氫氧化鈉吸收二氧化碳填料塔設(shè)計

氫氧化鈉吸收二氧化碳填料塔設(shè)計一、 設(shè)計目的通過對氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的工藝設(shè)計，初步掌握氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)理論知識，綜合分析問題和解決實(shí)際問題的能力、繪圖能力、以與正確使用設(shè)計手冊和相關(guān)資料的能力。二、 設(shè)計任務(wù)試設(shè)計常壓填料塔，采用逆流操作，以氫氧化鈉為吸收劑，吸收混合氣體中的二氧化碳。三、 設(shè)計資料混合氣體〔空氣、二氧化碳〕處理量為G=150kmol/h；氣體的平均分子量為32kg/mol；進(jìn)塔混合氣體含二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為0.1%，要求降低到0.05%；操作壓力為常壓，1atm，即101.325kpa；進(jìn)塔吸收液采用加活性組分NaOH，和二氧化碳發(fā)生了快速不可逆的反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)式為：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O假定氫氧化鈉濃度為CB=0.7kmol/m3;假定吸收操作為等溫吸收，溫度為30攝氏度；氣液平橫關(guān)系：H=8kmo/(m3.atm)；kGa=30kmol/(m3.atm)；kLa=2.78*10-5s-1;采用的液體流量L=700kmol/h，液體總分子濃度為CT=56kmol/m3，且假設(shè)不變；可認(rèn)為Da=.Db四、 設(shè)計方案的確定(1)吸收工藝流程采用常規(guī)逆流操作流程，流程如下：混合氣體進(jìn)入吸收塔，與吸收劑逆流接觸后混合氣體得到凈化，然后排放；吸收丙酮后的水，取樣計算其組分的量，若符合國家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，則直接排入地溝，若不符合，待處理之后再排入地溝。五、 物料計算1.進(jìn)塔混合氣體中各組分的量近似取塔平均操作壓力為101.3Kpa，故：混合氣體量=150*〔273/〔273+30〕〕=135.15kmol/h混合氣體中二氧化碳=135.15*0.001=0.13515kmol/h混合氣體進(jìn)出塔組成Y1=0.001/(1-0.001)=0.001Y2=0.0005/(1-0.0005)=0.0005進(jìn)塔惰性氣體流量V=150*〔1-0.001〕=149.85kmol/h氣液平衡關(guān)系：H=8kmol/(atm.m3)=0.079kmol/kpa.m3

對于稀溶液，E和H有近似的關(guān)系：E=二，式中：分子為溶液密度，HMM為溶劑相對分子質(zhì)量。對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似純水的物性數(shù)據(jù)。相平衡關(guān)系：m=E/P該吸收過程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比：(L、 V—y .一.，.一“.一 .L-Y-=.1.2，對于純水吸收過程，X=°，則-=，根據(jù)生產(chǎn)S況-X2 2V土經(jīng)驗(yàn)，取操作液氣比〔L/V〕=1.5(L/V)min。設(shè)計資料所給吸收劑的量為L=7°°kmol/h，無需計算。8塔底吸收液的組成依據(jù)：V?-Y2)=L(X1-X2)可得：X1=X2+VY1一Y2)=°+149.85/7°°*(°.°°1-°.°°°5)=°.°°°19 吸收塔操作線方程：Y=-(X-X2)+Y2=4.67X+°.°°°5六、填料的選擇下表為國內(nèi)金屬鮑爾環(huán)特性數(shù)據(jù)材質(zhì)外徑高*厚比表面積空隙率個數(shù)堆積密度干填料因子填料因子金屬1615*°.8239°.928143°°°2162994°°3838*°.8129°.94513°°°36515314°5°5°*1112.3°.94965°°3951313°°選擇外徑為38mm，比表面積為129m2/m3，填料因子^=14°m-1七、塔徑的計算1?采用Eckert通用圖計算泛點(diǎn)氣速.f2.選用材料d=38mm由于溫度為3°，故：Vm=(273+3°)/273*22.4=24.8橫坐標(biāo):L—SVS(7°°橫坐標(biāo):L—SVS(7°°x1°°°-56，、15°x24.8x1,333/(1.333、°.51995.37)二°.°92查得縱坐標(biāo)：—甲「尸，—=°.115其中平=e水=1，則:

