水吸收二氧化碳填料塔課程設計

1、化工原理課程設計報告年級07級專業(yè)生物工程設計者姓名設計單位完成日期2009年11月15日設計任務書（一）設計題目試設計一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的CO2,混合氣體的處理為1500m3/h,其中CO227%。要求塔板排放氣體中含CO低于0.6%,采用清水進行吸收。（二）操作條件常壓，28C（三）填料類型選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選（四）設計內容1、 吸收塔的物料衡算2、 吸收塔的工藝尺寸計算3、 填料層壓降的計算4、 吸收塔接管尺寸的計算5、 繪制吸收塔的結構圖6、 對設計過程的評述和有關問題的討論7、 參考文獻8、 附表目錄'、概述4二、計算過程41 .操作條件的確定4

2、1.1 吸收劑的選擇.41.2 裝置流程的確定.41.3 填料的類型與選擇41.4 操作溫度與壓力的確定42 .有關的工藝計算52.1 基礎物性數(shù)據52.2 物料衡算62.3 填料塔的工藝尺寸的計算62.4 填料層降壓計算112.5 吸收塔接管尺寸的計算.122.6 附屬設備.12三、評價.13四、參考文獻.13五、附表14一、概述填料塔不但結構簡單，且流體通過填料層的壓降較小，易于用耐腐蝕材料制造，所以它特別適用于處理量小，有腐蝕性的物料及要求壓降小的場合。液體自塔頂經液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進行傳質

3、。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質設備。二、設計方案的確定（一）操作條件的確定1.1吸收劑的選擇因為用水作吸收劑，同時CO2不作為產品，故采用純溶劑。1.2裝置流程的確定用水吸收CO2屬于中等溶解度的吸收過程，故為提高傳質效率，選擇用逆流吸收流程。1.3填料的類型與選擇用不吸收CO2的過程，操作溫度低，但操作壓力高，因為工業(yè)上通常選用塑料散裝填料，在塑料散裝填料中，塑料階梯填料的綜合性能較好，故此選用DN聚丙烯塑料階梯環(huán)填料。1.4操作溫度與壓力的確定28C,常壓(二)填料吸收塔的工藝尺寸的計算2.1 基礎物性數(shù)據液相物性數(shù)據對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據可近

4、似取水的物性數(shù)據查得，301K時水的有關物性數(shù)據如下：h)密度p=998.2kg/m粘度區(qū)=0.836x10-3Pa,s=3.0kg/(m3表面張力6=72.6dyn/cm=940896kg/hCO2在水中的擴散系數(shù)為DL=1.77x10-9m/s=6.372乂10-6ni/h氣相物性數(shù)據混合氣體的平均摩爾質量為1/=丫|/1=0.27X44+0.73X29=33.05混合氣體的平均密度p1.338kg/m3PMvm101.333.05RT8.314301混合氣體粘度近似取空氣粘度，手冊28C空氣粘度為以v=1.78x10-5Pas=0.064kg/(m?h)查手冊得CO2在空氣中的擴散系數(shù)為

5、DV=1.8X10-5m/s=0.065m2/h由手冊查得28c日tCO在水中的亨利系數(shù)E=180kPa相平衡常數(shù)為m上儂1.78P101.3溶解度系數(shù)為H=一駕23.08104kmol/(m3?kPa)EMs1.8105182.2 物料衡算進塔氣相摩爾比為丫1=0.270.027710.27出塔氣相摩爾比為¥2=0.0227X0.006=1.662X10-4進塔惰性氣相流量為V=1500空(10.27)44.34kmol/h22.4301該吸收過程為低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比按下式計算，即(?丫1丫2minY1/mX2對于純溶劑吸收過程，進塔液組成為X2=0Y丫20.0

