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1、1水吸收变换气的填料塔装置设计1 前言填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量小，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备 1。2 设计方案的确定2.1 操作条件的确定2.1.1 吸收剂的选择因为用水作吸收剂，同时 CO2 不作为产品，故采用纯溶剂。2.1.2 装置流程的确定用水吸收 CO2 属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传质效率，选择用逆流吸
2、收流程。2.1.3 填料的类型与选择用不吸收 CO2 的过程，操作温度低，但操作压力高，因为工业上通常选用塑料散装填料，在塑料散装填料中，塑料阶梯填料的综合性能较好，故此选用 DN38 聚丙烯塑料阶梯环填料。2.1.4 操作温度与压力的确定30，1.6 MPa（绝）3 工艺计算3.1 基础物性数据3.1.1 液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据，查得 2，303K 时水的有关物性数据如下：密度 =995.7kg/m 粘度 =0.80110-3Pas=2.87kg/(mh)表面张力 =71.2mn/cm=922752kg/h3CO2 在水中的扩散系数为 DL =2.
3、3110-9m2/s=8.31610-6m2/h3.1.2 气相物性数据2混合气体的平均摩尔质量为Mvm=yiMi=0.2844+0.02528+0.4722+0.22328=20.208kg/kmol混合气体的平均密度 31602.81.5/.34vmPMkgmRT混合气体粘度近似取空气粘度，手册 30空气粘度为5V1.860.68/()paskgh查手册 3得 CO2 在空气中的扩散系数为52D./.0/m由手册查得 30时 CO2 在水中的亨利系数 E=188MPa相平衡常数为 m= 5.176.8PE溶解度系数为 H= 43592.910/().08s kmolPaM3.2 物料衡算进
4、塔气相摩尔比为 Y1= 389.02.出塔气相摩尔比为 Y2= 5进塔惰性气相流量为 V= hkmol/84.15).(3074.该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按 12min/YLVX对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为 X2=012min0.389.501.98/7Y 取操作液气比为 L/V=1.8(L/V)min=1.6115.98=185.57L=185.57115.84=21496.43kmol/hV(Y1-Y2)=L(X1-X2)X1= 5.84(0.39.50).2763.3 填料塔的工艺尺寸计算3.3.1 塔径计算采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速3气相质
5、量流量为 WV=400012.835=51340kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算即 WL=21496.4318.02=387365.67kg/hEckert 通用关联图横坐标为 0.5 0.53876.1283()()749VL查埃克特通用关联图得20.2VFLug查表 3.1 散装填料泛点填料因子平均值得 15Fm0.2 0.2.4.49.81748/1523LFVu s取 u=0.8uF=0.80.408=0.3264m/s由 4/60.83.124SDm圆整塔径，取 泛点率校核 u= 20/./.785.s(在允许范围内).321%64Fu填料规格校核： 05.2388Dd液体
6、喷淋密度校核 4，取最小润湿速率为（L W） min=0.08m3/mh查表 3.2 塑料阶梯环特性数据表得：型号为 DN38 的阶梯环的比表面积 at= 132.5m2/m3Umin=(LW)minat=0.08132.5=10.6m3/m2hU= in238765./9.71.0U经校核可知，填料塔直径 D=2100mm 合理表 3.1 散装填料泛点填料因子平均值填料因子，1/m填料类型DN16 DN25 DN38 DN50 DN76金属鲍尔环 410 117 160 金属环矩鞍 170 150 135 120金属阶梯环 160 140 塑料鲍尔环 550 280 184 140 924塑
7、料阶梯环 260 170 127 瓷矩鞍 1100 550 200 226 瓷拉西环 1300 832 600 410 表 3.2 塑料阶梯环特性数据填料名称 规格（直径高厚）/mm 材质及堆积方式 比表面积/m 2.m3 空隙率 /m3/m3 湿填料因子/m -1阶梯环 2512.51.4 塑料乱堆 223 0.90 172阶梯环 38.5191 塑料乱堆 132.5 0.91 1153.3.2 填料层高度计算Y =mX1=117.50.00207=0.243 Y =mX2=0 脱因系数为 S= 17.5.840.6329mVL气相总传质单元数 NOG= *12lnYSS= 10.389ln
8、(.6)0.630.635=9.18气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 0.10.20.750.521exp.4wcLtLt Lt taUag 查表 3.3 常见材质的临界表面张力值表得 c=33dyn/cm=427680kg/h2液体质量通量为2238765.1895.7/()0LUkgmh0.50.20. 0.128495.73189.71exp.3 235wta =0.68吸收系数由下式计算 RTDaaUKVtVVtG3/17.02.0质量通量为 22401.8354./.7VUkgmh0.71/3.68.506.23.6043GK 5=0.0607kmol/(m3hkPa)吸收