pLr=2.451m/s日=：°.115gP-r=2.451m/sf\①中P鳥0-2

日=(0.6?0.8卜/，所以，r=0.7*2.451=1.716m/s確定操作氣速rq取安全系數(shù)為70%，r=70%x1.716=1.20m/sD=:4x150xD=:4x150x24\：3.14x1.716x3600=0.8616"0.9m校核填料尺寸：D/d=900/38=23.7>8?15，所以填料規(guī)格合適。校核潤濕率和校核噴淋密度由于填料直徑小于75mm，最小潤濕率(L).=0.08m3/m.h，故最小噴淋密度：U.=0.08*129=10.32m3/m.h操作噴淋密度：U=(700/56)/(兀/4*0.92)=19.65>Umin，滿足最小噴淋密度的要求。經(jīng)上校算可知：選用D=900mm合理。八、填料層高度的計算用高濃度的氫氧化鈉吸收二氧化碳，物料衡算方程式：-(p-p)=—-x-L(c-c)帶入數(shù)據(jù)得：cbaPaa2 bCbb2 BAT用此關(guān)系可求出塔底處七:CB1=0.68-37.74*0.001=0.642kmol/m3計算一下塔頂和塔底的臨界濃度：令da=db則在塔頂：k k 八ci i,x—gP=0.3kmol/m3LIDb)在塔底:c=0.6kmol/m3由此可見，無論是塔頂還是塔底，活性組分的濃度都超過了臨界濃度，化學(xué)

反應(yīng)發(fā)生在界面上，因此可以認(rèn)為全塔內(nèi)均有氣膜控制。傳質(zhì)速率方程為：N.a=ka.P所以，填料層得h=GfPa1——p—= 「5°八。1』o.o01%=5.44m牝6.00mPP2KaP3.14x0..810.0005P. .A2 GA30x A4設(shè)安全系數(shù)為1.2，則設(shè)計高度Z=1.2h=7.2m九、填料層壓降的計算用Eckert通用圖來確定：橫坐標(biāo)0.092〔前面已經(jīng)算出〕，將操作氣速r=1.20m/s代替縱坐標(biāo)中的七查表。已知填料因子①=140m-i，則縱坐標(biāo)的值為：{〔1.20〕2*140}/9.8*（1.3333/1000）*1=0.0273查圖可知：AP/Z=20*9.81=196.2pa/m則填料塔壓降A(chǔ)P=196.2*6=1172.2pa/m十、填料分層查資料可知：鮑爾環(huán)[ZyD] =5?10，Z0<=6maxh/D=6.67>5，則全塔可分為三段，每段2米。十^一、總高度H填料塔的總塔高H主要取決于填料層高度乙此外還需要考慮塔頂空間、塔底空間與再分布器的布置等。填料塔的總塔高H可由下式進(jìn)行計算：H=生+Z'+（n-1）H+H式中：H 總塔高，m；Z——安全系數(shù)調(diào)整后的填料層高，m；Hf——裝配液體再分布器的空間高，m；Hd——塔頂空間高〔不包括封頭部分〕，m，一般取=0.8?1.4m；Hb——塔底空間高〔不包括封頭部分〕，m，一般取=1.2?1.5m；n——填料層分層數(shù)。所以，H=1.2*6+2*1+1.2=10.4m十二、填料吸收塔的輔助設(shè)備a） 液體分布器液體分布器是用來改善液體在填料層內(nèi)的壁流效應(yīng)，每隔一定高度的填料層設(shè)置一個分布器。本設(shè)計采用截錐式液體分布器。b） 填料支撐結(jié)構(gòu)填料支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足三個條件：使起夜能順利通過，設(shè)計時應(yīng)去最大的自由截面；要有足夠的強(qiáng)度來承受填料的重量，并考慮填料孔隙率中的持夜得重量；具有一定的耐腐蝕性能。本設(shè)計采用了柵條式支撐裝置。c） 填料壓緊裝置填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料層發(fā)生松動和跳躍的現(xiàn)象。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板。填料