6、2771.662104min1.77丫/mX20.0277/1.780取操作液氣比為L/V=1.5L/V=1.5X1.77=2.655L=2.655x44.34=117.72kmol/hV(Y1-Y2)=L(X1-X2)_4、/.X1=44°34(0.02771.66210)0.0104117.222.3填料塔的工藝尺寸計算塔徑計算采用Eckert通用關聯(lián)圖計算泛點氣速氣相質量流量為W=1500X1.338=2007kg/h液相質量流量可近似按純水的流量計算即W=117.72x18.02=2121.31kg/hEckert通用關聯(lián)圖橫坐標為WL()05也生(竺竺)。.50.0234W

7、vl2007998.2查?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖得也匚？：20.226gl查表(散裝填料泛點填料因子平均值)得f260m1Uf0.226gl0.2269.81998.20.2FVL26011.33810.22.552m/s泛點率校核u=uUf填料規(guī)格校核:d液體噴淋密度校核,60024825取最小潤濕速率為取u=0.8uf=0.8乂2.522=2.0176m/s41500/36000.513m3.142.0176圓整塔徑，取D=0.6m1500/36002.12m/s0.7850.62Z12-100%=84.18%(在允許范圍內)2.5223(LWmin=0.08m/m.h查塑料階梯環(huán)特性數(shù)據表得:型

8、號為DN25的階梯環(huán)的比表面積at=228m2/m3min=(Lminat=0.08X228=18.24m7m2hu=經校核可知,212131/998.2-7.51Umin0.7850.62塔徑D=600mr合理經反復校核仍得不出合理的D值經綜合考慮，取操作液氣比為VL15(L)min151.7726.55L=26.5乂117.22=3112.2kmol/h_44。32(0.02771.662104)X10.00043112.2此時氣相質量流量為W=1500X1.338=2007kg/h此時液相質量流量為貼3112.2x18.02=56081.8kg/hEckert通用關聯(lián)圖橫坐標為WlV、0

9、.556081。82007(坐嚴0.76998.2查?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖得也匚？,？02gl0.035改選型號為D38的階梯環(huán)查表（散裝填料泛點填料因子平均值）得F170m1Uf0.035gL0.2FVL0.0359.81998.2_0217011.33811.228m/s取u=0.8uf=0.8x1.228=0.982m/s41500/36000.74m3.140.982圓整塔徑，取D=0.8mk上加狀妗1500/3600此點率校核U=20.83m/s0.7850.82些-100%=84.52%(在允許范圍內)Uf0.982填料規(guī)格校核：D駟218d25液體噴淋密度校核，取最小潤濕速率為3(Lv

10、v)min=0.08m/mh查塑料階梯環(huán)特性數(shù)據表得:型號為DN38的階梯環(huán)的比表面積at=132.5m2/m3min=(Lmina=0.08x132.5=10.6m3/m2.hU=56081.8/998.20.7850.82111.8Umin經以上校核可知，填料塔直徑先用D=800m喻理填料層高度計算Y1=mX=1.78X0.0004=0.000712Y2=mX=0脫因系數(shù)為S=mV1.7844.340.0254L3112.2氣相總傳質單元數(shù)1,C丫1丫2CNo(=In1SS1S丫2丫2In(110.02540.0254)0.027701.666210400.0254=5.223氣相總傳質單

11、元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算0.750.1/cUl1exp1.45-LatLU2atLLat0.05c0.2U2LLat查常見材質的臨界表面張力值表得2c=33dyn/cm=427680kg/h2液體質量通量為Ul56081.80.7850.82111627.79kg/(m2?h)1exp0.0520.211162779998294089613250.750.12彳，l427680111627791116277913251.45；三94089613253.099821.7210=0.502吸收系數(shù)由下式計算0.71/3UvKG0.237VatVVVDVatDVRT質量通量為Uv15001.3

12、380.7850.823994.82kg/m2?hKG0.2373994.820.70.0641/3132.50.065132.50.0641.3380.0658.314301=0.237x73.53x0.894x0.004=0.0623kmol/(mkPa)吸收系數(shù)由下式計算Kl0.00952/3Ul1/2Kl0.0095aWLLLK1/3Lg111627790.564132.53.02/33.0998.26.3721063.01.27108998.21/3=1.189m/hKGaKGaW1.1查常見填料的形狀系數(shù)表得1.45KGaKGaW1.10.06230.654132.51.451.1

