40 C）L1=2061405.319kg/hCO2COH2N213770.10613219.09718.765266.122266.122Nm3/h96.010.141.921.92%Qs=7667076.26kJ/h五、设备的工艺与结构尺寸的设计计算计算公式：D 普 u 0.50.8uf塔底气液负荷大，依塔底气液负荷条件求取

36、塔径。采用Eckert通用关联图法求取泛点气速 ® ,并确定操作气速。入塔混合气体的质量流量:V' =(45000 十22.4) X20.788=41761.607kg/h注：20.788为入塔混合气体的平均分子量，10.967为出塔混合气体的平均分子Mm1 44 0.3 28 0.013 2 0.462 28 0.22520.788kg/kmolMm2 = 440.006+280.0182+20.6592+280.3166=10.967kg/kmol塔底吸收液的质量流量：L' =2061405.319kg/h入塔混合气的密度（未考虑压缩因子）V pM m1 / RT

37、 1.6 10620.788 / 8314 303.1512.197kg/m 3吸收液的密度 l 1184kg/m 3 (40 °C)吸收液的粘度，依下式计算得到:log l 0.8220.822侶5T 153.1308.15 153.10.374l 2.368mPa s （平均温度35 C时的值）选Dg50mm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。选用Bain-Hougen关联式求解uflg2UfgV 0.2LL1/41/8VLlguF 106.498

38、1 0.9313.19711840 22.3680.0942 1.752061405.31941761.30813.1971/81184uF0.120m/s取 uF 0.14m/s则u的取值范围0.070.11m/s根据设计u=0.1m/s1 求取塔径Vs=45000 X(0.1013/1.6) x(303.15/273.15)=3161.974m3/h=0.878m 3/sD=(4 X0.878/ (3.14 X0.1) °5=3.344m本次设计取D=3350mm2. 核算操作气速u=4Vs/(3.14 XD2)=4 X0.878/(3.14 X3.35 2)=0.0997m/s

39、则操作气体速度取u=0.10m/s合适3. 核算径比D/d=3350/50=67>1015(满足鲍尔环的径比要求)4. 校核喷淋密度采用聚丙烯填料表面L 喷，min= ( MWR ) at =0.08 X106.4=8.512m 3/(m 2.h)L 喷=2061405.882 3.352196.04 8.512m3 / (m2 ?h)(满足要求)1193/4六、填料层高度的计算塔截面积 G=0.785D 2=8.810 m2因其他气体的溶解度很小，故将其他气体看作是惰气并视作为恒定不变, 么，惰气的摩尔流率GG' =45000(1-0.3)/(22.4X3600 xf)=0.0

40、443kmol/(m 2 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' =1707.91 X1193/(102.09 X3600 X8.81)=0.6285kmol/(m2 s)y20.006， x20.15/22.40.15/22.4 1193/102.090.000573吸收塔物料衡算的操作线方程为y21 y21x2将上述已知数据代入操作线方程，整理得Y 14.1874X0.002051选用填料层高度表达式H=V / (Kya 尸1. 采用数值积分法求解，步骤如下：将气相浓度y 0.006 0.30在其操作范围内10等分，其等份间距为0.0294，并将各

41、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=(1+Y)G 'L =(1+X)L '(2)将计算结果列入附表中的3、4列。3. 计算的传质系数2 2aWC0.75/Ul 0.1/U Lat0.05/ U L x 0.2一 1 exp 1.45() (-)(2)( L )=1 expatLat LLgL Lat-1.45(33/39.1) °75 (233933.7/106.48.5248) 0'(225703 2 106.4/1184 2 1.27X10 8)-0.05(225703 2/118

42、4 X39.1 X106.4)°2 1由计算知aw几at=106.4 m2 /m3式中:Ul=L'0.785D22061405.31920.785 3.35233933.7 kg/(m 2 . h)v -气体、液体的黏度,kg /(m h)1Pa 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/hR通用气体常数，8.314(m3 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，1.27 X108m/hkG均l 液体的表面张力，k

43、g/h2(1dyn/cm 12960kg/h2)c 填料材质的临界表面张力，kg/h2(1dy n/cm 12960kg/h2)-填料形状系数上述修正的恩田公式只适用于气膜吸收系数计算:气体质量通量为kGUv10.2374740.430.01510 3 3600106.4=0.237110.040.8792.55=5.8610-31728.77U. 23/0.01510 3 3600106.4=0.23754.310.8972.51=2.8410-3,4.3510 30.710-410-4UV2kG1液膜吸收系数计算:液体质量通量为u 0.5uf的情况，由计算得知u 0.5u f0.70.23

44、7t VVvDvt DvRT45000 0.78822.40.785 3.35230895.53 10.96722.4 丁 1728.77kg/(m2 h)0.785 3.3524740.43kg / (m2 h)0.70.015 10 3 360013.20 1.68 10 6 36000.015 10 3 360013.201.68 10 63600106.4 1.68 10 636008.314 303106.4 1.68 10 68.314 3083600kL 0.0095UllDlUl2061405.31920.785 3.351 3Lg2233933.7kg/(m h)kL0.00

45、952339448.5248128.5248 1.27 108106.4 8.52481184 4.212 101184=0.009540.520.024297.06=0.9041.1 = 4.35 X10-3 X106.4 X1.451.1 = 0.697kGakG 3wkLakLaW0.4 = 0.904X106.4 X1.45°4 = 111.60u0.171.42%50%Uf0.14故修正:u9.5Uf1.40.10.141.4k'Ga10.5kGa19.50.50.6971.4632.6 Uf2.20.10.142.2k'La10.5kLa12.60.511

46、1.60121.40111KyaPt KgaaawKgakGa HkLa=1184/(102.09 X(1.6204 X30+39.594) X101.3=1.29 X10-3 EMskmol /(kPa m3)(稀溶液)Kg30.12211 11.463 1.10 10-3 118.43计算准备:(1)两相摩尔流率与质量流率的转换气相平均分子量为：44y1 y M惰Mn 12MnnMnn1281.3 2 46.2 28 22.528 1.822 65.9228 31.6621.3 46.2 22.51.8265.9231.66110.84 10.7610.802气相平均分子量为：33.2y+

47、10.80Vg=(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:1/251.50114.36 10 TM a mb=(1-0.006 ) / (0.0182/8.67 X10-7+0.6592/3.28DCO2 iDC02-co =4.36 10-5 (32.5+273)1.50 (1/44+1/28)-7 2亦召 2=8.67 10 m/S(341/3+30.71/3)21600DCO2-H2 :

48、/36 10-5(32.5+273匚(1/44+1/2)=3.28 102/s(34 +14.3 )21600DCO2-N2 :4.36 10-5(32.5+273)1.50J(1/44+1/28)7 2祈d=8.62 10-7m2/S(34 +31.2 )21600ptVAVBg1yCO2yi / DCO2 i10-6+0.3166/8.62 X10-7) =1.690 X10-6m2/s液相：文献介绍了 CO2在PC中扩散系数两个计算公式，定性温度取35 CDco2 pc 9.0123069 10 8 =1.17 X10-5 cm 2/s (T K;耳mPa s；LD cm 2/s)Dco2 pc 7.78 10 8 =1.01 X10-5 cm 2/s (T K; g mPa s； D Lcm 2/s)取大值 Dco2 pc 1.17 10-5cm2/s（3 ）气液两相的粘度mGi 君（纯组分的粘度）ug-co2=1.34 X10-2 (305.5/273.15) °935=0.015mPa s同理：ug-co =0