水吸收二氧化碳填料塔课程设计

1、化工原理课程设计报告年级07级专业生物工程设计者姓名设计单位完成日期2009年11月15日设计任务书（一）设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的CO2,混合气体的处理为1500m3/h,其中CO227%。要求塔板排放气体中含CO低于0.6%,采用清水进行吸收。（二）操作条件常压，28C（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'、概述4二、计算过程41 .操作条件的确定4

2、1.1 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112.5 吸收塔接管尺寸的计算.122.6 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

3、。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1.1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。1.2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。1.3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。1.4操作温度与压力的确定28C,常压(二)填料吸收塔的工艺尺寸的计算2.1 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

4、似取水的物性数据查得，301K时水的有关物性数据如下：h)密度p=998.2kg/m粘度区=0.836x10-3Pa,s=3.0kg/(m3表面张力6=72.6dyn/cm=940896kg/hCO2在水中的扩散系数为DL=1.77x10-9m/s=6.372乂10-6ni/h气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为1/=丫|/1=0.27X44+0.73X29=33.05混合气体的平均密度p1.338kg/m3PMvm101.333.05RT8.314301混合气体粘度近似取空气粘度，手册28C空气粘度为以v=1.78x10-5Pas=0.064kg/(m?h)查手册得CO2在空气中的扩散系数为

5、DV=1.8X10-5m/s=0.065m2/h由手册查得28c日tCO在水中的亨利系数E=180kPa相平衡常数为m上侬1.78P101.3溶解度系数为H=一驾23.08104kmol/(m3?kPa)EMs1.8105182.2 物料衡算进塔气相摩尔比为丫1=0.270.027710.27出塔气相摩尔比为¥2=0.0227X0.006=1.662X10-4进塔惰性气相流量为V=1500空(10.27)44.34kmol/h22.4301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(?丫1丫2minY1/mX2对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0Y丫20.0

6、2771.662104min1.77丫/mX20.0277/1.780取操作液气比为L/V=1.5L/V=1.5X1.77=2.655L=2.655x44.34=117.72kmol/hV(Y1-Y2)=L(X1-X2)_4、/.X1=44°34(0.02771.66210)0.0104117.222.3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W=1500X1.338=2007kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算即W=117.72x18.02=2121.31kg/hEckert通用关联图横坐标为WL()05也生(竺竺)。.50.0234W

7、vl2007998.2查埃克特通用关联图得也匚？：20.226gl查表(散装填料泛点填料因子平均值)得f260m1Uf0.226gl0.2269.81998.20.2FVL26011.33810.22.552m/s泛点率校核u=uUf填料规格校核:d液体喷淋密度校核,60024825取最小润湿速率为取u=0.8uf=0.8乂2.522=2.0176m/s41500/36000.513m3.142.0176圆整塔径，取D=0.6m1500/36002.12m/s0.7850.62Z12-100%=84.18%(在允许范围内)2.5223(LWmin=0.08m/m.h查塑料阶梯环特性数据表得:型

8、号为DN25的阶梯环的比表面积at=228m2/m3min=(Lminat=0.08X228=18.24m7m2hu=经校核可知,212131/998.2-7.51Umin0.7850.62塔径D=600mr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VL15(L)min151.7726.55L=26.5乂117.22=3112.2kmol/h_44。32(0.02771.662104)X10.00043112.2此时气相质量流量为W=1500X1.338=2007kg/h此时液相质量流量为贴3112.2x18.02=56081.8kg/hEckert通用关联图横坐标为WlV、0

9、.556081。82007(坐严0.76998.2查埃克特通用关联图得也匚？,？02gl0.035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F170m1Uf0.035gL0.2FVL0.0359.81998.2_0217011.33811.228m/s取u=0.8uf=0.8x1.228=0.982m/s41500/36000.74m3.140.982圆整塔径，取D=0.8mk上加状妗1500/3600此点率校核U=20.83m/s0.7850.82些-100%=84.52%(在允许范围内)Uf0.982填料规格校核：D驷218d25液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为3(Lv

10、v)min=0.08m/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/m3min=(Lmina=0.08x132.5=10.6m3/m2.hU=56081.8/998.20.7850.82111.8Umin经以上校核可知，填料塔直径先用D=800m喻理填料层高度计算Y1=mX=1.78X0.0004=0.000712Y2=mX=0脱因系数为S=mV1.7844.340.0254L3112.2气相总传质单元数1,C丫1丫2CNo(=In1SS1S丫2丫2In(110.02540.0254)0.027701.666210400.0254=5.223气相总传质单

11、元高度采用修正的恩田关联式计算0.750.1/cUl1exp1.45-LatLU2atLLat0.05c0.2U2LLat查常见材质的临界表面张力值表得2c=33dyn/cm=427680kg/h2液体质量通量为Ul56081.80.7850.82111627.79kg/(m2?h)1exp0.0520.211162779998294089613250.750.12彳，l427680111627791116277913251.45；三94089613253.099821.7210=0.502吸收系数由下式计算0.71/3UvKG0.237VatVVVDVatDVRT质量通量为Uv15001.3

12、380.7850.823994.82kg/m2?hKG0.2373994.820.70.0641/3132.50.065132.50.0641.3380.0658.314301=0.237x73.53x0.894x0.004=0.0623kmol/(mkPa)吸收系数由下式计算Kl0.00952/3Ul1/2Kl0.0095aWLLLK1/3Lg111627790.564132.53.02/33.0998.26.3721063.01.27108998.21/3=1.189m/hKGaKGaW1.1查常见填料的形状系数表得1.45KGaKGaW1.10.06230.654132.51.451.1

13、6.973kmol/(m3?h?kPa)KLaKLaW0.41.1890.564132.51.450.4103.092/hu/uf=66.17%>50%1.4KGa19.50.5KGaUf2.2Kla12.60.5KLaUf得KGa19.50.66170.5146.97312141<mo/m3?h?kPa2.2.得&a12.60,66170.510309210796/h111KgHKla3-10.53kml/m?h?kPa11H3GzVKyaVKGaP44.34ZZZ210,53101.30,7850.80.083m12.1410.725107.96Z=H)Ng=0.083

14、X5.223=0.434m得Z'=1.5x0.434=0.6503m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-815hmax<6mD取h/D=8则h=8X800=6400mm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0。5根据气液负荷及有关物性数据，求出横坐标处上值WvL再根据操作空塔气速U用有关物性数据，求出纵坐标2幺？上？：2值。通过作图得出交点，读出过交点的等压gl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

15、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。5WL上=0。468WvL查散装填料压降填料因子平均值表得P116m1查通用关联图得：P/Z=298.6Pa/m填料层压降为P=298.6X1=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41500134mmd4V1:u3.14360030气体出口直径d2=di=134mm喷液进口直径d4Vd3u456081.8/998.2200mm3.1436

16、000.5喷液出口直径d4=d3=200mm排液口直径d5=d/2=100mm2.6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。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

17、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，化学工程手册一一气液传质设备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L7<X-t解阻的模作域和中小液气比埃克特通用关