《化工原理课程设计吸收塔》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计吸收塔（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、word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 指导教师： 丽淑 目录第一章 设计任务3333第二章 设计方案44第三章 填料塔的工艺设计44556678第四章 设计结果概要第五章 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气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔1.2、 设计任务与操作条件一气体混合物如表1所示：组分CO2H2 N2 CH4CO O2进塔气体V% 212.气体量：4700Nm3h3.温度：30C4.压力：1800KNm2 (二)气体出口要求V%：CO20.63% (三)吸收剂：
2、水1.3、设计容设计说明书一份，其容包括：1. 目录2. 题目与数据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2.1、吸收流程的选择与流程图本设计混合原料气溶质浓度不高，同时过程别离要求不高，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，应当选择逆流吸收。由于本任务吸收后的CO2要用以合成尿素，如此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
3、(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展,高压环境对理想气体定律有偏差,故需对压力进展校核:由化工原理设计导论查得CO2的临界温度Tc=304K，临界压力Pc=7.38MPa如此其比照温度Tr= 比照压力Pr= = 查化工原理设计导论图2-4得在此温度压力下: 逸度系数如此逸度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= =如此可得在此条件下气液平衡关系为： Y= =3.2、吸收剂用量进塔CO2摩尔分数：进塔CO2摩尔比：Y1=
4、出塔CO2摩尔分数：出塔CO2摩尔比：Y2=混合气体体积流量：=4700N/h混合气体中惰性气体流量:V=h出塔液相浓度最大值: X1*=X1max= = 对于纯水吸收过程：X2=0如此最小液气比：min= = 由2)min： 取L11minh L21minhL31minh 如此由物料衡算公式V(Y1-Y2)=L(X1-X2)： X11= = X21= = X31= =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-Y2h查化工原理设计导论图4-5得CO2的溶解热q=97KcalKgKgK如此由L18Cpt=GA44q 得：= 同理可求得，由于，
5、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)TC (K)304126191133155 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混合气体假临界压Pcm 混合气体假临界温度：Tcm如此比照温度Tr= = 比照压力Pr= =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= = 3b.确定填料：选择塑料鲍尔环填料，规格：外径高厚(mm)=38381干填料因子=220 m-1比外表积a=155m2/
6、m3f:由化工原理上册附录查得吸收剂水在30C的液体粘度：Ls混合气体质量流速：GV=M4700/22.4=2666.8304 Kg/h吸收剂质量流速：GL11= ML=1828192.1957=507459.5226Kg/h。同理可求得GL21=585530.2188 Kg/h，GL31由Bain-Hougen关联式： 代入数据： 求得：=0.0785m/s，同理可求得=0.0675m/s,d.0.0785=0.0628m/s,同理可得，=0.0540m/s,该操作条件下气体体积流量：Vs如此=圆整后化工原理设计导论p123:=1.3m,同理可得，=1.4m，3.5、喷淋密度的校核 对于直径
