水吸收二氧化碳填料塔課程設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告年級(jí)07級(jí)專業(yè)生物工程設(shè)計(jì)者姓名設(shè)計(jì)單位完成日期2009年11 月 15日設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（一） 設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的CO2，混合氣體的處理為1500m3/h,其中CO2 27。要求塔板排放氣體中含CO2低于0.6，采用清水進(jìn)行吸收。（二） 操作條件常壓，28（三） 填料類型選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選（四） 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、 吸收塔的物料衡算2、 吸收塔的工藝尺寸計(jì)算3、 填料層壓降的計(jì)算4、 吸收塔接管尺寸的計(jì)算5、 繪制吸收塔的結(jié)構(gòu)圖6、 對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論7、 參考文獻(xiàn)8、 附表目錄一、概述4二、計(jì)算過(guò)程41. 操作條件的確定

2、41.1吸收劑的選擇.41.2裝置流程的確定.41.3填料的類型與選擇41.4操作溫度與壓力的確定42. 有關(guān)的工藝計(jì)算52.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)52.2物料衡算62.3填料塔的工藝尺寸的計(jì)算62.4填料層降壓計(jì)算11 2.5吸收塔接管尺寸的計(jì)算.12 2.6附屬設(shè)備 .12三、評(píng)價(jià).13四、參考文獻(xiàn).13五、附表14一、 概述填料塔不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且流體通過(guò)填料層的壓降較小，易于用耐腐蝕材料制造，所以它特別適用于處理量小，有腐蝕性的物料及要求壓降小的場(chǎng)合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過(guò)填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)。因氣液兩

3、相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。二、 設(shè)計(jì)方案的確定(一) 操作條件的確定11吸收劑的選擇 因?yàn)橛盟魑談?，同時(shí)CO2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?2裝置流程的確定 用水吸收CO2屬于中等溶解度的吸收過(guò)程，故為提高傳質(zhì)效率，選擇用逆流吸收流程。13填料的類型與選擇 用不吸收CO2的過(guò)程，操作溫度低，但操作壓力高，因?yàn)楣I(yè)上通常選用塑料散裝填料，在塑料散裝填料中，塑料階梯填料的綜合性能較好，故此選用DN聚丙烯塑料階梯環(huán)填料。14操作溫度與壓力的確定 28，常壓（二）填料吸收塔的工藝尺寸的計(jì)算 21基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù) 對(duì)于低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取水的

4、物性數(shù)據(jù) 查得，301K時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度=998.2kg/m 粘度=0.836×10-3Pa·s=3.0kg/(m·h) 表面張力=72.6dyn/cm=940896kg/h3 CO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為DL =1.77×10-9m2/s=6.372×10-6m2/h 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Mvm=yiMi=0.27×440.73×29=33.05混合氣體的平均密度vm= 1.338kg/m3 混合氣體粘度近似取空氣粘度，手冊(cè)28空氣粘度為 V=1.78×10-5Pa·s=0.

5、064kg/(mh) 查手冊(cè)得CO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 DV=1.8×10-5m2/s=0.065m2/h 由手冊(cè)查得28時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù)E=180kPa 相平衡常數(shù)為m= 溶解度系數(shù)為H=2.2物料衡算 進(jìn)塔氣相摩爾比為Y1= 出塔氣相摩爾比為Y2=0.0227×0.006=1.662×10-4 進(jìn)塔惰性氣相流量為V= 該吸收過(guò)程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式計(jì)算，即（ 對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液組成為X2=0 （ 取操作液氣比為L(zhǎng)/V=1.5L/V=1.5×1.77=2.655 L=2.655×44.34=117.

6、72kmol/h V(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1=2.3填料塔的工藝尺寸計(jì)算 塔徑計(jì)算 采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速 氣相質(zhì)量流量為 WV=1500×1.338=2007kg/h 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算 即WL=117.72×18.02=2121.31kg/h Eckert通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)為 查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖得 查表（散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值）得 取u=0.8uF=0.8×2.522=2.0176m/s 由0.513m 圓整塔徑，取D=0.6m 泛點(diǎn)率校核 u= =84.18(在允許范圍內(nèi)) 填料規(guī)格校核： 液體噴淋密度校核，取

7、最小潤(rùn)濕速率為 （LW）min=0.08m3/m·h 查塑料階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)表得： 型號(hào)為DN25的階梯環(huán)的比表面積 at=228 m2/m3 Umin=(LW)minat=0.08×228=18.24m3/m2·h U= 經(jīng)校核可知，塔徑D=600mm不合理 經(jīng)反復(fù)校核仍得不出合理的D值 經(jīng)綜合考慮，取操作液氣比為 L=26.5×117.22=3112.2kmol/h X1= 此時(shí)氣相質(zhì)量流量為WV=1500×1.338=2007kg/h 此時(shí)液相質(zhì)量流量為WL=3112.2×18.02=56081.8kg/h Eckert通用關(guān)聯(lián)圖

8、橫坐標(biāo)為 查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖得 改選型號(hào)為D38的階梯環(huán) 查表（散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值）得 取u=0.8uF=0.8×1.228=0.982m/s 由0.74m 圓整塔徑，取D=0.8m 泛點(diǎn)率校核 u= =84.52(在允許范圍內(nèi)) 填料規(guī)格校核： 液體噴淋密度校核，取最小潤(rùn)濕速率為 （LW）min=0.08m3/m·h 查塑料階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)表得： 型號(hào)為DN38的階梯環(huán)的比表面積 at=132.5m2/m3 Umin=(LW)minat=0.08×132.5=10.6m3/m2·h U= 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑先用D=800mm合理填料層高度