13、6.973kmol/(m3?h?kPa)KLaKLaW0.41.1890.564132.51.450.4103.092/hu/uf=66.17%>50%1.4KGa19.50.5KGaUf2.2Kla12.60.5KLaUf得KGa19.50.66170.5146.97312141<mo/m3?h?kPa2.2.得&a12.60,66170.510309210796/h111KgHKla3-10.53kml/m?h?kPa11H3GzVKyaVKGaP44.34ZZZ210,53101.30,7850.80.083m12.1410.725107.96Z=H)Ng=0.083

14、X5.223=0.434m得Z'=1.5x0.434=0.6503m取填料層高度為Z'=2m查散裝填料分段高度推薦值表對于階梯環(huán)填料-815hmax<6mD取h/D=8則h=8X800=6400mm計算得填料層高度為2000mm故不需分段2.4填料層壓降計算散裝填料的壓降值可由?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算。計算時，先0。5根據氣液負荷及有關物性數(shù)據，求出橫坐標處上值WvL再根據操作空塔氣速U用有關物性數(shù)據，求出縱坐標2幺？上？：2值。通過作圖得出交點，讀出過交點的等壓gl線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值。用?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算壓降時，所需填料因子與液體噴淋點密度有關，為了工程計算的

15、方便，常采用與液體噴淋密度無關的壓降填料因子平均值。?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖橫坐標為0。5WL上=0。468WvL查散裝填料壓降填料因子平均值表得P116m1查通用關聯(lián)圖得：P/Z=298.6Pa/m填料層壓降為P=298.6X1=298.6Pa查此圖時，一定要看好，最好用兩個直角板找到橫坐標和縱坐標的交點，在估計出合理的等壓線數(shù)值。2.5吸收塔接管尺寸計算般管道為圓形,d為內徑，水流速為0.53m/s常壓下氣體流速1030m/s則氣體進口直徑41500134mmd4V1:u3.14360030氣體出口直徑d2=di=134mm噴液進口直徑d4Vd3u456081.8/998.2200mm3.1436

16、000.5噴液出口直徑d4=d3=200mm排液口直徑d5=d/2=100mm2.6附屬設備(1)本設計任務液相負荷不大，可選用排管式液體分面器,且填料層不高，可不設液體再分布器。塔徑及液體負荷不大，可采用較簡單的柵板型支承板及壓板。三、評價設計中問題的評價:1、 對于吸收塔基本尺寸的確定以及數(shù)據來源，物性參數(shù)，合適取值范圍的確定要按具體的實際設計情況來定。2、 對于吸收塔填料裝置的材料屬性，以及經濟效益要綜合考慮工藝的可能性又要滿足實際操作標準。3、 對于吸收塔的溫度的確定，由吸收的平衡關系可知，溫度降低可增加溶質組分的溶解度，對于壓力的確定，選擇常壓，減少工作設備的負荷。設計體會剛拿到任務

17、說明書時，一臉茫然，大家都是第一次接觸到這個陌生的東西，面對大量繁瑣的計算，我的頭都大了，其中我得了一個很不合理的數(shù)據，經過反復查找，才發(fā)現(xiàn)前面有個小數(shù)點弄錯了，我深深體會到了科學需要的嚴謹性。在設計課程報告時，要輸入大量的公式，我自學了一點公式編輯器的知識，感覺它非常有用，今后有時間還得好好學學。我會好好對待以后的每一次設計，讓老師滿意。希望老師對我這次的表現(xiàn)認可。四、參考文獻1、化學工程手冊編輯委員會，化學工程手冊一一氣液傳質設備2、賈紹義，紫誠敬化工原理課程設計天津大學出版社，20023、劉乃鴻等現(xiàn)代填料塔技術指南天津，中國石化出版社19984、徐崇嗣等塔填料產品及技術手冊北京，化學工業(yè)出版社19955、姚玉英化工原理，下冊天津大學出版社1999五，附表L7<X-t解阻的模作域和中小液氣比埃克特通用關