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1、1536541631. 设计方案简介1.1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气体。混合 气体的处理量为刚突然突然吐刚茹柔为25C。要求： 塔顶排放气体中含二氧化碳低于0.04%（体积分数）； 二氧化碳的回收率达到。1.2设计方案的确定用水吸收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。因为用水作吸收剂，同时CO2不作为产品，故采用纯溶剂。1.3填料的选择1.3.1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。1.3.2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.
2、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 DN50聚丙烯塑料阶梯环填料。1.3.4操作温度与压力的确定20C，常压2. 工艺计算2.1基础物性数据2.1.1.液相物性数据对低浓rerew取纯水的物性数据。298K时水的有关物性数据如下: 密度为：P L=998.2kg/m3粘度为：u =1.0X 10-3Pa s=3.6kg/(m h)表面张力为：6 =72.6dyn/cm=9408tr 为：D =1.77X 10-9m2/s=6.327 X 10-6m2/h2.1.2气相物性数据
3、L混合气体的平均摩尔质量为：MV =y.M.=0.06X44 + 0.94X29=29.90g/mol 混合气体进塔温度为25 C| |混合气体的平均密度为:PMvm 1013 29.90Vm=RT8.314x298= 1.223kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，20空气的粘度为:u V=1.81 X 10-5Pa - s=0.065kg/(mh)查手册得CO2在空气中的扩trt为：Dv = 0.122cm2/s = 0.044m2 / h2.1.3气液相平衡数据由手册查得20C时CO2在水中的亨利系数E = 1.44 x 105 kPa相平衡常数为蚌皋=仰=1421.5溶解度系数
4、为H=看998.2=3.847 x10-4kmol / (m3 kPa) 144000 x182.1.4物料衡算进塔气相摩尔比为:出塔气相摩尔比为:y11 - y1Y2=0.0638 X 0.06=3.828 X 10-3ML = 0.06381 - 0.06进塔惰性气相流量为：V= 5200 x竺(1- 0.06) = 199.91kmol / h22.4 298该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即LY1 - Y 2V minY1/ m - X 2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X 2 = 0=1336.210.0638 - 3.828 x10-30.0638
5、/1421.5 -0取操作液比为:V = 1.1(V)min -=1.1x1336.21 = 1469.83VL = 1469.83 x 199.91 = 293833.72kmol/hV(Y - Y ) = L(X - X )1212X 199.91x(0.0638-3.828x10-3)_40乂10 51 =293833.72= .-2.2填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1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：Wv = 5200 x 1.223 = 6359.6kg / h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：5294883.63 ,1.223、x ()0.5 =
6、 29.1436359.6998.2WL = 293833.72 x 18.02 = 5294883.63kg / hEckert通用关联图的横坐标为： W （普）0.5 V L因为数值太大，不适宜用Eckert通用关联图计算泛点气速 用贝恩一霍根关联计算泛点气速u 2 ap,lgF (f )G-V)曰0.2 =A-Kg 3 pL其中 A = 0.204 K = 1.75lgu2114.2 1.223 1 八1 ”j ()() x1o.2 =0.204-1.75 x9.81 0.9273 998.2(5294883.63) 1.22318I 6359.6 )1998.2 ；计算得u =0.08
7、8由D =4V& = 兀u取 u = 0.8% = 0.8 x 0.088 = 0.0704m / s4 x5200/3600 = 5 113.14 x 0.0704圆整塔径，取D=5.2m、十上#歹5200/3600泛点率校核：u = 0.068m/ s0.785 x 5.2200竺x100% = 77.3% （在允许范围内） uF 0.088填料规格校核：D 5200=104 8d 50液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为： （Lw）min = 0.08m3 / m - h查表得:a = 114.2 m2 /m3U . =(L ) a = 0.08x114.2 = 9.136m3/m2?iU
