水吸收二氧化碳填料塔课程设计.doc

设计任务书（一） 设计题目试设计一座吸收塔，用于脱除混于空气中的CO2，混合气体的处理为3500m3/h,其中CO2 3。要求二氧化碳吸收率为90%，采用清水进行吸收。（二） 操作条件常压，28（三） 填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选（四） 设计内容1、 吸收塔的物料衡算2、 吸收塔的工艺尺寸计算3、 填料层压降的计算4、 吸收塔接管尺寸的计算5、 绘制吸收塔的结构图6、 对设计过程的评述和有关问题的讨论7、 参考文献8、 附表目录一、概述4二、计算过程41. 操作条件的确定41.1吸收剂的选择.41.2装置流程的确定.41.3填料的类型与选择41.4操作温度与压力的确定42. 有关的工艺计算52.1基础物性数据52.2物料衡算62.3填料塔的工艺尺寸的计算62.4填料层降压计算11 2.5吸收塔接管尺寸的计算.12 2.6附属设备 .12三、评价.13四、参考文献.13五、附表14一、 概述填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量小，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。二、 设计方案的确定(一) 操作条件的确定11吸收剂的选择 因为用水作吸收剂，同时CO2不作为产品，故采用纯溶剂。12装置流程的确定 用水吸收CO2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传质效率，选择用逆流吸收流程。13填料的类型与选择 用不吸收CO2的过程，操作温度低，但操作压力高，因为工业上通常选用塑料散装填料，在塑料散装填料中，塑料阶梯填料的综合性能较好，故此选用DN聚丙烯塑料阶梯环填料。14操作温度与压力的确定 28，常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 21基础物性数据液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据 查得，301K时水的有关物性数据如下： 密度=998.2kg/m 粘度=0.83610-3Pas=3.0kg/(mh) 表面张力=72.6dyn/cm=940896kg/h3 CO2在水中的扩散系数为DL =1.7710-9m2/s=6.37210-6m2/h 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为Mvm=yiMi=0.03440.9729=29.45混合气体的平均密度vm= 1.192kg/m3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28空气粘度为 V=1.7810-5Pas=0.064kg/(mh) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 DV=1.810-5m2/s=0.065m2/h 由手册查得28时CO2在水中的亨利系数E=180kPa 相平衡常数为m= 溶解度系数为H=2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1= 出塔气相摩尔比为Y2=0.03110%=0.0031 进塔惰性气相流量为V= 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即（ 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 （ 取操作液气比为L/V=1.5L/V=1.51.603=2.4045 L=2.4045137.464=330.532kmol/h V(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1=2.3填料塔的工艺尺寸计算 塔径计算 采用Eckert通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 WV=35001.192=4172kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算 即WL=330.53218.02=5956.19kg/h Eckert通用关联图横坐标为 查埃克特通用关联图得 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得 取u=0.8uF=0.82.385=1.908m/s 由0.8056m 圆整塔径，取D=1.0m 泛点率校核 u= =51.93(在允许范围内) 填料规格校核： 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （LW）min=0.08m3/mh 查塑料阶梯环特性数据表得： 型号为DN25的阶梯环的比表面积 at=228 m2/m3 Umin=(LW)minat=0.08228=18.24m3/m2h U= 经校核可知，塔径D=1000mm不合理 经反复校核仍得不出合理的D值 经综合考虑，取操作液气比为 L=24.045137.464=3305.32kmol/h X1= 此时气相质量流量为WV=35001.192=4172kg/h 