氢氧化钠吸收二氧化碳填料塔设计方案

1、氢氧化钠吸收二氧化碳填料塔设计设计目的通过对气态污染物净化系统的工艺设计， 初步掌握气态污染物净化系统设计 的基本方法。培养学生利用所学理论知识， 综合分析问题和解决实际问题的能力、 绘图能力、以及正确使用设计手册和相关资料的能力。二、设计任务试设计常压填料塔， 采用逆流操作， 以氢氧化钠为吸收剂， 吸收混合气体中 的二氧化碳 。三、设计资料1) 混合气体(空气、二氧化碳)处理量为 G=150kmol/h；2) 气体的平均分子量为 32kg/mol；3) 进塔混合气体含二氧化碳的体积分数为 0.1%，要求降低到 0.05%；4) 操作压力为常压，1atm,即卩101.325kpa；5) 进塔吸

2、收液采用加活性组分NaOH，和二氧化碳发生了快速不可逆的反 应,化学反应式为： CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O 假定氢氧化钠浓度为3CB=0.7kmol/m3;6) 假定吸收操作为等温吸收，温度为 30摄氏度；7) 气液平横关系： H=8kmo/(m3.atm)；8) kGa=30kmol/(m3.atm)； kLa=2 .78*1 0-5s-1;9) 采用的液体流量L=700 kmol/h，液体总分子浓度为Ct=56 kmol/m3,且 假设不变；10) 可认为 DA=.DB四、设计方案的确定(1 ) 吸收工艺流程 采用常规逆流操作流程，流程如下：混合气体进入吸收塔，与吸收剂逆 流

3、接触后混合气体得到净化， 然后排放；吸收丙酮后的水， 取样计算其组分的量， 若符合国家相应的标准，则直接排入地沟，若不符合，待处理之后再排入地沟。五、物料计算1. 进塔混合气体中各组分的量近似取塔平均操作压力为101.3Kpa，故：混合气体量 =150*(273/(273+30)=135.15kmol/h 混合气体中二氧化碳 =135.15*0.001=0.13515kmol/h2 混合气体进出塔组成Y1=0.001/(1-0.001)=0.001Y2=0.0005/(1-0.0005)=0.00053 进塔惰性气体流量V=1 50* (1-0.001)=149.85kmol/h4 气液平衡关

4、系 ：H=8kmol/(atm.m3)=0.079kmol/kpa.m35 对于稀溶液，E和H有近似的关系：E，式中：分子为溶液密度,HMM为溶剂相对分子质量。对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似 纯水的物性数据。6 相平衡关系：m=E/P7 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比：LVXT¥，根据生产经验，取操作液气比(L/V)=1.5(L/V)min。设计资料所给吸收剂的量为 L=700kmol/h，无需计算。8 塔底吸收液的组成依据：V Y, 丫2 L X, X2可得:VXi X2丫1 丫2 =0+149.85/700*(0.001-0.0005)=0.0001

5、9吸收塔操作线方程：丫 X X2 Y2 =4.67X+0.0005V六、填料的选择F表为国内金属鲍尔环特性数据材质外径高*厚比表面积空隙率个数堆积密度干填料因子填料因子金属1615*0.82390.9281430002162994003838*0.81290.945130003651531405050*1112. 30.9496500395131300选择外径为38mm，比表面积为129m2/m3，填料因子 =140m-1七、塔径的计算1.采用Eckert通用图计算泛点气速f2.选用材料d=38mm由于温度为 30,故：Vm=(273+30)/273*22.4=24.8横坐标：Vs700 10

6、00 56150 24.8 1,3331.333995.370.5=0.09220.2查得纵坐标： 0.115其中 =1,贝L0.115g 0l2，带入数据得:f =2.451m/s3. 确定操作气速q取安全系数为 70%, q 70% 1.7161.20m/s4. 填料塔塔直径Df'4VT/4 150 24CCC" CCD / j 0.8616 0.9mVV3.14 1.716 36005. 校核填料尺寸：D/d=900/38=23.7>815,所以填料规格合适。6. 校核润湿率和校核喷淋密度由于填料直径小于75mm，最小润湿率Lw min 0.08m3/m.h，故最

7、小喷淋密度：Umin=0.08*129=10.32m3/m.h操作喷淋密度：U=(700/56)/( /4* 0.92)=19.65>Umin，满足最小喷淋密度的 要求。经上校算可知：选用D=900mm合理。八、填料层高度的计算用高浓度的氢氧化钠吸收二氧化碳，物料衡算方程式：G11-Pa Pa2Cb Cb2 带入数据得：Cb注Pb Ct用此关系可求出塔底处 Cb1 : Cb1 =0.68-37.74*0.00仁0.642kmol/m3计算一下塔顶和塔底的临界浓度：令 Da=DbCkp1 =0.6 kmol/m则在塔顶：PA2=0.3 kmol/mD BkL在塔底：3由此可见，无论是塔顶还

8、是塔底，活性组分的浓度都超过了临界浓度， 化学反应发生在界面上，因此可以认为全塔内均有气膜控制。传质速率方程 为：Na.akg a.PA所以填料层得hGPa1d pa1500.001 d Pa5.44m6.00mP3.1430 -0.810 0005PA2 KGaPAPa设安全系数为1.2,则设计高度Z=1.2h=7.2m九、填料层压降的计算用Eckert通用图来确定：横坐标 0.092 （前面已经算出），将操作气速 q=1.20m/s代替纵坐标中的 f查表。已知填料因子=140m-1,则纵坐标的值为：（ 1.20）2*140/9.8*（1.3333/1000）*1=0.0273查图可知： P

9、/Z 20*9.81196.2 pa/m则填料塔压降 P =196.2*6=1172.2pa/m十、填料分层查资料可知：鲍尔环 Z° D 510，Z0<=6maxh/D=6.67>5,则全塔可分为三段，每段 2米。十一、总高度H填料塔的总塔高H主要取决于填料层高度Z,此外还需要考虑塔顶空间、 塔底空间及再分布器的布置等。填料塔的总塔高H可由下式进行计算：H = Hd + Z? + （n-1） Hf + Hb式中：H总塔高，m；Z?安全系数调整后的填料层高，m;Hf 装配液体再分布器的空间高，m;Hd塔顶空间高（不包括封头部分），m, 般取=0.81.4m；Hb塔底空间高（

10、不包括封头部分），m, 般取=1.21.5m；n填料层分层数。所以，H=1.2*6+2*1+1.2=10.4m十二、填料吸收塔的辅助设备a）液体分布器液体分布器是用来改善液体在填料层内的壁流效应，每隔一定高度的填料层设置一个分布器。本设计采用截锥式液体分布器。b）填料支撑结构填料支撑结构应满足三个条件：使起夜能顺利通过，设计时应去最大的自 由截面；要有足够的强度来承受填料的重量，并考虑填料孔隙率中的持夜得 重量；具有一定的耐腐蚀性能。本设计采用了栅条式支撑装置。c）填料压紧装置填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料层发生松动和跳跃的 现象。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板。填料压板可以自由放