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（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CO227%。要求塔板排放氣體中含CO低于0.6%,采用清水進(jìn)行吸收。（二）操作條件常壓，28C（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)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論7、 參考文獻(xiàn)8、 附表目錄'、概述4二、計(jì)算過程41 .操作條件的確定4

2、1.1 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112.5 吸收塔接管尺寸的計(jì)算.122.6 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，流過填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)

3、。因氣液兩相組成沿塔高連續(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1.1吸收劑的選擇因?yàn)橛盟魑談瑫r(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程，故為提高傳質(zhì)效率，選擇用逆流吸收流程。1.3填料的類型與選擇用不吸收CO2的過程，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。1.4操作溫度與壓力的確定28C,常壓(二)填料吸收塔的工藝尺寸的計(jì)算2.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)對(duì)于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近

4、似取水的物性數(shù)據(jù)查得，301K時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：h)密度p=998.2kg/m粘度區(qū)=0.836x10-3Pa,s=3.0kg/(m3表面張力6=72.6dyn/cm=940896kg/hCO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為DL=1.77x10-9m/s=6.372乂10-6ni/h氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為1/=丫|/1=0.27X44+0.73X29=33.05混合氣體的平均密度p1.338kg/m3PMvm101.333.05RT8.314301混合氣體粘度近似取空氣粘度，手冊(cè)28C空氣粘度為以v=1.78x10-5Pas=0.064kg/(m?h)查手冊(cè)得CO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為

5、DV=1.8X10-5m/s=0.065m2/h由手冊(cè)查得28c日tCO在水中的亨利系數(shù)E=180kPa相平衡常數(shù)為m上儂1.78P101.3溶解度系數(shù)為H=一駕23.08104kmol/(m3?kPa)EMs1.8105182.2 物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為丫1=0.270.027710.27出塔氣相摩爾比為¥2=0.0227X0.006=1.662X10-4進(jìn)塔惰性氣相流量為V=1500空(10.27)44.34kmol/h22.4301該吸收過程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式計(jì)算，即(?丫1丫2minY1/mX2對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液組成為X2=0Y丫20.0

6、2771.662104min1.77丫/mX20.0277/1.780取操作液氣比為L(zhǎng)/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W=1500X1.338=2007kg/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算即W=117.72x18.02=2121.31kg/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)為WL()05也生(竺竺)。.50.0234W

7、vl2007998.2查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖得也匚？：20.226gl查表(散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值)得f260m1Uf0.226gl0.2269.81998.20.2FVL26011.33810.22.552m/s泛點(diǎn)率校核u=uUf填料規(guī)格校核:d液體噴淋密度校核,60024825取最小潤(rùn)濕速率為取u=0.8uf=0.8乂2.522=2.0176m/s41500/36000.513m3.142.0176圓整塔徑，取D=0.6m1500/36002.12m/s0.7850.62Z12-100%=84.18%(在允許范圍內(nèi))2.5223(LWmin=0.08m/m.h查塑料階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)表得:型

8、號(hào)為DN25的階梯環(huán)的比表面積at=228m2/m3min=(Lminat=0.08X228=18.24m7m2hu=經(jīng)校核可知,212131/998.2-7.51Umin0.7850.62塔徑D=600mr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VL15(L)min151.7726.55L=26.5乂117.22=3112.2kmol/h_44。32(0.02771.662104)X10.00043112.2此時(shí)氣相質(zhì)量流量為W=1500X1.338=2007kg/h此時(shí)液相質(zhì)量流量為貼3112.2x18.02=56081.8kg/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)為WlV、0

9、.556081。82007(坐嚴(yán)0.76998.2查埃克特通用關(guān)聯(lián)圖得也匚？,？02gl0.035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F170m1Uf0.035gL0.2FVL0.0359.81998.2_0217011.33811.228m/s取u=0.8uf=0.8x1.228=0.982m/s41500/36000.74m3.140.982圓整塔徑，取D=0.8mk上加狀妗1500/3600此點(diǎn)率校核U=20.83m/s0.7850.82些-100%=84.52%(在允許范圍內(nèi))Uf0.982填料規(guī)格校核：D駟218d25液體噴淋密度校核，取最小潤(rùn)濕速率為3(Lv

10、v)min=0.08m/mh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/m3min=(Lmina=0.08x132.5=10.6m3/m2.hU=56081.8/998.20.7850.82111.8Umin經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑先用D=800m喻理填料層高度計(jì)算Y1=mX=1.78X0.0004=0.000712Y2=mX=0脫因系數(shù)為S=mV1.7844.340.0254L3112.2氣相總傳質(zhì)單元數(shù)1,C丫1丫2CNo(=In1SS1S丫2丫2In(110.02540.0254)0.027701.666210400.0254=5.223氣相總傳質(zhì)單

11、元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算0.750.1/cUl1exp1.45-LatLU2atLLat0.05c0.2U2LLat查常見材質(zhì)的臨界表面張力值表得2c=33dyn/cm=427680kg/h2液體質(zhì)量通量為Ul56081.80.7850.82111627.79kg/(m2?h)1exp0.0520.211162779998294089613250.750.12彳，l427680111627791116277913251.45；三94089613253.099821.7210=0.502吸收系數(shù)由下式計(jì)算0.71/3UvKG0.237VatVVVDVatDVRT質(zhì)量通量為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)吸收系數(shù)由下式計(jì)算Kl0.00952/3Ul1/2Kl0.0095aWLLLK1/3Lg111627790.564132.53.02/33.0998.26.3721063.01.27108998.21/3=1.189m/hKGaKGaW1.1查常見填料的形狀系數(shù)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-815hmax<6mD取h/D=8則h=8X800=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0。5根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標(biāo)處上值WvL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)2幺？上？：2值。通過作圖得出交點(diǎn)，讀出過交點(diǎn)的等壓gl線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值。用?？颂赝ㄓ藐P(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

15、方便，常采用與液體噴淋密度無關(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。5WL上=0。468WvL查散裝填料壓降填料因子平均值表得P116m1查通用關(guān)聯(lián)圖得：P/Z=298.6Pa/m填料層壓降為P=298.6X1=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41500134mmd4V1:u3.14360030氣體出口直徑d2=di=134mm噴液進(jìn)口直徑d4Vd3u456081.8/998.2200mm3.1436

16、000.5噴液出口直徑d4=d3=200mm排液口直徑d5=d/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。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)

17、說明書時(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)很不合理的數(shù)據(jù)，經(jīng)過反復(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)一一氣液傳質(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L7<X-t解阻的模作域和中小液氣比?？颂赝ㄓ藐P(guān)