此时液相质量流量为WL=3305.3218.02=59561.9kg/h Eckert通用关联图横坐标为 查埃克特通用关联图得 改选型号为D38的阶梯环 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得 取u=0.8uF=0.81.475=1.180m/s 由1.024m 圆整塔径，取D=1.2m 泛点率校核 u= =72.88(在允许范围内) 填料规格校核： 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （LW）min=0.08m3/mh 查塑料阶梯环特性数据表得： 型号为DN38的阶梯环的比表面积 at=132.5m2/m3 Umin=(LW)minat=0.08132.5=10.6m3/m2h U= 经以上校核可知，填料塔直径先用D=1200mm合理填料层高度计算 Y=mX1=1.780.00116=0.0020648 Y=mX2=0 脱因系数为 S= 气相总传质单元数 NOG= = =2.412 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 查常见材质的临界表面张力值表得 c=33dyn/cm=427680kg/h2 液体质量通量为 =0.4397吸收系数由下式计算 质量通量为 = 0.23766.050.9380.0034= 0.0505kmol/(m3hkPa) 吸收系数由下式计算 =1.4252m/h 查常见填料的形状系数表得 u/uF=72.8850 得 得 HOG=Z=HOGNOG=0.13852.412=0.3341m得Z=1.50.3341=0.50115m取填料层高度为Z=2m查散装填料分段高度推荐值表对于阶梯环填料 hmax6m取h/D=8 则h=81200=9600mm计算得填料层高度为2000mm，故不需分段2.4填料层压降计算散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。计算时，先根据气液负荷及有关物性数据，求出横坐标值。再根据操作空塔气速U用有关物性数据，求出纵坐标值。通过作图得出交点，读出过交点的等压线数值，即得出每米填料层压降值。用埃克特通用关联图计算压降时，所需填料因子与液体喷淋点密度有关，为了工程计算的方便，常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平均值。埃克特通用关联图横坐标为=0.468查散装填料压降填料因子平均值表得查通用关联图得：P/Z=298.6Pa/m填料层压降为P=298.61=298.6Pa查此图时，一定要看好，最好用两个直角板找到横坐标和纵坐标的交点，在估计出合理的等压线数值。2.5吸收塔接管尺寸计算 一般管道为圆形，d为内径，水流速为0.53m/s 常压下气体流速 1030m/s 则气体进口直径 气体出口直径 d2=d1=203mm 喷液进口直径 喷液出口直径 d4=d3=205.5mm 排液口直径 d5=d3/2=102.75mm2.6附属设备 （1）本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分面器，且填料层不高，可不设液体再分布器。 （2）塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及压板。三、评价 设计中问题的评价：1、 对于吸收塔基本尺寸的确定以及数据来源，物性参数，合适取值范围的确定要按具体的实际设计情况来定。2、 对于吸收塔填料装置的材料属性，以及经济效益要综合考虑工艺的可能性又要满足实际操作标准。3、 对于吸收塔的温度的确定，由吸收的平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度，对于压力的确定，选择常压，减少工作设备的负荷。设计体会 刚拿到任务说明书时，一脸茫然，大家都是第一次接触到这个陌生的东西，面对大量繁琐的计算，我的头都大了，其中我得了一个很不合理的数据，经过反复查找，才发现前面有个小数点弄错了，我深深体会到了科学需要的严谨性。在设计课程报告时，要输入大量的公式，我自学了一点公式编辑器的知识，感觉它非常有用，今后有时间还得好好学学。我会好好对待以后的每一次设计，让老师满意。希望老师对我这次的表现认可。四、参考文献1、化学工程手册编辑委员会，化学工程手册气液传质设备2、贾绍义，紫诚敬化工原理课程设计天津大学出版社，20023、刘乃鸿等现代填料塔技术指南天津，中国石化出版社19984、徐崇嗣等塔填料产品及技术手册北京，化学工业出版社19955、姚玉英化工原理，下册天津大学出版社1999五，附表 埃克特通用关图 填料名称规格（直径高厚）/mm材质及堆积方式比表面积/m2.m3空隙率/m3/m3湿填料因子/m-1阶梯环2512.51.4塑料乱堆2230.90172阶梯环38.5191塑料乱堆132.50.91115 阶梯填料的特性参数主要符号说明填料层的有效传质比表面积 aW填料层的润滑比表面积 A吸收因数，无因次 D填料直径 dt填料当量直径 D扩散系数。塔径 E亨利系数 G重力加速度 H溶解度系数 HG气相传质单元高度 HL液相传质单元高度 ut液泛速度 KG气膜吸收系数 S解吸因子 U空塔速度 填料因子袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