氢氧化钠吸收二氧化碳填料塔设计

氢氧化钠吸收二氧化碳填料塔设计一、 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、以与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、 设计资料混合气体〔空气、二氧化碳〕处理量为G=150kmol/h；气体的平均分子量为32kg/mol；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%；操作压力为常压，1atm，即101.325kpa；进塔吸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CB=0.7kmol/m3;假定吸收操作为等温吸收，温度为30摄氏度；气液平横关系：H=8kmo/(m3.atm)；kGa=30kmol/(m3.atm)；kLa=2.78*10-5s-1;采用的液体流量L=700kmol/h，液体总分子浓度为CT=56kmol/m3，且假设不变；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/h混合气体进出塔组成Y1=0.001/(1-0.001)=0.001Y2=0.0005/(1-0.0005)=0.0005进塔惰性气体流量V=150*〔1-0.001〕=149.85kmol/h气液平衡关系：H=8kmol/(atm.m3)=0.079kmol/kpa.m3

对于稀溶液，E和H有近似的关系：E=二，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。相平衡关系：m=E/P该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比：(L、 V—y .一.，.一“.一 .L-Y-=.1.2，对于纯水吸收过程，X=°，则-=，根据生产S况-X2 2V土经验，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=7°°kmol/h，无需计算。8塔底吸收液的组成依据：V«-Y2)=L(X1-X2)可得：X1=X2+VY1一Y2)=°+149.85/7°°*(°.°°1-°.°°°5)=°.°°°19 吸收塔操作线方程：Y=-(X-X2)+Y2=4.67X+°.°°°5六、填料的选择下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*°.8239°.928143°°°2162994°°3838*°.8129°.94513°°°36515314°5°5°*1112.3°.94965°°3951313°°选择外径为38mm，比表面积为129m2/m3，填料因子^=14°m-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3°，故：Vm=(273+3°)/273*22.4=24.8横坐标:L—SVS(7°°横坐标:L—SVS(7°°x1°°°-56，、15°x24.8x1,333/(1.333、°.51995.37)二°.°92查得纵坐标：—甲「尸，—=°.115其中平=e水=1，则:

pLr=2.451m/s日=：°.115gP-r=2.451m/sf\①中P鸟0-2

日=(0.6〜0.8卜/，所以，r=0.7*2.451=1.716m/s确定操作气速rq取安全系数为70%，r=70%x1.716=1.20m/sD=:4x150xD=:4x150x24\：3.14x1.716x3600=0.8616"0.9m校核填料尺寸：D/d=900/38=23.7>8〜15，所以填料规格合适。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(L).=0.08m3/m.h，故最小喷淋密度：U.=0.08*129=10.32m3/m.h操作喷淋密度：U=(700/56)/(兀/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：-(p-p)=—-x-L(c-c)带入数据得：cbaPaa2 bCbb2 BAT用此关系可求出塔底处七:CB1=0.68-37.74*0.001=0.642kmol/m3计算一下塔顶和塔底的临界浓度：令da=db则在塔顶：k k 八ci i,x—gP=0.3kmol/m3LIDb)在塔底:c=0.6kmol/m3由此可见，无论是塔顶还是塔底，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：N.a=ka.P所以，填料层得h=GfPa1——p—= 「5°八。1』o.o01%=5.44m牝6.00mPP2KaP3.14x0..810.0005P. .A2 GA30x A4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r=1.20m/s代替纵坐标中的七查表。已知填料因子①=140m-i，则纵坐标的值为：{〔1.20〕2*140}/9.8*（1.3333/1000）*1=0.0273查图可知：AP/Z=20*9.81=196.2pa/m则填料塔压降AP=196.2*6=1172.2pa/m十、填料分层查资料可知：鲍尔环[ZyD] =5〜10，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乙此外还需要考虑塔顶空间、塔底空间与再分布器的布置等。填料塔的总塔高H可由下式进行计算：H=生+Z'+（n-1）H+H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，一般取=0.8〜1.4m；Hb——塔底空间高〔不包括封头部分〕，m，一般取=1.2〜1.5m；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