氫氧化鈉吸收二氧化碳填料塔設(shè)計(jì)

1、氫氧化鈉吸收二氧化碳填料塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的通過(guò)對(duì)氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)，初步掌握氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)，綜合分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力、繪圖能力、以及正確使用設(shè)計(jì)手冊(cè)和相關(guān)資料的能力。設(shè)計(jì)任務(wù)試設(shè)計(jì)常壓填料塔，采用逆流操作，以氫氧化鈉為吸收劑，吸收混合氣體中的二氧化碳。設(shè)計(jì)資料混合氣體（空氣、二氧化碳）處理量為G=150kmol/h；氣體的平均分子量為32kg/mol；進(jìn)塔混合氣體含二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為0.1%，要求降低到0.05%；操作壓力為常壓，1atm，即101.325kpa；進(jìn)塔吸收液采用加活性組分NaOH，和二氧化碳發(fā)生了快速不可逆的反應(yīng)，化學(xué)

2、反應(yīng)式為：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O 假定氫氧化鈉濃度為CB=0.7kmol/m3;假定吸收操作為等溫吸收，溫度為30攝氏度；氣液平橫關(guān)系：H=8kmo/(m3.atm)；kGa=30kmol/(m3.atm)；kLa=2.78*10-5s-1;采用的液體流量L=700 kmol/h，液體總分子濃度為CT=56 kmol/m3，且假設(shè)不變；可認(rèn)為DA=.DB設(shè)計(jì)方案的確定吸收工藝流程 采用常規(guī)逆流操作流程，流程如下：混合氣體進(jìn)入吸收塔，與吸收劑逆流接觸后混合氣體得到凈化，然后排放；吸收丙酮后的水，取樣計(jì)算其組分的量，若符合國(guó)家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，則直接排入地溝，若不符合，待處理之后再排入

3、地溝。五、物料計(jì)算進(jìn)塔混合氣體中各組分的量近似取塔平均操作壓力為101.3Kpa，故：混合氣體量=150*（273/（273+30）=135.15kmol/h混合氣體中二氧化碳=135.15*0.001=0.13515kmol/h混合氣體進(jìn)出塔組成Y1=0.001/(1-0.001)=0.001Y2=0.0005/(1-0.0005)=0.0005進(jìn)塔惰性氣體流量V=150*（1-0.001）=149.85kmol/h氣液平衡關(guān)系：H=8kmol/(atm.m3)=0.079kmol/kpa.m3對(duì)于稀溶液，E和H有近似的關(guān)系：，式中：分子為溶液密度，M為溶劑相對(duì)分子質(zhì)量。對(duì)于低濃度吸收過(guò)程，

4、溶液的物性數(shù)據(jù)可近似純水的物性數(shù)據(jù)。相平衡關(guān)系：m=E/P該吸收過(guò)程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線(xiàn)，最小液氣比：,對(duì)于純水吸收過(guò)程，X2=0，則，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，取操作液氣比（L/V）=1.5(L/V)min。設(shè)計(jì)資料所給吸收劑的量為L(zhǎng)=700kmol/h，無(wú)需計(jì)算。塔底吸收液的組成依據(jù)：可得：=0+149.85/700*(0.001-0.0005)=0.0001吸收塔操作線(xiàn)方程：=4.67X+0.0005填料的選擇下表為國(guó)內(nèi)金屬鮑爾環(huán)特性數(shù)據(jù)材質(zhì)外徑高*厚比表面積空隙率個(gè)數(shù)堆積密度干填料因子填料因子金屬1615*0.82390.9281430002162994003838*0.81290.945

5、130003651531405050*111230.9496500395131300選擇外徑為38mm，比表面積為129m2/m3，填料因子=140m-1塔徑的計(jì)算采用Eckert通用圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速 選用材料d=38mm 由于溫度為30，故：Vm=(273+30)/273*22.4=24.8 橫坐標(biāo)：=0.092 查得縱坐標(biāo)： 其中=1，則： ，帶入數(shù)據(jù)得：=2.451m/s ，所以，=0.7*2.451=1.716m/s確定操作氣速 取安全系數(shù)為70%，填料塔塔直徑D 校核填料尺寸：D/d=900/38=23.7815，所以填料規(guī)格合適。校核潤(rùn)濕率和校核噴淋密度由于填料直徑小于75mm，最小

6、潤(rùn)濕率，故最小噴淋密度：Umin=0.08*129=10.32m3/m.h操作噴淋密度：U=(700/56)/(/4*)=19.65Umin，滿(mǎn)足最小噴淋密度的要求。經(jīng)上校算可知：選用D=900mm合理。填料層高度的計(jì)算用高濃度的氫氧化鈉吸收二氧化碳，物料衡算方程式： 帶入數(shù)據(jù)得：CB=0.68-37.74PA用此關(guān)系可求出塔底處：=0.68-37.74*0.001=0.642kmol/m3計(jì)算一下塔頂和塔底的臨界濃度：令DA=DB則在塔頂：=0.3 kmol/m3在塔底：=0.6 kmol/m3 由此可見(jiàn)，無(wú)論是塔頂還是塔底，活性組分的濃度都超過(guò)了臨界濃度，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在界面上，因此可以認(rèn)為

7、全塔內(nèi)均有氣膜控制。傳質(zhì)速率方程為：所以，填料層得： 設(shè)安全系數(shù)為1.2，則設(shè)計(jì)高度Z=1.2h=7.2m填料層壓降的計(jì)算用Eckert通用圖來(lái)確定：橫坐標(biāo)0.092（前面已經(jīng)算出），將操作氣速=1.20m/s代替縱坐標(biāo)中的查表。已知填料因子=140m-1，則縱坐標(biāo)的值為：（1.20）2*140/9.8*(1.3333/1000)*1=0.0273查圖可知：則填料塔壓降=196.2*6=1172.2pa/m填料分層查資料可知：鮑爾環(huán)，Z05，則全塔可分為三段，每段2米。總高度H 填料塔的總塔高H主要取決于填料層高度Z，此外還需要考慮塔頂空間、塔底空間及再分布器的布置等。填料塔的總塔高H可由下式

8、進(jìn)行計(jì)算：H = Hd + Z + (n-1) Hf + Hb式中：H總塔高，m；Z安全系數(shù)調(diào)整后的填料層高，m；Hf裝配液體再分布器的空間高，m；Hd塔頂空間高（不包括封頭部分），m，一般取=0.81.4m；Hb塔底空間高（不包括封頭部分），m，一般取=1.21.5m；n填料層分層數(shù)。 所以，H=1.2*6+2*1+1.2=10.4m填料吸收塔的輔助設(shè)備液體分布器 液體分布器是用來(lái)改善液體在填料層內(nèi)的壁流效應(yīng)，每隔一定高度的填料層設(shè)置一個(gè)分布器。本設(shè)計(jì)采用截錐式液體分布器。填料支撐結(jié)構(gòu) 填料支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足三個(gè)條件：使起夜能順利通過(guò)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)去最大的自由截面；要有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受填料的重量，并考慮填料孔隙率中的持夜得重量；具有一定的耐腐蝕性能。本設(shè)計(jì)采用了柵條式支撐裝置。填料壓緊裝置 填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料層發(fā)生松動(dòng)和跳躍的現(xiàn)象。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板。填料壓板可以自由放置在填料上方，靠自身重量將填料壓緊。床層壓板用于