水吸收二氧化碳填料塔课程设计

1《化工原理课程设计》报告年级 07 级专业 生物工程设计者姓名设计单位完成日期 2009 年 11 月 15 日2设计任务书（一） 设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的 CO2，混合气体的处理为 1500m3/h,其中 CO2 27﹪要求塔板排放气体中含 CO2低于 0.6％，采用清水进行吸收二） 操作条件常压，28℃（三） 填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选（四） 设计内容1、 吸收塔的物料衡算2、 吸收塔的工艺尺寸计算3、 填料层压降的计算4、 吸收塔接管尺寸的计算5、 绘制吸收塔的结构图6、 对设计过程的评述和有关问题的讨论7、 参考文献8、 附表3目录一、概述 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4二、计算过程 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙41. 操作条件的确定 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙41.1 吸收剂的选择…………………………………………….41.2 装置流程的确定………………………………………...41.3 填料的类型与选择………………………………………41.4 操作温度与压力的确定 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙42. 有关的工艺计算 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙52.1 基础物性数据……………………………………………52.2 物料衡算 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙62.3 填料塔的工艺尺寸的计算 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙62.4 填料层降压计算 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙112.5 吸收塔接管尺寸的计算………………………………..122.6 附属设备……………………………………………… ..12三、评价………………………………………………………………...13四、参考文献………………………………………………...13五、附表………………………………………………………144一、 概述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二、 设计方案的确定(一) 操作条件的确定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，选择用逆流吸收流程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 DN 聚丙烯塑料阶梯环填料1．4 操作温度与压力的确定528℃，常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算2．1 基础物性数据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，301K 时水的有关物性数据如下：密度 ρ=998.2kg/m 粘度 μ=0.836×10 -3Pa·s=3.0kg/(m·h)表面张力 б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3CO2在水中的扩散系数为 DL =1.77×10-9m2/s=6.372×10-6m2/h②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mvm=∑y iMi=0.27×44＋0.73×29=33.05混合气体的平均密度 ρ vm= 1.338kg/m33014.85.RTPMvm混合气体粘度近似取空气粘度，手册 28℃空气粘度为μ V=1.78×10-5Pa·s=0.064kg/(m•h)查手册得 CO2 在空气中的扩散系数为DV=1.8×10-5m2/s=0.065m2/h由手册查得 28℃时 CO2在水中的亨利系数 E=180kPa相平衡常数为 m= 78.130PE溶解度系数为 H= )/(10.3.9345 kPamkolMs 62.2 物料衡算进塔气相摩尔比为 Y1= 027..出塔气相摩尔比为 Y2=0.0227×0.006=1.662×10-4进塔惰性气相流量为 V= hkmol/34.).1(304.5该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即（ 21min/XY。

VL对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为 X2=0（ 7.108./7.061/421min YVL取操作液气比为 L/V=1.5L/V=1.5×1.77=2.655L=2.655×44.34=117.72kmol/h∵V(Y 1-Y2)=L(X1-X2)∴X 1= 014..7)60(3442.3 填料塔的工艺尺寸计算①塔径计算 采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速气相质量流量为 W V=1500×1.338=2007kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算即 WL=117.72×18.02=2121.31kg/hEckert 通用关联图横坐标为 0234.).9831(207.)( 55. LVW查埃克特通用关联图得 6..LVFgu7查表（散装填料泛点填料因子平均值）得 1260mFsguLVF /5.138.26029.2.0.0.0取 u=0.8uF=0.8×2.522=2.0176m/s由 0.513m0176.243/5uDS圆整塔径，取 D=0.6m泛点率校核 u= sm/.6.0785./2﹪=84.18％(在允许范围内)1.Fu填料规格校核： 8245dD液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为（L W） min=0.08m3/m·h查塑料阶梯环特性数据表得： 型号为 DN25 的阶梯环的比表面积 a t=228 m2/m3Umin=(LW)minat=0.08×228=18.24m3/m2·hU= min251.76.0785.9/31U。

经校核可知，塔径 D=600mm 不合理经反复校核仍得不出合理的 D 值经综合考虑，取操作液气比为5.267.1)(15minVLL=26.5×117.22=3112.2kmol/hX1= 04.2.31)0.(448此时气相质量流量为 WV=1500×1.338=2007kg/h此时液相质量流量为 WL=3112.2×18.02=56081.8kg/hEckert 通用关联图横坐标为 76.0)2.9831(20756)( 5. LV查埃克特通用关联图得 ..LVFgu改选型号为 D38 的阶梯环查表（散装填料泛点填料因子平均值）得 170mFsguLVF /28.138.17095.035. .02. 取 u=0.8uF=0.8×1.228=0.982m/s由 0.74m982.01436/5uDS圆整塔径，取 D=0.8m泛点率校核 u= sm/3.8.075.6/2﹪=84.52％(在允许范围内)19.Fu填料规格校核： 825dD液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为（L W） min=0.08m3/m·h查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=0.08×132.5=10.6m3/m2·h9U= min28.1.0785.9/6U经以上校核可知，填料塔直径先用 D=800mm 合理②填料层高度计算Y =mX1=1.78×0.0004=0.000712Y =mX2=0脱因系数为 S= 0254..31478LmV气相总传质单元数NOG= SYS21ln1= 0254.106.7)054.(l0254. 4=5.223气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算  2.005.21.075.04.1exp tLtLLtLctw aUaUa 查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)/(79.1628.075.622 hmkgUL    2.005.821.07 513948627.1.33.941exptwa=0.502吸收系数由下式计算10RTDaaUKVtVVtG3/17.023.0质量通量为 hmkgV 22/8.94.785.1 3014.865065.3.06.32.0 3/17.G= 0.237×73.53×0.894×0.004= 0.0623kmol/(m3·h·kPa)吸收系数由下式计算3/12/13/2095. LLLWL gDaUK3/182/163/2 .907.307.980.5164.0795.  L=1.189m/h查常见填料的形状系数表得1.WGaK45.1.WG )/(973.6.1326.023. 3. kPahmkolaKWL /092.145254089.04. u/uF=66.17％>50﹪aKuaGFG 4.150.91KLFL 2.6.2得 kPahmkolaG  34.1 /14.29736507.59111得 haKL /96.1072.35.0617.212kPamklaHLG  35...4.HOG= PKVY 083..785.0315.02Z=HOGNOG=0.083×5.223=0.434m得 Z′=1.5×0.434=0.6503m取填料层高度为 Z′=2m查散装填料分段高度推荐值表对于阶梯环填料 hmax≤6m15~8Dh取 h/D=8 则 h=8×800=6400mm计算得填料层高度为 2000mm，故不需分段2.4 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LVW再根据操作空塔气速 U 用有关物性数据，求出纵坐标值通过作图得出交点，读出过交点的等压2.02LVPgu线数值，即得出每米填料层压降值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，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12=0。