水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收的设计

1、四川大学化工原理课程设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收的设计设计者： 王政指导教师： 曹丽淑学院： 化学工程学院专业： 过程装备与控制工程 学号： 0943082009 目录一、 题目及数据二、 流程图三、 设计方案的确定1.装置流程的确定 2.填料的选择四、基础物性数据1.液相物性数据 2.气相物性数据 3.气液相平衡数据五、物料衡算1.进出塔气相摩尔比、最小液气比 2.热效应计算六、填料塔工艺尺寸计算1.塔径的计算 2.填料高度计算七、附属设备的选择八。、参考文献(一)题目及数据：题目：设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔数据：气体混合物1.组成（v%）：co2

2、 11%, h2 65%, n2 21%, ch4 0.5%, co 2.2%, o2 0.3%2.气体量：36003.温度：303k4.压力：1700 (二)气体出口要求(v%):co2 0.66 % (三)吸收剂：水（二）、流程（三） 设计方案的确定1.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。因为用水作为吸收剂，同时co2不作为产品，故采用纯溶剂。2.填料的选择：对于水吸收co2的过程，操作温度较低，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，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用聚丙烯塑料阶梯环填料。（四）、基础物

3、性数据1. 液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，303k时水的有关物性数据如下：密度为 =995.7粘度为 =8pa.s=2.88表面张力为 =72.6dyn/cm=940896co2在水中的扩散系数为 2.气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为 =11%*44+65%*2+21%*28+0.5%*16+2.2%*28+0.30%*32=12.812 假临界压力为 =7380*11%+1300*65%+3390*21%+4600 *0.5%+3500*2.2%+5040*0.3%=2606.9kpa 假临界温度为 =304.20*11%+33.20*6

4、5%+126.20*21%+190.6*0.5%+132.90*3.5%+154.60*0.3%=90.1k 故而对比压力为 =1700/2606.9=0.652对比温度为 =3.363查化工原理设计导论图2-1得 z=0.98混合气体的粘度的计算为查四川大学版化工原理上册附录10可得在298k时各气体的粘度为：所以该混合气体的粘度为：（根据化工原理设计导论）得co2在空气中的扩散系数计算为：查化工原理设计导论得：二氧化碳： 混合气体分子量：303k，17bar下二氧化碳在混合气体中的扩散系数为：3.气液相平衡数据由手册查得，常压下303k时在水中的亨利系数为e=1.88溶解度系数为由手册查得

5、co2的临界压力 临界温度 故而对比温度 对比压力根据化工原理设计导论图2-1查得 =0.92逸度f=p=17000.92=1564kpa所以(五)物料衡算1.进塔气相摩尔比为出塔气相摩尔比为进塔惰性气相流量为进气处相平衡为该吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算即：对于纯吸收剂吸收过程，进塔液相组成为=0取操作液气比为1.3,1.5,1.8.1=1.5时2=1.3时，=147.86 l=21149.3 3=1.8时, =204.73 l=29284 2.热效应的计算水吸收co2的由化工原理设计导论图4-5查得co2的溶解热q为106kcal/kg=443.66kj/k

6、g同时水的比热由公式得：(1)=1.5时， 小于1摄氏度（2）=1.3时，（3）=1.8时，由此可知三种情况下该吸收过程均可等视为等温过程。(六)填料塔的工艺尺寸的计算1.塔径的计算采用贝恩-霍根关联式计算泛点气速气相质量流量为液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即(1)=1.5时 (2)=1.3时 kg/h(3)=1.8时 其中塑料阶梯环的参数如下：a=0.204 k=1.75 由得(1)=1.5时取由圆整塔径，取d=1.6m泛点率校核：填料规格校核：液体喷淋密度校核取最小润湿率为：由天大版化工原理课程设计附录五查得经上校核可知，填料塔直径选用d=1600mm合理。(2)=1.3时 取 d=

7、1.44m圆整塔径，取d=1.5m u=0.037m/s (在允许范围内)8 经上校核可知，填料塔直径选用d=1500mm合理(3)=1.8时 取 d=1.73m圆整塔径，取d=1.8m u=0.026m/s (在允许范围内) 经上校核可知，填料塔直径选用d=1800mm合理2.填料高度的计算(1)=1.5时脱吸系数为气相传质单元数为气相总传质单元高度采用修正的恩田关联公式计算：由化工原理课程设计天津大学版表5-13气膜吸收系数由下式计算：气体质量通量为液膜吸收系数由下式计算：则 则 由 由 设计取填料高度为查化工原理课程设计天大版表5-16，对于阶梯环填料，取 ，则，故不需分段。(2)=1.

8、3,s=0.813, 50% 设计取填料高度 50% z=1.46m 设计取填料高度为2mh,不需分层l/(kmol/h)u/(m/s)d/mmz/m1.321149.37.910.05800.040615003.51.524403.36.890.04770.032916003.01.829283.05.710.03950.028018002.0通过比较，液气比在1.5时，流量、速度、塔径、高度以及溶质摩尔分数较合适，选这种方案3、填料层压强计算其中 (七)附属设备的选择a填料支撑板：直径为1600mm，大于1400mm，分为四块，用栅板制成，选用梁式气体喷射支撑板。b液体喷淋装置：管式喷淋器、莲蓬式喷淋器、冲击式淋洒器c气体入口装置：通常将气体进口管端切成向下的斜面或作成向下的切口并一直伸到塔的内部d封头：选用标准椭圆封头（a=2b）e泵的选择： 选管径d=80mm 管壁厚度=3.5mm 查表选4b54a型泵（八