甲醇填料吸收塔.doc

化工设备选型实 验 名 称： 甲醇填料吸收塔 学 院： 专 业： 班 级： 组 长 姓 名： 组 员 姓 名：日 期： 12题目混合气体流量3800Nm3.h-1, 混合气体组分含甲醇5%，空气95%（体积比）,混合气体温度40,要求吸收率96%，操作压强1atm，吸收剂纯水温度20，选择塑料鲍尔环DN50，设计甲醇填料吸收塔。第一节 平衡关系及物料衡算 1.1 平衡关系 CL水在塔温度tm=(塔顶+塔底)/2下的比热 kJ (kmol K)-1f甲醇的微分溶解热，kJkmol-1。f =6310+rr入塔气体温度下甲醇的冷凝潜热，kJkmol-1查化工工艺算图第一册，常用物料物性数据，得吸收剂水的平均比热容CL=75.366 kJkmol取X=0.04，查阅相关资料得到，T1=25，T2=27.2287，由上式计算得出f=43091 kJkmol对低组分气体吸收，吸收液浓度很低时，依惰性组分及比摩尔浓度计算较方便，故上式可写为： tL=25+(4309175.366)X 由此可依据再根据X的值计算出不同的t值。 亨利系数E的计算 其中t的单位是，E的单位是atm。 一直计算到y*y1为止。根据题目：即y*0.05依据上式X取0，X=0.04，求出相应x浓度下吸收液的温度 ，计算结果列于下表由表中数据可见，浓相浓度x变化0.004时，温度升高2.287，依此求取平衡线。各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据xT()E（atm）my*(10-3)X(10-3)Y*(10-3)0250.2510.2510000.00427.2870.2840.2841.1374.0161.1380.00829.5740.3210.3212.5688.0652.5750.01231.8610.3620.3624.34412.1464.3630.01634.1480.4070.4076.51216.266.5550.0236.4350.4580.4589.1620.4089.2450.02438.7220.5130.51312.31224.5912.4750.02841.0090.5740.57416.07228.80716.3350.03243.2960.640.6420.4833.05820.9080.03645.5830.7140.71425.70437.34426.3820.0447.770.7490.74931.7641.66732.8120.04450.1670.8820.88238.80846.02540.3750.04852.4440.9780.97846.94450.4249.2550.05254.8321.0811.08156.21254.85259.560.05657.0281.1961.19766.96759.23271.874注：（1）平衡关系符合亨利定律，与液相平衡的气相浓度可用y*mX表示； （2）吸收剂为清水，x0，X0；（3）近似计算中也可视为等温吸收。 由前设X值求出液温 ，依上式计算相应E值，且m ，分别将相应E值及相平衡常数m值列于表1中第3、4列。由y*mX求取对应m及X时的气相平衡浓度y*，结果列于表1第7列。根据Xy*数据，绘制XY平衡曲线见附录。1.2 物料衡算 进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为101.3kPa，故：混合气量3800（）=147.5 kmolh混合气中甲醇量=147.50.05=7.735 kmolh =7.73532=236 kgh 混合气中空气量=147.5-7.735=139.765 kmolh =139.76529=4053.185 kgh 进塔气相摩尔比为： 出塔气相摩尔比为：Y2=Y1（1-fA）=0.05263（1-0.96）=0.0021052进塔惰性气相流量为：V=（380022.4）（273273+40）（1-0.05） =140.565 kmolh. 为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： 因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成，由上表得到X2*=0.052,所以 Lmin=140.565=136.577 kmolh. 由于操作的液气比的范围为： 选择操作液气比为：L=1.6Lmin=1.6136.577=218.5232 kmolh. =218.523218=3933.4176 kg/h V（Y1-Y2）=L(X1-X2) X1= VL(Y1-Y2) 且 X2 =0 X1= X1= 0.0325 X1=0.0315 x1=0.031 第二节 填料塔工艺尺寸计算2.1 塔径的计算 u =（0.60.8）（化工单元操作及设备P206 16-45） 采用Eckert通用关联图法计算泛点气速 相关计算 塔底混合气流量VS4053.185+236 =4289.185kgh 液相流量可近似按纯水的流量计算：L=218.523218=3933.42 kg/h 埃克特通用关联图进塔混合气密度=1.13 kg(混合气浓度低，可近似视为空气的密度)吸收液密度996.95kg/吸收液黏度0.8973 mPas经比较，选DN50mm塑料鲍尔环(米字筋)。