甲醇填料吸收塔

PAGEPAGE5化工设备选型实验名称：甲醇填料吸收塔学院：专业：班级：组长姓名：组员姓名：日期：]题目混合气体流量3800Nm3.h-1,混合气体组分含甲醇5%，空气95%（体积比）,混合气体温度40℃,要求吸收率96%，操作压强1atm，吸收剂纯水温度20℃，选择塑料鲍尔环DN50，设计甲醇填料吸收塔。第一节平衡关系及物料衡算1.1平衡关系 CL—水在塔温度tm=(塔顶+塔底)/2下的比热kJ·(kmol·K)-1f—甲醇的微分溶解热，kJ×kmol-1。f=6310+rr—入塔气体温度下甲醇的冷凝潜热，kJ×kmol-1查《化工工艺算图》第一册，常用物料物性数据，得吸收剂水的平均比热容CL=75.366kJ／kmol·℃取△X=0.04，查阅相关资料得到，T1=25℃，T2=27.2287℃，由上式计算得出f=43091kJ／kmol对低组分气体吸收，吸收液浓度很低时，依惰性组分及比摩尔浓度计算较方便，故上式可写为：tL=25+(43091／75.366)△X由此可依据再根据△X的值计算出不同的t值。亨利系数E的计算 其中t的单位是℃，E的单位是atm。一直计算到y*>y1为止。根据题目：即y*>0.05依据上式X取0，△X=0.04，求出相应x浓度下吸收液的温度，计算结果列于下表由表中数据可见，浓相浓度x变化0.004时，温度升高2.287℃，依此求取平衡线。各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据xT(℃)E（atm）my*(×10-3)X(×10-3)Y*(×10-3)0250.2510.251000埃克特通用关联图进塔混合气密度＝×=1.13kg／(混合气浓度低，可近似视为空气的密度)吸收液密度＝996.95kg/吸收液黏度＝0.8973mPa·s经比较，选DN50mm塑料鲍尔环(米字筋)。查《化工原理》教材附录可得，其填料因子=124，比表面积A＝109②关联图的横坐标值()1/2=0.5=0.0309=3\*GB3③由图查得纵坐标值为0.18即0.2==0.0112uF2=0.18故液泛气速==4m/s⑵操作气速u＝0.7＝0.7×4=2.8m/s(3).塔径==0.579m=579mm取塔径为0.6m(4)．核算操作气速U==3.73m/s<(5)．核算径比D/d＝600/50＝12，满足鲍尔环的径比要求。2.1.1①填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。②最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率。最小喷淋密度＝0.08×106.4＝8.512/(m2·h)因＝=13.96/(m·h)满足最小喷淋密度要求。2.2填料层高度计算算填料层高度，即Z＝(1)．传质单元高度计算=，其中=|（《化工单元操作及设备》P20916-7本设计采用（恩田式）计算填料润湿面积aw作为传质面积a，依改进的恩田式分别计算及，再合并为和。①列出备关联式中的物性数据气体性质(以塔底40℃，101.325kPa空气计)：＝1.13kg/(前已算出)；＝0.01885×(查附录)；＝1.09×液体性质(以塔底25℃水为准)：＝996.95kg/；＝0.8973×Pa·s；=1.344×(以式计算)(《化学工程手册》10-89)，式中为溶质在常压沸点下的摩尔体积，为溶剂的分子量，为溶剂的缔合因子。＝71.6×N／m(查化工原理附录)气体与液体的质量流速：LG`==3.866VG`==4.216塑料鲍尔环(乱堆)特性：＝50mm＝0.05m;A＝106.4;=40dy/cm=40×10-3N/m;查《化学工程手册，第12篇，气体吸收》，有关形状系数，=1.45（鲍尔环为开孔环）=2\*GB3②依式——液体表面张力，N/m；——填料上液体铺展开的最大表面张力，N/m。要求σ<σC。σC的值见表。——液体空塔质量通率，kg/(s·m2)；，——液体的粘度，N·s/m2和密度，kg/m3。不同填料材质的σC值材质σC/（mN/m）材质σC/（mN/m）碳56聚乙烯33陶瓷61钢75玻璃73涂石蜡的表面20聚氯乙烯40

={-1.45(0.228)(1.47)(1.52)(0.33)}=(-0.243)=1-e-0.243=0.22故==106.4×0.22=23.41=3\*GB3③根据KL=0.0051()2/3()1/\3()1/3(atdp)0.4式中——液相传质系数，kmol/（m2skmol/m3）；——溶液在液相中的扩散系数，m2/s；——填料的名义尺寸，m。=0.0051×37.26×8.56×0.02×1.06=0.034m/s=4\*GB3④依式kG=5.23()0.7()1\3()(atdp)==5.23×(211.6)(1.15)(4.46×10-7)(1.17)=6.64×10-4kmol/(m2·S·kPa)故=1.61××23,41=3.3×10-3(m/s)=6.64×10-3×23.41=0.155(2)计算＝，而，H=（（《化工单元操作及设备》P18916-21a）。由于在操作范围内，随液相组成和温度的增加。＝2.54×kPa,＝==0.218=＋＝414.34==2.41×10-3=P=2.41×10-3×101.3=0.2442.2.1．传质单元数计算NOG=（《化工单元操作及设备》P20916-54a）（《化工单元操作及设备》P21216-26）YI-Y1*=YI-mx1=0.064-0.031×0.251=0.056Y2-Y2*=Y2-mx2=0.00256-0.035×0.0284=0.00157=0.0151m2.2.2计算===0.54m填料层高度z计算Z＝HOG×NOG＝0.54×2.54＝1.37m则需DN50mm塑料鲍尔环的填料层高度z＝1.37，此时选择填料层高度为2m＜6m故不需要分段2.3填料层压降的计算取Eckert(通用压降关联图)；将操作气速(＝3.73m/s)代替纵坐标中的查表，DN50mm塑料鲍尔环的压降填料因子＝125代替纵坐标中的．则纵标值为：=0.18横坐标为：0.037根据以上二数值在埃克特图中的点确定塔的操作点，查图得，此点位于△P/Z=150Pa/m与△P/Z=200Pa/m两条等压线之间。用内插法估算可求得每米填料层的压强降约为190Pa/m190Pa/m全塔填料层压降=190×2=380Pa注：1.计算结果总表设计名称甲醇的填料吸收塔操作压强1atm填料数据种类填料尺寸泛点填料因子压降填料因子空隙率比表面积塑料鲍尔环50×50×0.612494m-10.96109物性数据液相气相液体密度996.95kg/混合气体的平均密度1.13kg／液体粘度0.8973mPa·s混合气体的粘度1.90×10-5Pa·S液体表面张力892731kg/h2混合气体平均摩尔质量29.3g/mol扩散系数1扩散系数1.25×10-9m填充系数0.68填充系数3.1物料衡算数据Y1Y2X1X2气相流量G液相流量L最小液气比操作液气比0.052630.00210520.03204289.185kg／3933.42kg1.11.6工艺数据填料类型塔速塔径气相总传质单元数气相总传质单元高度填料层高度填料层压降塑料鲍尔环2.8m/s0.6m2.540.542m380Pa3．参考文献[1]王树楹.