呂律琪水吸收二氧化碳填料塔課程設(shè)計(jì)方案

PAGEPAGE17《化工原理》課程設(shè)計(jì)填料吸收塔的設(shè)計(jì)學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院____＿_(dá)專(zhuān)業(yè)生物工程(環(huán)境生物技術(shù)方向）年級(jí)班別20０9級(jí)（1)班＿_(dá)__＿＿＿_(dá)學(xué)號(hào)３2０900786９___＿_(dá)＿_(dá)_＿＿_(dá)學(xué)生姓名呂律琪______________指導(dǎo)教師孫大雷_＿_(dá)_____＿_(dá)＿_(dá)_＿2012年6月目錄TOC\ｏ"1-3＂\ｈ\z＼uHYＰERLINＫ\ｌ”_Toｃ297８99９97”第一章設(shè)計(jì)方案 PＡGＥREＦ_Ｔoｃ2978９999７\h2HYＰＥＲＬＩＮＫ2．2工藝流程圖?PAＧEREF_Toｃ29７8999９８\h２HＹPERLINＫ＼l”_Toc297899999＂第二章填料吸收塔的工藝尺寸的計(jì)算 PAGＥRＥF_Toc２97８９9999\h3ＨYＰERＬＩNK\ｌ＂_Toc297900000”2.１基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)?PAGEＲEF＿Toc29７9００000＼h３HYPＥRＬINK\l＂_Tｏc297９00001”２．1.1液相物性數(shù)據(jù)?PAGERＥＦ_Toc2979000０1\h3HYPERLINＫ＼l"＿Ｔoc29790０0０2＂２。1。2氣相物性數(shù)據(jù)?ＰＡGEREＦ_Toc2９7９0０002＼ｈ3HＹPERLIＮＫ\l”＿Ｔoc２97900003"2。2物料衡算 PAGEＲＥＦ_Ｔoc29７9０００03\h４HＹＰERLINK\ｌ”_Toc297９000０4"2.２．１進(jìn)料的摩爾分?jǐn)?shù) ＰAGEＲEＦ_Toc297900０0４＼h4HYＰＥＲLINK\l”_Tｏc2979０0０05”2.2。2進(jìn)料流量 PAＧＥREF＿Tｏc2979000０5\h４HYPERLINK\ｌ”＿Toc297９00０0６"2.2.3吸收劑（水）的用量L?PAＧEREF_Toc2979０0０06\ｈ４HＹPERＬINK＼l"_Ｔoｃ２97900００7"2.２.４塔底吸收液濃度Ｘ1?ＰAＧEＲEF_Toc2９7９０00０7\ｈ5HYPERＬINK\ｌ"_Toc297900０08＂2.2．４操作線方程 PAGEＲＥF_Toｃ297９00０08＼h５HYＰＥRLIＮK＼l"＿Tｏc2９７900009”2．3塔徑的計(jì)算 ＰAＧＥRＥF_Tｏｃ２9７9０0009＼h5ＨYPERＬINK\ｌ"＿Toc2９79000１０”２。3。1采用Ｅｃｋert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速?ＰAGERＥF_Ｔoc2９7900010＼h5HＹPEＲＬINK＼l”_Toｃ297900０1１"２.3．2操作氣速 ＰAＧEＲEＦ＿Toc29790001１＼ｈ６HYＰＥRLINＫ\l”_Toc2９790001２”２.３。3塔徑?PAGEREF_Toｃ2９7９00０12\ｈ６ＨYPERLINK\l＂_Ｔoc２979０００1３＂2.3.4核算氣速 PAGERＥF_Ｔoc297９０0０13\ｈ7ＨＹＰERLIＮK\l”_Ｔoｃ2９79０00１4”2.3。５核算噴淋密度 PAＧEＲEＦ＿Ｔｏc297900014\h７HYPＥRLIＮK\ｌ"_Toc297900015"2。4填料層高度的計(jì)算 PAGＥREＦ_Ｔoc29790０015\h7HYPEＲLＩNK＼ｌ＂＿Ｔｏc２97９00016＂2。4．１傳質(zhì)單元高度ＨOG的計(jì)算?ＰＡGＥREF_Toc2９7900016＼h7HYＰERＬINＫ\l”＿Tｏc2９790００17"2.4。2傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算?PAGEＲEF_Toc２9790０017\h10HYPERLINK＼ｌ＂_Toc2979０00１8＂2．4。3填料層高度的計(jì)算?ＰAＧEＲEF_Toｃ29７9０0０18＼h１０ＨＹPERLINK＼l"_Ｔoｃ29790０0１９＂2。5填料層壓降計(jì)算?ＰAGＥＲEF_Toc2９７９0001９\h11ＨYPERLＩNK\l”_Toｃ2９７9０002０＂２.6吸收塔接管尺寸計(jì)算?ＰAGEREF_Toc29７90002０\h1１ＨYPERＬＩNK\l”_Toc２97900021”2.7附屬設(shè)備 PＡGEREF＿Toc2９７90００2１\h12ＨＹPERLIＮK\l＂_Ｔoc2９7900０22＂2。7.1填料支承裝置 PAGＥREF_Toｃ297９000２2＼ｈ１2ＨYＰEＲLINK＼l”＿Toc297900０23＂2。７。２液體噴淋裝置 PAＧEREＦ_Tｏｃ2979００02３\ｈ１2HYPERＬINK\ｌ＂_Toc297９00024”2.7.