水吸收二氧化碳填料塔课程设计

153654163设计方案简介1.1设计题目试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的二氧化碳气体。混合气体的处理量为―刚突然突然 吐刚茹柔为25°C。要求：塔顶排放气体中含二氧化碳低于—0.04%―（体积分数）；二氧化碳的回收率达到。1.2设计方案的确定用水吸收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。因为用水作吸收剂，同时CO2不作为产品，故采用纯溶剂。1.3填料的选择1.3.1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。1.3.2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。1.3.3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DN50聚丙烯塑料阶梯环填料。1.3.4操作温度与压力的确定20C，常压工艺计算2.1基础物性数据2.1.1.液相物性数据对低浓rerew取纯水的物性数据。298K时水的有关物性数据如下:密度为：PL=998.2kg/m3粘度为：u=1.0X10-3Pa•s=3.6kg/(m•h)表面张力为：6=72.6dyn/cm=9408tr为：D=1.77X10-9m2/s=6.327X10-6m2/h2.1.2气相物性数据 L混合气体的平均摩尔质量为：MV=^y.M.=0.06X44+0.94X29=29.90g/mol混合气体进塔温度为25C ° ||混合气体的平均密度为:PMvm101329.90混合气体的平均密度为:PMvm101329.90Vm=RT 8.314x298=1.223kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，20°空气的粘度为:uV=1.81X10-5Pa-s=0.065kg/(m・h)查手册得CO2在空气中的扩trt为：Dv=0.122cm2/s=0.044m2/h2.1.3气液相平衡数据由手册查得20°C时CO2在水中的亨利系数E=1.44x105kPa相平衡常数为蚌皋相平衡常数为蚌皋=仰=1421.5溶解度系数为H=看998.2溶解度系数为H=看998.2=3.847x10-4kmol/(m3•kPa)144000x182.1.4物料衡算进塔气相摩尔比为:出塔气相摩尔比为:y—1—进塔气相摩尔比为:出塔气相摩尔比为:y—1—1-y1Y2=0.0638X0.06=3.828X10-3ML=0.06381-0.06进塔惰性气相流量为：V=5200x竺(1-0.06)=199.91kmol/h22.4298该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即L Y1-Y2Vmin Y1/m-X2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0=1336.210.0638-3.828x10-=1336.210.0638/1421.5-0取操作液比为:V=1.1(V)min-=1.1x1336.21=1469.83VL=1469.83x199.91=293833.72kmol/hV(Y-Y)=L(X-X)1 2 1 2X—199.91x(0.0638-3.828x10-3)_40乂1051= 293833.72 =. -2.2填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1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=5200x1.223=6359.6kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：

5294883.63,1.223、 x( )0.5=29.1436359.6 998.2W5294883.63,1.223、 x( )0.5=29.1436359.6 998.2Eckert通用关联图的横坐标为：W（普）0.5VL因为数值太大，不适宜用Eckert通用关联图计算泛点气速用贝恩一霍根关联计算泛点气速u2a p ,lg—F(f)G-V)曰0.2=A-Klgg£3pL其中A=0.204K=1.75lgu2 114.21.2231lgu2 114.21.2231八1”―j( )( )x1o.2=0.204-1.75x9.810.9273998.2(5294883.63)"1.22318I6359.6)1998.2；计算得u=0.088由D=4V&=兀u取u=0.8%=由D=4V&=兀u4x5200/3600=5113.14x0.0704 •圆整塔径，取D=5.2m、十上#"歹 5200/3600泛点率校核：u= =0.068m/s0.785x5.2200竺x100%=77.3%（在允许范围内）uF0.088填料规格校核：D5200—= =104>8d50液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为：（Lw）min=0.08m3/m-h查表得:a=114.2m2/m3U.=(L)a=0.08x114.2=9.136m3/m2?iU=3485199；998.2=11953>U0.785x0.612 min经以上校核可知，填料塔直径选用D=52000mm合理。2.2.2填料层高度计算Y1*=mX1=1421.5x5.3x10-5=0.0753y2*=mX2=0脱吸因数为：mV1421.5x133S= = =0.9/8L193407.27气相总传质单元数为:N”=Lln[(1-S)Y1—Y2*+S]=一1一ln[(1-0.978)°g1-S Y2-Y2. 1-0.978。0753-0+0.978]=15.6425.27x10-3-0气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:色=1一exp{-1.45(气)0.75(-^)0.1('°%)_o.o5( _)0.2)at aL PL2g P^L%查表得:气=33dyn/cm=427680kg/h2液体质量通量为以w=匚X[—145x(427680)075x(11931588.15 11931588.152x114.2005苛—-exp{—.x(940896)°'"x114.2x3.6加X(998.22x1.27x108次，X「11931588.152( )0.2}=0.999998.2x940896x114.2U=3485199=11931588.15kg/(m2-h)l0.785x0.612气膜吸收系数由下式计算:k=0.237(也)0.7(_^)1/3(5DV)g 以Fv PvDv RT气体质量通量为TT 3200x1.299Ur= =14230.8kg/(m2-h)V0.785x0.612k=0.237(14230.8)0.7(―0065 )1/3(114.2x0.044)=12.6x10-3kmol/(m2-h-kPa)g114.2x0.065 1.299x0.044 8.314x293液膜吸收系数由下式计算:TOC\o"1-5"\h\zk=0.0095(-^)2/3(-^)-1/2(hi)1/3aM PLDL PL11931588.15、, 3.6 、 ,3.6x1.27x108=0.0095( )2/3( )-1/2( )1/30.794x114.2x3.6 998.2x6.327x10-6 998.2=72.769m/h由kGa=kGawW”,查表得：W=1.45，则:

kGa=kGa^li=6.930x10-3x0.794x114.2x1.451.1=0.946kmol/(m3-h-kPa)kLa=kLa^o.4=2.564x0.794x114.2x1.450.4=269.741/h—=0068x100%=77.3%>50%uf0.088kGa=[1+9.5(巴-0.5)i.4]kGa,kLa=[1+2.6(U-0.5)2.2]kLa,

