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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、 附表目录一、概述4二、计算过程41. 操作条件的确定
2、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11 2.5吸收塔接管尺寸的计算.12 2.6附属设备 .12三、评价.13四、参考文献.13五、附表14一、 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
3、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11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。12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。13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。14操作温度与压力的确定 28，常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 21基础物性数据液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的
4、物性数据 查得，301K时水的有关物性数据如下： 密度=998.2kg/m 粘度=0.83610-3Pas=3.0kg/(mh) 表面张力=72.6dyn/cm=940896kg/h3 CO2在水中的扩散系数为DL =1.7710-9m2/s=6.37210-6m2/h 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为Mvm=yiMi=0.27440.7329=33.05混合气体的平均密度vm= 1.338kg/m3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28空气粘度为 V=1.7810-5Pas=0.064kg/(mh) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 DV=1.810-5m2/s=0.065m2/h
5、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= 溶解度系数为H=2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1= 出塔气相摩尔比为Y2=0.02270.006=1.66210-4 进塔惰性气相流量为V= 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（ 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 （ 取操作液气比为L/V=1.5L/V=1.51.77=2.655 L=2.65544.34=117.72kmol/h V(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1=2.3填料塔的工艺尺寸计算 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=1500
6、1.338=2007kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算 即WL=117.7218.02=2121.31kg/h Eckert通用关联图横坐标为 查埃克特通用关联图得 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得 取u=0.8uF=0.82.522=2.0176m/s 由0.513m 圆整塔径，取D=0.6m 泛点率校核 u= =84.18(在允许范围内) 填料规格校核： 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （LW）min=0.08m3/mh 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 at=228 m2/m3 Umin=(LW)minat=0.08228=18.24m3/m
7、2h U= 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 L=26.5117.22=3112.2kmol/h X1= 此时气相质量流量为WV=15001.338=2007kg/h 此时液相质量流量为WL=3112.218.02=56081.8kg/h Eckert通用关联图横坐标为 查埃克特通用关联图得 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 取u=0.8uF=0.81.228=0.982m/s 由0.74m 圆整塔径，取D=0.8m 泛点率校核 u= =84.52(在允许范围内) 填料规格校核： 液体喷淋密度校核，取最
8、小润湿速率为 （LW）min=0.08m3/mh 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/m3 Umin=(LW)minat=0.08132.5=10.6m3/m2h U= 经以上校核可知，填料塔直径先用D=800mm合理填料层高度计算 Y=mX1=1.780.0004=0.000712 Y=mX2=0 脱因系数为 S= 气相总传质单元数 NOG= = =5.223 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 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 =0.502吸收系数由下式计算 质量通量为 =
9、0.23773.530.8940.004= 0.0623kmol/(m3hkPa) 吸收系数由下式计算 =1.189m/h 查常见填料的形状系数表得 u/uF=66.1750 得 得 HOG=Z=HOGNOG=0.0835.223=0.434m得Z=1.50.434=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 hmax6m取h/D=8 则h=8800=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。再根据操作空塔气速U用有关物性数据，求出纵坐
10、标值。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。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=0。468查散装填料压降填料因子平均值表得查通用关联图得：P/Z=298.6Pa/m填料层压降为P=298.61=298.6Pa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。2.5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 气体出口直径 d2=d1=13
11、4mm 喷液进口直径 喷液出口直径 d4=d3=200mm 排液口直径 d5=d3/2=100mm2.6附属设备 （1）本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分面器，且填料层不高，可不设液体再分布器。 （2）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。三、评价 设计中问题的评价：1、 对于吸收塔基本尺寸的确定以及数据来源，物性参数，合适取值范围的确定要按具体的实际设计情况来定。2、 对于吸收塔填料装置的材料属性，以及经济效益要综合考虑工艺的可能性又要满足实际操作标准。3、 对于吸收塔的温度的确定，由吸收的平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度，对于压力的确定，选择常压，减少工
12、作设备的负荷。设计体会 刚拿到任务说明书时，一脸茫然，大家都是第一次接触到这个陌生的东西，面对大量繁琐的计算，我的头都大了，其中我得了一个很不合理的数据，经过反复查找，才发现前面有个小数点弄错了，我深深体会到了科学需要的严谨性。在设计课程报告时，要输入大量的公式，我自学了一点公式编辑器的知识，感觉它非常有用，今后有时间还得好好学学。我会好好对待以后的每一次设计，让老师满意。希望老师对我这次的表现认可。四、参考文献1、化学工程手册编辑委员会，化学工程手册气液传质设备2、贾绍义，紫诚敬化工原理课程设计天津大学出版社，20023、刘乃鸿等现代填料塔技术指南天津，中国石化出版社19984、徐崇嗣等塔填料产品及技术手册北京，化学工业出版社19955、姚玉英化工原理，下册天津大学出版社1999五，附表 埃克特通用关图 填料名称规格（直径高厚）/mm材质及