9、系数由下式计算 3/12/13/2095. LLLWL gDaUK1/32/3 1/28618.7.87.700.95.63095.LK =2.10m/h 1.WGa查表 3.4 常见填料的形状系数表得 45.11.WGK 1. 3067.83282/()kmolhkPa.4 0.429.5Lau/uF=78.6850aKuKGFG 4.150.91 aKuLFL 2.6.21得 1.4 3.786823.4/a kmolhkP得.120595610L31.7/.84.02GLKa klhkaHa HOG= 250.8.716.781YGV mPZ=HOGNOG=0.289.18=2.5704
10、m得 Z=1.52.5704=3.8556m取填料层高度为 Z=4m查表 3.5 散装填料分段高度推荐值表对于阶梯环填料 hmax6m158Dh取 h/D=8 则 h=82100=16800mm 计算得填料层高度为 4000mm6000mm,故不需分段表 3.3 常见材质的临界表面张力值材质 碳 瓷 玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 钢 石蜡表面张力 56 61 73 33 40 75 206mN /m表 3.4 常见填料塔的形状系数填料类型 球形 棒形 拉西环 弧鞍 开孔环 值 0.72 0.75 1 1.19 1.45表 3.5 散装填料分段高度推荐值填料类型 h/D Hmax/m拉西环 2.5 4
11、矩鞍 58 6鲍尔环 510 6阶梯环 815 6环矩鞍 515 63.4 填料层压降计算散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。计算时，先根据气液负荷及有关物性数据，求出横坐标 值。再根据操作空塔气速 U 用有关物性数据，求出纵坐标50。LVW值。通过作图得出交点，读出过交点的等压线数值，即得出每米填料层压降值。20.2VPLug用埃克特通用关联图计算压降时，所需填料因子与液体喷淋点密度有关，为了工程计算的方便 5，常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平均值。埃克特通用关联图横坐标为 =0.85750。LVW查表 3.6 散装填料压降填料因子平均值表得 16mP220.2 0.2316.
12、835159.97VPLug查通用关联图得：P/Z=410Pa/m填料层压降为P=4104=1640 Pa查此图时，一定要看好，最好用两个直角板找到横坐标和纵坐标的交点，在估计出合理的等压线数值。表 3.6 散装填料压降填料因子平均值7填料因子, 1/m填料类型 DN16 DN25 DN38 DN50 DN76金属鲍尔环 306 - 114 98 -金属环矩鞍 - 138 93.4 71 36金属阶梯环 - - 118 82 -塑料鲍尔环 343 232 114 125 62塑料阶梯环 - 176 116 89 -瓷矩鞍环 700 215 140 160 -瓷拉西环 1050 576 450
13、288 -3.5 吸收塔接管尺寸计算一般管道为圆形，d 为内径，水流速为 0.53m/s常压下气体流速 1030m/s则气体进口直径 14402183.16Vdmu气体出口直径 d2=d1=220mm喷液进口直径 34875./9.7523.160u喷液出口直径 d4=d3=540mm排液口直径 d5=d3/2=270mm泵的选型由计算结果可以选用：IS100-80-125 型的泵3.6 附属设备3.6.1 除雾沫器穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴，因此需在塔顶气体排出口前设置除沫器，以尽量除去气体中被夹带的液体雾沫，CO 2 溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率，采
14、用除沫装置，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。丝网除雾沫器：一般取丝网厚度 H=100-150mm，气体通过除沫器的压降约为 120-250pa。通过丝网除沫器的最大速 95.712830.80.74/LGuk ms实际气速为最大气速的 0.75-0.8 倍 所以实际气速 u=0.750.744=0.558m/s3.6.2 液体分布器简要设计8(1)液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。(2)液体再分布器本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器，且填料层不高，可不设液体再分布器。3.6.3 填料支承装置填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量;提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。常用填料支承板有栅板式和气体喷射式。此设计塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及压板。3.6.4 填料限定装置为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。对于塑料散装填料，本设计选用创层限制板。3.6.5 塔附属高