查化工原理教材附录可得，其填料因子=124，比表面积A109 关联图的横坐标值 ()1/2=0.5=0.0309 由图查得纵坐标值为0.18即0.2=0.0112uF2=0.18 故液泛气速=4 m/s 操作气速 u0.70.74=2.8 m/s (3).塔径=0.579m=579mm 取塔径为0.6m(4)核算操作气速U=3.73 m/s (5)核算径比D/d600/5012，满足鲍尔环的径比要求。 2.1.1 填料层喷淋密度的校核：填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率 。最小喷淋密度0.08106.48.512 /(m2h)因 =13.96/(mh) 满足最小喷淋密度要求。2.2 填料层高度计算 算填料层高度，即Z(1)传质单元高度计算=，其中=|（化工单元操作及设备 P209 16-7本设计采用（恩田式）计算填料润湿面积aw作为传质面积a，依改进的恩田式分别计算及，再合并为和。列出备关联式中的物性数据气体性质(以塔底40，101.325kPa空气计)：1.13 kg/ (前已算出)；0.01885 (查附录)；1.09液体性质(以塔底25水为准)：996.95 kg/；0.8973Pas；=1.344 (以式计算)(化学工程手册 10-89)，式中为溶质在常压沸点下的摩尔体积，为溶剂的分子量，为溶剂的缔合因子。71.6Nm(查化工原理附录)气体与液体的质量流速： LG=3.866VG=4.216 塑料鲍尔环(乱堆)特性：50mm0.05m;A106.4;=40dy/cm=4010-3 N/m;查化学工程手册，第12篇，气体吸收，有关形状系数，=1.45（鲍尔环为开孔环）依式液体表面张力，N/m； 填料上液体铺展开的最大表面张力，N/m。要求C。C的值见表。液体空塔质量通率，kg/(sm2)； ，液体的粘度，Ns/m2和密度，kg/m3。不同填料材质的C值材质C/（mN/m）材 质C/（mN/m）碳56聚乙烯33陶瓷61钢75玻璃73涂石蜡的表面20聚氯乙烯40 =-1.45(0.228)(1.47)(1.52)(0.33)=(-0.243)=1-e-0.243=0.22故=106.40.22=23.41根据KL=0.0051()2/3()1/3()1/3(atdp)0.4式中 液相传质系数，kmol/（m2 s kmol/m3）； 溶液在液相中的扩散系数，m2/s；填料的名义尺寸，m。 =0.005137.268.560.021.06 =0.034 m/s 依式kG= 5.23()0.7()13()(atdp)= =5.23(211.6)(1.15)(4.4610-7)(1.17) =6.6410-4 kmol/(m2SkPa)故=1.6123,41=3.310-3 (m/s)=6.6410-323.41=0.155(2)计算 ，而，H=（化工单元操作及设备 P189 16-21a）。由于在操作范围内，随液相组成和温度的增加。2.54kPa , =0.218 =414.34=2.4110-3=P=2.4110-3101.3=0.2442.2.1传质单元数计算NOG=（化工单元操作及设备 P209 16-54a）（化工单元操作及设备 P212 16-26）YI-Y1*= YI-mx1=0.064-0.0310.251=0.056Y2-Y2*= Y2-mx2=0.00256-0.0350.0284=0.00157=0.0151m2.2.2传质单元高度计算计算=0.54m填料层高度z计算ZHOG NOG0.542.541.37m则需DN50mm塑料鲍尔环的填料层高度z1.37， 此时选择填料层高度为2m6m 故不需要分段2.3 填料层压降的计算取 Eckert (通用压降关联图)；将操作气速(3.73 m/s) 代替纵坐标中的查表，DN50mm塑料鲍尔环的压降填料因子125代替纵坐标中的则纵标值为：= 0.18 横坐标为： 0.037 根据以上二数值在埃克特图中的点确定塔的操作点， 查图得，此点位于P/Z=150Pa/m与P/Z=200Pa/m两条等压线之间。用内插法估算可求得每米填料层的压强降约为190Pa/m 190Pa/m 全塔填料层压降 =1902=380 Pa注： 1.计算结果总表设计名称甲醇的填料吸收塔操作压强1atm填料数据种类填料尺寸泛点填料因子压降填料因子空隙率比表面积塑料鲍尔环50500.612494m-10.96109物性数据液相气相液体密度996.95kg/混合气体的平均密度1.13 kg液体粘度0.8973 mPas混合气体的粘度1.9010-5 PaS液体表面张力892731kg/h2混合气体平均摩尔质量29.3g/mol扩散系数1扩散系数1.2510-9m2/s填充系数0.68填充系数3.1物料衡算数据Y1Y2X1X2气相流量G液相流量L最小液气比操作液气比0.052630.00210520.03204289.185kgh3933.42 kg/h1.11.6工艺数据填料类型塔速塔径气相总传质单元