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1、化工原理课程设计水吸收二氧化碳填料塔设计学院医药化工学院专业精细化工班级姓名学号指导教师概述11. 设计题目12. 操作条件13. 填料类型14. 设计内容14.1吸收剂的选择14.2装置流程的确定14.3填料的类型与选择25. 填料吸收塔的工艺尺寸的计算25.1基础物性数据25.1.1液相物性数据25.1.2气相物性数据25.1.3气液相平衡数据25.2物料衡算25.3填料塔的工艺尺寸计算35.3.1塔径计算35.3.2填料层高度计算46. 填料层压降计算67. 液体分布器建简要设计77.1液体分布器的选型77.2分布点密度计算77.3布液计算78. 吸收塔接管尺寸计算89. 要符号说明89
2、.1料的特性参数89.2符号说明8附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）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。吸收操作在化学工业中是一种重要的分离方法，本次设计 采用水吸收空气中的二氧化碳，处理流量为3800m3/h，其中进塔二氧化碳 的体积分数为7%，二氧化碳的吸收率达到95%。吸收
3、效果以减少对大气 的污染，属于物理吸收。影响吸收的因素主要为溶质在吸收剂中的溶解度, 其吸收速率主要决定于气相或液相与界面上溶质的浓度差，以及溶质从气 相向液相传递的扩散速率。本设计本设计采用4个同类型的吸收塔并联， 塔高8.4m，塔径2.9m，采用聚丙烯阶梯填料，具有通量大、阻力小、传 质效率高等优点，可以达到较好的通过能力和分离效果。一般说来，完整 的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原料气的净化， 气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。 填料塔作为主要设备之一，越来越受到青睐。1. 设计题目试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的二氧化碳
4、气体。混合 气体的处理量为3800 m3/h，其中含二氧化碳为7% (体积分数)，混合气体 的进料温度为25C。要求：二氧化碳的回收率达到95%。2. 操作条件(1)操作压力：常压(2)操作温度：20C(3)吸收剂用量为最小用量的1.5倍。3. 填料类型公称直径为50mm的聚丙烯塑料阶梯环4. 设计内容设计方案的确定4.1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。4.2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。由于处理的流量较大，所以用4个同类型的吸收塔并联工作。4.3填料的类型与选择用不吸收CO2的过程，操作温度低，
5、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Dn50聚丙烯塑料阶梯环填料。4.4操作温度与压力的确定20 C，常压5. 填料吸收塔的工艺尺寸的计算5.1基础物性数据 5.1.1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，293K时水的有关物性数据如下：密度 pL=998.2kg/m粘度 pL= 1x 10-3 Pas=3.0kg/(mh)表面张力 ol=72.6 dyn/cm=940896 kg/h3CO2在水中的扩散系数为 Dl= 1.77x10-9m2/s=6.372x10-6m2/h5.1.2气相物
6、性数据混合气体的平均摩尔质量为Mg忍yM=0.07x44+0.93x29=30.05混合气体的平均密度为PMvm_10L3 x 30.05 _ pvm= T8.314x 298 -1.23kg/m3混合气体粘度近似取空气粘度，手册20C空气粘度为四=1.81x10-5Pa-s=0.065kg/(m*h)查手册得CO2在空气中的扩散系数为D =1.8x10-5m2/s=0.044m2/h v5.1.3气液相平衡数据由手册查得，常压下20C时CO2在水中的亨利常数为E=144MP相平衡常数为 m = - =1-44xl3 =1421.5P 101.3溶解度系数为 H= 一 =9982 =0.038
7、45kmol/(m3-kPa)EM 1.44x 103 x 18.02s5.2物料衡算进塔气相摩尔比为Y =- = 0.07 = 0.075 回收率为n=95%1 1 - y11 - 0.07出塔气相摩尔比为 Y2= Y1 (1-n)=0.075x(1-0.95)=0.00375进塔惰性气相流量为V=竺x竺(1 - 0.07) =36.13kmol/h22.4 298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(-)=乒V min YV - X m 2对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0(-)=2 = 0.075-0.00375 = 1350.425V min Y0.0
8、75 八-X 0m 21421.5取操作液气比为-= 1.5(4)VV minL=1.5(4). V=73186.28kmol/h因为 V(Y1-Y2)=L(X1-X2)36.13 x (0.075 - 0.00375)所以 X1= 3.52 x 10-573186.285.3填料塔的工艺尺寸计算5.3.1塔径计算气相质量流量为 WV=950x1.23=1180.8kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算即 WL=73186.28x18.02=1318816.77kg/hEckert 通用关联图横坐标为 K(&0.5 = 1318816.77 x (_1竺)0.5 = 1040.78K Pl
9、 1180.8998.2因为数值太大，不适宜用Eckert通用关联图计算泛点气速用贝恩-霍根关联式计算泛点气速：其中 A=0.204 K=1.75lg蛀 x (冬)x (官)x 10.29.810.9273998.2计算得 uF=0.063m/s取 u=0.7uF=0.7x0.063=0.044m/s=0.204-1.75x (1318816.77)4(Q)81180.8998.21 / 950，”/1 4 x由 D = 竖=：迎土 = 2.76 m 兀 u3.14 x 0.0441泛点率校核：=02竺=68.25% （在允许范围内）Up 0.063液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为（LW）m
10、in=0.08m3/mh 查塑料阶梯环特性数据表得：型号为Dn50的阶梯环的比表面积at=114.2 m2/m3Um1n=（LW）m1nat=0.08X114.2=9.136m3/m2-h1318816.77U= 9982= 214.67 U .0.785 x 2.82min经校核可知，塔径D=2.8m合理。5.3.2填料层高度计算Y； =mX=1421.5x3.52x10-5=0.05Y 2 =mX2=0脱因系数为 S=mV = 1421.5 x 36.13 =0.702 L 73186.28气相总传质单元数：N 一上 ijG - S)】_ 匕+ S nog=1_ sY - Y ；L221
11、- 0.702in(1 - 0.072) x0.075 - 00.00375 0+ 0.702=3.796气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:a 一f = 1-expj1.45 气 I、0.75，rr、0./U 2 aL-t-vP b a ,ll/A-0.05 5%1 + 9.5I1.4-0.5)，Kl a =得 KGa =得 KLa =1 + 2.6A 2.20.5二 IUF 1+9.5 X(0.6825-0.5)410.66=1.24kmol/(m3 . h kPa)+ 2.6 x(0.6825-0.5kl 4.08=4.18kmol/(m3hkPa)KGa =1xzi;Kg HKl a=0.142 kmol/(m3.hkPa)11.24 0.03845 x 4.18%=工=- =些=