9、計(jì)算 Y=mX1=1.78×0.0004=0.000712 Y=mX2=0 脫因系數(shù)為 S= 氣相總傳質(zhì)單元數(shù) NOG= = =5.223 氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算 查常見(jiàn)材質(zhì)的臨界表面張力值表得 c=33dyn/cm=427680kg/h2 液體質(zhì)量通量為 =0.502吸收系數(shù)由下式計(jì)算 質(zhì)量通量為 = 0.237×73.53×0.894×0.004= 0.0623kmol/(m3·h·kPa) 吸收系數(shù)由下式計(jì)算 =1.189m/h 查常見(jiàn)填料的形狀系數(shù)表得 u/uF=66.17>50 得 得 HOG=Z=

10、HOGNOG=0.083×5.223=0.434m得Z=1.5×0.434=0.6503m取填料層高度為Z=2m查散裝填料分段高度推薦值表對(duì)于階梯環(huán)填料 hmax6m取h/D=8 則h=8×800=6400mm計(jì)算得填料層高度為2000mm，故不需分段2.4填料層壓降計(jì)算散裝填料的壓降值可由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算。計(jì)算時(shí)，先根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標(biāo)值。再根據(jù)操作空塔氣速U用有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)值。通過(guò)作圖得出交點(diǎn)，讀出過(guò)交點(diǎn)的等壓線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值。用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算壓降時(shí)，所需填料因子與液體噴淋點(diǎn)密度有關(guān)，為了工程計(jì)算的方便，常采

11、用與液體噴淋密度無(wú)關(guān)的壓降填料因子平均值。?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)為=0。468查散裝填料壓降填料因子平均值表得查通用關(guān)聯(lián)圖得：P/Z=298.6Pa/m填料層壓降為P=298.6×1=298.6Pa查此圖時(shí)，一定要看好，最好用兩個(gè)直角板找到橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的交點(diǎn)，在估計(jì)出合理的等壓線數(shù)值。2.5吸收塔接管尺寸計(jì)算 一般管道為圓形，d為內(nèi)徑，水流速為0.53m/s 常壓下氣體流速 1030m/s 則氣體進(jìn)口直徑 氣體出口直徑 d2=d1=134mm 噴液進(jìn)口直徑 噴液出口直徑 d4=d3=200mm 排液口直徑 d5=d3/2=100mm2.6附屬設(shè)備 （1）本設(shè)計(jì)任務(wù)液相負(fù)荷不大，可選

12、用排管式液體分面器，且填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。 （2）塔徑及液體負(fù)荷不大，可采用較簡(jiǎn)單的柵板型支承板及壓板。三、評(píng)價(jià) 設(shè)計(jì)中問(wèn)題的評(píng)價(jià)：1、 對(duì)于吸收塔基本尺寸的確定以及數(shù)據(jù)來(lái)源，物性參數(shù)，合適取值范圍的確定要按具體的實(shí)際設(shè)計(jì)情況來(lái)定。2、 對(duì)于吸收塔填料裝置的材料屬性，以及經(jīng)濟(jì)效益要綜合考慮工藝的可能性又要滿足實(shí)際操作標(biāo)準(zhǔn)。3、 對(duì)于吸收塔的溫度的確定，由吸收的平衡關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，對(duì)于壓力的確定，選擇常壓，減少工作設(shè)備的負(fù)荷。設(shè)計(jì)體會(huì) 剛拿到任務(wù)說(shuō)明書(shū)時(shí)，一臉茫然，大家都是第一次接觸到這個(gè)陌生的東西，面對(duì)大量繁瑣的計(jì)算，我的頭都大了，其中我得了一個(gè)很不合理的

13、數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)反復(fù)查找，才發(fā)現(xiàn)前面有個(gè)小數(shù)點(diǎn)弄錯(cuò)了，我深深體會(huì)到了科學(xué)需要的嚴(yán)謹(jǐn)性。在設(shè)計(jì)課程報(bào)告時(shí)，要輸入大量的公式，我自學(xué)了一點(diǎn)公式編輯器的知識(shí)，感覺(jué)它非常有用，今后有時(shí)間還得好好學(xué)學(xué)。我會(huì)好好對(duì)待以后的每一次設(shè)計(jì)，讓老師滿意。希望老師對(duì)我這次的表現(xiàn)認(rèn)可。四、參考文獻(xiàn)1、化學(xué)工程手冊(cè)編輯委員會(huì)，化學(xué)工程手冊(cè)氣液傳質(zhì)設(shè)備2、賈紹義，紫誠(chéng)敬化工原理課程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社，20023、劉乃鴻等現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南天津，中國(guó)石化出版社19984、徐崇嗣等塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊(cè)北京，化學(xué)工業(yè)出版社19955、姚玉英化工原理，下冊(cè)天津大學(xué)出版社1999五，附表 ?？颂赝ㄓ藐P(guān)圖 填料名稱規(guī)格（直徑×高×厚）/mm材質(zhì)及堆積方式比表面積/m2.m3空隙率/m3/m3濕填料因子/m-1階梯環(huán)25×12.5