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1、化工原理设计 化工原理课程设计课 题: 设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔 设计者： 王 涛 学 号： 1043082002 指导老师： 曹丽淑 目录第一章 设计任务3 1.1设计题目3 1.2设计任务及操作条件3 1.3设计内容3第二章 设计方案4 2.1设计流程的选择及流程图4第三章 填料塔的工艺设计4 3.1气液平衡关系4 3.2吸收剂用量5 3.3计算热效应5 3.4定塔径6 3.5喷淋密度的校核6 3.6体积传质系数的计算7 3.7填料层高度的计算8 3.8附属设备的选择9第四章 设计结果概要15第五章 设计评价 17 第一章 设计任务1.1、设计题目设计水吸收半水煤
2、气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔1.2、 设计任务及操作条件（一）气体混合物1.组成（如表1所示）：组分CO2H2 N2 CH4CO O2进塔气体（V%）10.9 65.3 21 0.5 2.2 0.12.气体量：4700Nm3h3.温度：30C4.压力：1800KNm2 (二)气体出口要求（V%）：CO20.63% (三)吸收剂：水1.3、设计内容设计说明书一份，其内容包括：1. 目录2. 题目及数据3. 流程图4. 流程和方案的选择说明与论证5. 吸收塔的主要尺寸的计算，注明计算依据的公式、数据的来源6. 附属设备的选型或计算7. 设计评价8. 设计结果9. 参考文献 第二章 设计方案2
3、.1、吸收流程的选择及流程图本设计混合原料气溶质浓度不高，同时过程分离要求不高，选用一种吸收剂（水）一步流程即可完成吸收任务。由于逆流操作传质推动力大，这样可减少设备尺寸，并且能提高吸收率和吸收剂使用效率，故选择逆流吸收。由于本任务吸收后的CO2要用以合成尿素，则需对吸收后的溶液解吸以得到CO2,同时溶剂也可循环使用。 水吸收CO2工艺流程图(图1)1- 吸收塔；2-富液泵；3-贫液泵；4-解吸塔 第三章 填料塔的工艺设计3.1、气液平衡关系 由于此操作在高压下进行,高压环境对理想气体定律有偏差,故需对压力进行校核:由化工原理设计导论查得CO2的临界温度Tc=304K，临界压力Pc=7.38M
4、Pa则其对比温度Tr= T(Tc+8) = 303.15304+8 =0.9716 对比压力Pr= P(Pc+8) =1873.8+8 =0.2200 查化工原理设计导论图2-4得在此温度压力下: 逸度系数=0.92 则逸度f=p=18000.92=1656KPa 查化工原理下册得CO2气体在30时溶于水的亨利系数E=188000KPa 相平衡常数m= Ef =1880001656 =113.5266则可得在此条件下气液平衡关系为： Y= mX1+(1-m)X =113.5266X1-112.5266X3.2、吸收剂用量 进塔CO2摩尔分数：y1=10.9%=0.109进塔CO2摩尔比：Y1=
5、 y11-y1= 0.1091-0.109 =0.1223出塔CO2摩尔分数：y2=0.63%=0.0063出塔CO2摩尔比：Y2=y21-y2= 0.00631-0.0063 =0.0063混合气体体积流量：qv=4700Nm3/h混合气体中惰性气体流量:V=470022.4（1-0.109）=186.9509Kmolh出塔液相浓度最大值: X1*=X1max= Y1m-1-mY1 = 0.1223113.5266-(1-113.5266) =0.0010 对于纯水吸收过程：X2=0则最小液气比：（LV）min= Y1-Y2X1*-X2 = 0.1223-0.00630.0010 =116.
6、0000由LV = (1.12)（LV）min： 取L11=1.3Lmin=1.3116.0000186.9509=28192.1957Kmolh L21=1.5Lmin=1.5116.0000186.9509=32529.4566KmolhL31=1.8Lmin=1.8116.0000186.9509=39035.3479Kmolh 则由物料衡算公式V(Y1-Y2)=L(X1-X2)： X11= V(Y1-Y2)L = 186.9509(0.1223-0.0063)28192.1957 =0.00077 X21= V(Y1-Y2)L =186.9509（0.1223-0.0063）32529
7、.4566 =0.00067 X31= V(Y1-Y2)L =186.9509（0.1223-0.0063）39035.3479 =0.00056以下计算以第一组数据(L11,X11)为例3.3、计算热效应 水吸收CO2的量：GA=V(Y1-Y2)=186.9509（0.1223-0.0063）=21.6863Kmolh查化工原理设计导论图4-5得CO2的溶解热q=97KcalKg查化工原理上册附录5，得水的Cp=4.174KJ（KgK）则由L18Cpt=GA44q4.18 得：t1= 21.686344974.1828192.1957184.174=0.1827 同理可求得t2=0.1583
8、，t3=0.1319。 由于t1，t2，t3均小于1。所以温度变化不大，故此过程可视为等温吸收过程。3.4、确定塔径a.确定混合气体的密度混合气体平均摩尔质量：查化工原理上册附录4得各组分的临界压力Pc与临界温度Tc：（如表二所示）CO2H2N2CH4CO 02PC(MPa)7.381.303.394.623.505.04TC (K)30433.3126191133155 各组分临界压力与临界温度（表二）混合气体的平均摩尔质量：M=0.10944+0.6532+0.2128+0.00516+0.02228+0.132=12.7100Kg/Kmol混合气体假临界压Pcm=0.1097.38+0.6531.30+0.213.39+0.0054.62+0.0223.50+0.0015.04=2.4470MPa 混合气体假临界温度：Tcm=0.109304+0.65333.3+0.21126+0.005191+0.022133+0.001155=85.3769K则对比温度Tr= TTcm =303.1585.3769 =3.5507 对比压力Pr= PPcm = 1.82.4470 =0.7356由化工原理设计导论图2-1得压缩系数Z=1混合气体密度V= PMZR