３塔頂除霧器?PAＧEＲEＦ_Toc29７９00024\ｈ１3HYＰERLＩNＫ\l＂_Tｏc2９７9０0025”2．7．4液體再分布器 PAGＥＲEF_Toc２9７900025\h13HYPＥＲLIＮK\l＂_Toc297９０002６”2．７．5確定塔高?PAGERＥＦ_Toc2979０0０２6\h13HYPEＲLIＮK3．1設(shè)計(jì)中問(wèn)題的評(píng)價(jià)： PAGEＲＥF＿Ｔoc29７90002８\ｈ１4HYPＥRLINK３．2設(shè)計(jì)體會(huì)?PAＧEREF_Toc２９７9０0029＼ｈ1４第一章設(shè)計(jì)方案本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)填料吸收塔吸收ＣO2,進(jìn)料為四組分進(jìn)料（CO228﹪、ＣO2.5％、Ｈ２47。2%、Ｎ222。3％)。操作條件為壓強(qiáng)1。8MＰa,溫度3０℃,要求塔板排放氣體中含ＣO2低于0.5％，采用清水進(jìn)行吸收.用水吸收CＯ2屬于中等溶解度的吸收過(guò)程，故為提高傳質(zhì)效率,選擇用逆流吸收流程。液體自塔頂經(jīng)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(guò)填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔的主要構(gòu)件：填料、液體分布器、填料支承板、液體再分布器、液體和氣體進(jìn)出管口等。2．2工藝流程圖第二章填料吸收塔的工藝尺寸的計(jì)算2．1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)2.1.1液相物性數(shù)據(jù)對(duì)于低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取水的物性數(shù)據(jù)查得，303K時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:密度ρ=995。7ｋg/m3粘度μ＝0．8007×1０—３Pa·s表面張力б=72．6×１0—４Kg／m=72.6×10-4×9.81＝７1．２×10－３N／ｍ２．１．2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Ｍ=∑yｉMｉ=0．２8×44+0．0２５×28+0。４７2×2＋0。２23×２8＝20。208ｋg/kmｏｌ混合氣體的平均密度ρG=由手冊(cè)查得３0℃時(shí)CO２在水中的亨利系數(shù)E=１.88×10５kＰａ相平衡常數(shù)為m=CO2在30３Ｋ時(shí)溶解度為１。73ｇCO２/10０gH2O2．２物料衡算２．２。１進(jìn)料的摩爾分?jǐn)?shù)液相摩爾分?jǐn)?shù)x2＝0氣相摩爾分?jǐn)?shù)y1=０.28y2=0.005進(jìn)塔氣相摩爾比為Y1＝出塔氣相摩爾比為2。2。2進(jìn)料流量混合氣體流量惰性氣體流量混合氣體中CＯ?的量2.２.3吸收劑(水）的用量L該吸收過(guò)程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式計(jì)算，即(由手冊(cè)查得30℃時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù)E=1．８8×10５kPa相平衡常數(shù)為m=對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液組成為Ｘ２=０操作液氣比設(shè)為2.2．4塔底吸收液濃度Ｘ1∵物料衡算式V(Ｙ1-Y2)＝Ｌ（X１—X2)∴查表得CO2在3０3K時(shí)溶解度為1。73gCO2/1０0gH2O，水洗飽和度為70%所以符合要求２.2.4操作線方程逆流吸收塔的操作線方程式為Y=1２3。７1X+5．025x１0-3２．3塔徑的計(jì)算2.3．1采用Eｃkert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算氣相質(zhì)量流量WG=V０×M＝243。30×20。20８=4９1７．093kg／h液相質(zhì)量流量ＷL=Ｌ×MH2Ｏ=2１７13．５８×18＝３90８44。４２kg/h(2）關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)值(3)查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖得縱坐標(biāo)其中選用填料為整砌拉西環(huán)（３８ｘ38x0.８),在使用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖中整砌拉西環(huán)泛點(diǎn)線時(shí)，縱軸中的，要改為，查環(huán)形填料的特性參數(shù)表得故泛點(diǎn)氣速2.3.2操作氣速u(mài)=(０.50。