8、 = 3485199；998.2 = 11953 U 0.785 x 0.612min经以上校核可知，填料塔直径选用D=52000mm合理。2.2.2填料层高度计算Y 1* = mX 1 = 1421.5 x 5.3 x 10-5 = 0.0753 y2* = mX2 = 0脱吸因数为：mV 1421.5 x133S = 0.9/8L 193407.27气相总传质单元数为:N” = Lln(1- S) Y1 Y2* + S = 一1一 ln(1- 0.978) g 1 - SY 2 - Y 2.1 - 0.978。0753-0 + 0.978 = 15.6425.27 x10-3 - 0气相总
9、传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:色 =1 一 exp-1. 45(气)0.75(-)0.1(%)_o.o5(_)0.2)ataLPL2gPL%查表得: 气=33dyn / cm = 427680kg / h2液体质量通量为以w =匚 X 1 45x(427680)075 x(11931588.1511931588.152 x114.2 0 05苛-exp . x(940896) x 114.2 x 3.6 加 X( 998.22 x1.27 x108 次，X 11931588.152()0.2 = 0.999998.2 x 940896 x114.2U = 3485199 = 11931
10、588.15kg / (m2 - h) l 0.785 x 0.612气膜吸收系数由下式计算:k = 0.237(也)0.7 (_ )1/3 (5DV) g以 FvPvDvRT气体质量通量为TT3200 x 1.299Ur = 14230.8kg / (m2 - h)V 0.785 x 0.612k = 0.237( 14230.8 )0.7 (0065)1/3(114.2x 0.044) = 12.6x 10-3kmol / (m2 - h - kPa)g 114.2 x 0.0651.299 x 0.0448.314 x 293液膜吸收系数由下式计算:k = 0.0095(- )2/3(-
11、)-1/2 (hi )1/3 aMP LDLP L11931588.15 、,3.6、,3.6 x1.27x108=0.0095()2/3()-1/2 ()1/30.794 x114.2 x 3.6998.2 x 6.327x10-6998.2=72.769m / h由kGa = kGawW”,查表得：W =1.45，则:kGa = kGa li = 6.930 x 10-3 x 0.794 x 114.2 x 1.451.1 = 0.946kmol / (m3 - h - kPa) kLa = kLa o.4 = 2.564 x 0.794 x 114.2 x 1.450.4 = 269.7
12、4 1/h =0068 x 100% = 77.3% 50% uf 0.088k Ga = 1 + 9. 5(巴-0. 5)i.4kGa, kLa = 1 + 2. 6(U - 0. 5)2.2kLa,由 GufG LufL 得kfGa = 1+ 9.5(0.773 0.5)1.4 x 0.946 = 2.406kmol / (m3 - h - kPa)kfLa = 1+ 2.6(0.773 - 0.5)2.2 x 269.74 = 310.06 1/ h111+2.406 3.847 x10-4 x 310.06=0.114kmol / (m3 - h - kPa)=0.816mTT V V
13、199.91He =由 g k#Q KGaPQ 0.114 x101.3 x 0.785 x 5.22由 Z = HogNog = 0.816 x 12.628 = 10.304mZ = 1.25 x 10.304 = 12.88m设计取填料层高度为Z = 13mh = 8 15查表，对于阶梯环填料，D, h max 13000 mm计算得填料层高度为13000mm，故分成两段，每段高6.5m。2.2.3填料层压降计算W p由于访(pv)0.5 = 29.143 10V L所以只能按照另一种方法计算填料层压降，根据图u f P曲线800 r roo -/ = 20 Pa / m 可以大致看出，
14、当u = 0.0704m/s时，/Z所以，压降 AP = 20 x 13 = 260Pa2.2.4液体分布器简要设计2.2.4.1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。 它具有较大的操作弹性和极好的抗污堵性，特别适合于大气液负荷及含有固体悬 浮物、粘度大的液体的分离场合，应用范围非常广泛。2.2.4.2分布点密度计算Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径,mm分布点密度，点/ m2塔截 面D=400330D=750170DM 120042按Eckert建议值，因该塔液相负荷较大，当DN1200时，喷淋点密度为42点/m2。布液点数为：n = 0.785x5.22x 42 = 172点按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。2.2.4.3设计结果二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽度为80mm，槽高度为210mm。两槽中 心距为140mm。分布点采用三角形排列，实际设计为n=176点。布液点示意图 如下图所示。槽式液体分布器二级槽的布液点示意图2.2.4.4布液计算由Ls = 4d2n.
