水吸收二氧化碳填料塔課程設(shè)計(jì)

PAGEPAGE16《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1設(shè)計(jì)任務(wù)書設(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CO2低于0.6％，采用清水進(jìn)行吸收。操作條件常壓，28℃填料類型選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選設(shè)計(jì)內(nèi)容吸收塔的物料衡算吸收塔的工藝尺寸計(jì)算填料層壓降的計(jì)算吸收塔接管尺寸的計(jì)算繪制吸收塔的結(jié)構(gòu)圖對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論參考文獻(xiàn)附表目錄TOC\o"1-4"\h\z\u一、概述 4二、計(jì)算過程 41.操作條件的確定 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 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概述填料塔不但結(jié)構(gòu)簡單，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)。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。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28（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)①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：密度ρ=998.2kg/m粘度μ=0.836×10-3Pa·s=3.0kg/(m·表面張力б=72.6dyn/cm=940896kg/h3CO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為DL=1.77×10-9m2/s=6.372×10②氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Mvm=∑yiMi=0.27×44＋0.73×29=33.05混合氣體的平均密度ρvm=1.338kg/m3混合氣體粘度近似取空氣粘度，手冊28℃μV=1.78×10-5Pa·s=0.064kg/(m?h)查手冊得CO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為DV=1.8×10-5m2/s=由手冊查得28℃時(shí)CO2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^程，進(jìn)塔液組成為X2=0（取操作液氣比為L/V=1.5L/V=1.5×1.77=2.655L=2.655×44.34=117.72kmol/h∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2)∴X1=2.3填料塔的工藝尺寸計(jì)算①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/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)為查埃克特通用關(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，取最小潤濕速率為（LW）min=0.08m3/m·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=228mUmin=(LW)minat=0.08×228=18.24m3/m2·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/hX1=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/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)為查埃克特通用關(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，取最小潤濕速率為（LW）min=0.08m3/m·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/mUmin=(LW)minat=0.08×132.5=10.6m3/m2·U=經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑先用D=800mm合理②填料層高度計(jì)算Y=mX1=1.78×0.0004=0.000712Y=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查常見填料的形狀系數(shù)表得u/uF=66.17％>50﹪得得HOG=Z=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hmax≤6m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。通過作圖得出交點(diǎn)，讀出過交點(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。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0.5～3m/s常壓下氣體流速10～30m/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)：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。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)。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》編輯委員會(huì)，化學(xué)工程手冊——?dú)庖簜髻|(zhì)設(shè)備2、賈紹義，紫誠敬《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，中國石化出版社19984、徐崇嗣等《塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊》北京，化學(xué)工業(yè)出版社19955、姚玉英《化工原理，下冊》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)25×12.5×1.4塑料亂堆2230.90172階梯環(huán)38.5×19×1塑