由G uf GL uf L得kfGa=[1+9.5(0.773—0.5)1.4]x0.946=2.406kmol/(m3-h-kPa)kfLa=[1+2.6(0.773-0.5)2.2]x269.74=310.061/h1~~11~~1 1 + 2.4063.847x10-4x310.06=0.114kmol/(m3-h-kPa)=0.816mTT=0.816mHe= = = 由°gk#QKGaPQ0.114x101.3x0.785x5.22由Z=HogNog=0.816x12.628=10.304mZ'=1.25x10.304=12.88m设计取填料层高度为Z'=13mh=8~15查表，对于阶梯环填料，D ,hmax<6m。=8取D，则h=8x5200=41600mm>13000mm计算得填料层高度为13000mm，故分成两段，每段高6.5m。2.2.3填料层压降计算Wp由于访(pv)0.5=29.143>10由于VL

所以只能按照另一种方法计算填料层压降，根据图ufP曲线800rroo-/^=20Pa/m可以大致看出，当u=0.0704m/s时，/Z所以，压降AP=20x13=260Pa2.2.4液体分布器简要设计2.2.4.1液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。它具有较大的操作弹性和极好的抗污堵性，特别适合于大气液负荷及含有固体悬浮物、粘度大的液体的分离场合，应用范围非常广泛。2.2.4.2分布点密度计算Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径,mm分布点密度，点/m2塔截面D=400330D=750170DM120042按Eckert建议值，因该塔液相负荷较大，当DN1200时，喷淋点密度为42点/m2。布液点数为：n=0.785x5.22x42=172点按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。2.2.4.3设计结果二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽度为80mm，槽高度为210mm。两槽中心距为140mm。分布点采用三角形排列，实际设计为n=176点。布液点示意图如下图所示。槽式液体分布器二级槽的布液点示意图2.2.4.4布液计算由Ls=^4d2n^.;2gAH，查表取'=0.60，ah=140mm则d=（ —1/2=（兰邓294883.63孕8.2x地）“=0.104m0 Kn^.;2gAH 3.14x176x0.6<2x9.81x0.14设计取d0=104mm3辅助设备的计算及选型3.1填料支承设备

填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量;提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。常用填料支承板有栅板式和气体喷射式。这里选用分块梁式支承板。3.2填料压紧装置对于塑料散装填料，本设计选用床层限制板。3.3液体再分布装置采用液体再分布器来改善因壁流效应造成的液体在填料层内不均匀分布。在填料层内每隔一定高度设置一个液体再分布器。本设计采用截锥式液体再分布器。3.4.1气体进出口装置：低压下气体进出口管气速可取8〜15m/s，原料气体进气量为2600m3/们选用圆形管道，以d为管道内径上』=\箜由'兀u选用气体流速为15m/s，则:,中：4x5200/3600d=‘一s=「 =0.123m兀u * 3.14x15取整，d=123mm3.4.2液体进出口装置：水及一般液体的流速范围为1〜3m/s，选用圆形管道，以d为管道内径w―Lw―LPL6359.60998.2=6.371m3/hd='4x6.371/3600=0.0336m选液体流速为2.0m/s，3.14选液体流速为2.0m/s，取整：d=34mm4设计一览表课程设计名称水吸收二氧化碳填料吸收塔的设计操作条件操作温度25°操作压力：常压物性数据

液相气相液体密度998.2kg/m3混合气体平均摩尔质量29.90g/mol液体粘度3.6kg/(m•h)混合气体的平均密度1.223kg/m3液体表面张力9408961Kg/h2混合气体的粘度0.065kg/(m•h)二氧化碳在水中的扩散系数6.327x10-6m2/h二氧化碳在空气中的扩散系数0.044m2/h重力加速度1.27x108m/h气相平衡数据二氧化碳在水中的亨利系数E相平衡常数m溶解度系数H1.44x105kpa1421.53.847x10Fkmol/(kPa-m3)物料衡算数据Y1Y2X1X2量气量相V流量液量相L流气最气小比液操作液气比0.06383.828X10-34.0X10-50119.91kg/h293833.72kmol/h1336.211469.83工艺数据气相质量流量（kg/h）液相质量流量（kg/h）塔径气相总传质单元数气相总传质单元高度填料层高度填料层压降6359.605294883.635.2m12.6280.0569m13.0m260pa填料塔附件除沫器液体分布器填料限定装置填料支承板液体再分布器丝网式二级槽式床层限制板分块梁式升气管式5后记通过这次的课程设计，让我们学生接触了工业生产的一点小环节即工程的简要设计。为此，我们从理论转向实践，不再是老师手把手告诉我们该怎样做，而是凡事靠自己。首先要了解设计一个吸收填料塔需要计算哪些数值，怎样去查物性资料，怎样去看Eckert关联图，怎么去设计工程图。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑它在实际生产中能否实现。其中很多参数的选取是要根据你设计的类型以及规格大小来进行的，很多时候出现计算的错