7、小于76mm的环形填料，其最低润湿率 如此最小喷淋密度= =，同理可得， 故符合要求。3.6、体积传质系数的计算由于传质阻力主要集中在液相，即此过程为液膜控制过程，如此有 故此处计算液相传质系数即可.采用恩田式计算： 液相扩散系数： = = 液相流率： ，同理可得， 由化工原理附录知：水在30时，水的外表力940896kg/h2填料材质的临界外表力：填料总比外表积：水的黏度：=2.8825Kg/(m重力加速度：水的密度： 填料湿润外表积参考书目 式6-40：同理可得， 由此可得液相传质系数参考书目 式6-46同理可得，=4.2315m/h, 即：,又= 总传质系数：=,同理可得，3.7、填料层
8、高度的计算塔的截面积得：,同理，有， 传质单元高度：，同理可得，=0.7103m， 传质单元数的计算：对数平均推动力法由气液平衡方程Y=,并带入Y2：0.0063=0.0001224，同理可得，=0.0001536， 如此6.2908，同理可得，=4.3620， 故：填料层高度=，同理可得，=3.0982m，以同样方法计算另外两组数据,求得后列总结为下表: L(Kmolh)X1(m/s)(m/s)D(m)Z(m) 局部主要数据表三经综合考虑以上三种液气比所需的设备费和操作费，最终选择第一组。3.8计算填料层阻力：Z1气体质量流速：吸收剂的质量流量：L=507459.5226 kg/h=液体密度
9、： 气体密度： kg/由公式得：(3.9、附属设备的选择 a.液体喷淋装置：a.1设计思路：在填料塔液体的分布对对操作起着非常重要的作用，即使选择了适宜的填料，如果液体分布不良，必然减小填料的有效润湿外表，减小气液两相的有效接触面积，直接影响塔的别离效率。为了减少由于液体不良分布引起的放大反响，充分发挥填料的效率，必须在填料塔中安装液体分布装置，把液体均匀地分布于填料层顶部液体初始分布的质量不仅影响填料的传质效率，而且还会对填料的操作弹性产生影响。所以塔顶喷淋装置的设计既要要求结构简单，又要将液体均匀地喷洒在填料上，操作时本上不宜赌赛不产生过细的雾滴。且由于操作塔径为1.3m，故采用盘式液体分
10、布器。a.2设计计算：a.2.1液体进出口管径：液体进出管接口： ,由于是泵输送，所以取如此：m按照热轧无缝钢管标准GB8163-87，液体进出管接口尺寸, 无缝钢管的径：, 校验液体进出管接口速度：液体在管中的实际流速：=,应当选用a.2.2分布板直径：分布板直径D11.3m=1040mma.2.3分布板开孔数：流量系数盘上小孔直径板上液体高度如此孔数：n= =2279其结构图如图2和图3所示：盘式液体分布器 筛孔式图2喷头俯视图图3b. 填料支撑板：填料支撑装置的作用是支撑塔的填料和塔上的持液量，同时又能保证气液两相顺利通过。支撑板应有足够的机械强度和耐腐蚀能力。栅板式支撑装置是有竖立的扁
11、钢条焊接而成。扁钢条的间距应为填料外径的0.60.7倍。为防止填料从栅板条间空隙漏下，在装填料时，先在栅板上铺上一层孔眼小于填料直径的粗金属丝网。其结构如图4所示： 栅板式支撑装置图4C气体入口装置：填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。本设计采用进气管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。其结构图如图5所示：气体入口装置图5气体进出管接口直径：且因为操作压力为P=1800KN/m2，属高压操作，如此uv取20m/s,得：m液体进出管接口：且取uL=2.5m/s 得：m由化工原理上册附录知：按照热轧无缝钢管标准GB8163-87，气体进出管
12、接口尺寸选83mm5mm；液体进出管接口尺寸299mm15mm校验气体进出管接口速度：气体进出管接口尺寸选选择验算：无缝钢管的径：d=83-5mm气体在管中的实际流速：校验液体进出管接口速度：液体在管中的实际流速：=,d. 封头： 封头为压力容器的主要受压元件，此处采用椭圆形封头，其由半个椭球和具有一定高度的圆筒形壳体组成，此圆筒形壳体高度一般称为直边高度设置直边高度的目的是为了防止在封头和圆筒形壳体相交的这一结构不连续处出现焊缝，从而防止焊缝边缘应力问题。在制造难以程度上，由于椭圆形封头的深度较浅，冲压成形较易，是目前国广泛应用的中低压容器的封头形式。如图6封头结构图图6由化工原理课程设计导论1154-73查表知：当塔径D=1.3m时，h=40mmmm，H=325mm泵的选择：由299mm15mm,算得雷诺数=833703。取局部阻力系数，其中，由于管壁相当于管径很小，所以 因此得 = + 6.65 + 所以选