85）＝0.6uF=0。6×0。１８=０．108m／s２。3。3塔徑塔徑的計(jì)算公式為：，由PV=nRT得圓整塔徑，取D=１。0ｍ。那么,塔徑與填料直徑的比值滿(mǎn)足瓷拉西環(huán)要求。2.３．4核算氣速泛點(diǎn)率校核u＝﹪＝66。7％(在允許范圍內(nèi))２.3.5核算噴淋密度查表得Dg38瓷拉西環(huán)的比表面積ａｔ=１５0m2/m3d〈７5ｍm的環(huán)形填料最小潤(rùn)濕率為0。08m3/(m·ｈ），最小噴淋密度：Ｕmin=0。０8x1５0=１2m3/(m2·h）U=ｍ3／(m2·h）∴符合要求2。4填料層高度的計(jì)算2.4.1傳質(zhì)單元高度HOG的計(jì)算ＨOＧ＝其中KYa=KGap(1）先計(jì)算填料的潤(rùn)濕面積aＷ作為傳質(zhì)面積a,用改進(jìn)的恩田式分別計(jì)算kL及kG，再合并為kLa和ｋＧa。關(guān)聯(lián)式中各物性數(shù)據(jù):液體性質(zhì)(以30℃為準(zhǔn)）密度ρL=995。7kg/m３粘度μＬ=0．８007×10-３Pa·s查填料材質(zhì)的臨界表面張力可知=０。７４4（2）計(jì)算KYａ瓷拉西環(huán)Ｄｇ=３8ｍm,，ψ=1ψ0。4m/ｈkｍol/（m３·ｓ·kＰa）ＫYａ=ＫGap傳質(zhì)單元高度2。4.2傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)NＯG=脫吸因數(shù)為S＝NOG===20.２12．4．3填料層高度的計(jì)算?。?%剩余量Z’＝１.2Z=１。２x13.５4=１６．2５m〉4m，須分段Z０＝（2.3-3。0)D=3x1=3m須分5段Ｚ’=４x５＝２0m核算,滿(mǎn)足要求.2．5填料層壓降計(jì)算計(jì)算時(shí)，先根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標(biāo)值。再根據(jù)操作空塔氣速Ｕ用有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)值.通過(guò)作圖得出交點(diǎn),讀出過(guò)交點(diǎn)的等壓線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值.用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算壓降時(shí)，所需填料因子與液體噴淋點(diǎn)密度有關(guān)，為了工程計(jì)算的方便，常采用與液體噴淋密度無(wú)關(guān)的壓降填料因子平均值.埃克特通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)為=9。５5由于取值超出了界限，無(wú)法正確讀取的值。2．6吸收塔接管尺寸計(jì)算一般管道為圓形,d為內(nèi)徑，水流速為０。５~3m/s氣體流速10~３０m/s(１）氣體進(jìn)口直徑查熱軋無(wú)縫鋼管（ＧＢ8163—８7)得，可選用管外徑81mm,壁厚4ｍｍ則氣體出口直徑d2＝d１=81mm噴液進(jìn)口直徑查熱軋無(wú)縫鋼管(ＧB8１63-８７）得，可選用管外徑2７3mｍ，壁厚8mm則噴液出口直徑d4=d3＝27３mm２.7附屬設(shè)備2。7.1填料支承裝置填料支承結(jié)構(gòu)用于支承塔內(nèi)填料及其所持所有的氣體和液體的重量的裝置。對(duì)填料的基本要求是：有足夠的強(qiáng)度以支承填料的重量;提供足夠的自由截面以使氣液兩相流體順利通過(guò)，防止在此產(chǎn)生液泛；有利于液體的再分布;耐腐蝕，易制造，易裝卸等.常用的填料支承板有柵板式和氣體噴射式。這里選用柵板式支承板，Dg1200。2。7。2液體噴淋裝置選用盤(pán)式分布器.D1=（0。6—0。8）Ｄ=0。6５x1=0.65ｍ厚度s=4－6ｍm，選用5ｍｍ2。7。3塔頂除霧器選用絲網(wǎng)除霧器,絲網(wǎng)除霧器：分離效率高，阻力小，重量較輕，占用空間小。設(shè)計(jì)氣速,其中K可取0。0８－０.11絲盤(pán)網(wǎng)的直徑?。?０mm選用金屬絲網(wǎng)，絲網(wǎng)層厚度h=１00mm=150mm2.7.4液體再分布器選用槽型再分布器。Ｄ1＝(0.7—0。8）D＝0。75x1=0。7５mh1=D/5=1／5=0。2m厚度s=4mm2。7。5確定塔高塔高＝塔頂空間+安裝進(jìn)氣管與填料距離+進(jìn)氣管與塔底液面距離+分布器間隙+填料層+塔底液面空間塔頂空間一般取1。2-1。5ｍ，這里取1．2ｍ安裝進(jìn)氣管與填料距離=D＝1.0m進(jìn)氣管與塔底液面距離=0．3ｍ分布器間隙＝(h0－Z0）(10-1）=(4x１-３)x９=９ｍ填料層=4x５=20m塔底空間=塔高＝1.2+1.0+0。3＋9＋20+20.5=52m第三章總結(jié)3．1設(shè)計(jì)中問(wèn)