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1、化工原理课程设计 题 目 水吸收二氧化碳吸收塔 学院 化学工程学院 专业 安全工程 学生姓名 学号 年级 指导教师 曹丽淑 二一六年七月五日目录题目及数据3流程图.3流程和方案的选择说明与论证.4吸收塔主要尺寸的计算.6附属设备的选型或计算.14设计评价.18设计结果概览19参考文献.20题目及数据1. 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。2. 数据：（一） 气体混合物1） 组成(V%)：CO2 11%，H2 65.6%，N2 21%，CH4 0.5%,CO 3%,O2 0.1%2） 气体组成:3800Nm3/h3） 温度：304） 压力:1800KN/m2（二） 气体出
2、口要求(V%)：CO2 0.62%（三） 吸收剂：水流程图水吸收CO2工艺流程图1-吸收塔；2-富液泵；3-贫液泵；4-解吸塔流程和方案的选择说明与论证1. 塔设备：填料塔。2. 吸收剂：水。3 装置流程的确定：对于单塔，气体和液体接触的吸收流程有逆流和并流两种方式。在逆流操作下，两相传质平均推动力最大，可以减少设备尺寸，提高吸收率和吸收剂使用效率，因此逆流优于并流。因此，本设计采用逆流。4. 填料的选择：填料是填料塔的核心构件，它提供了塔内气-液两相接触而进行传质或传热的表面，与塔的结构一起决定了填料塔的性能。现代填料大体可分为实体填料和网体填料两大类，而按照装填方式可分为乱堆填料盒规整填料
3、。对塔内填料的一般要求是：具有较大的比表面积和较高的空隙率，较低的压降，较高的传质效率；操作弹性大，还要考虑经济合理。1)散装填料散装填料是一个个具有一定集合形状和尺寸的颗粒体一般以随机的方式堆积在塔内的，又称为乱堆填料和颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、和环鞍的填料等。以下是典型的散装填料：a.拉西环填料：拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制成。拉西环填料的气液分布较差、传质效率低、阻力大、通量小，目前工业上用得较少。b.鲍尔环填料：鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗
4、口，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶诸舌叶的侧边与环中间相搭，可用陶瓷、塑料、金属制造鲍耳环由于环内开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比通量可提高50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。c.阶梯环填料：阶梯环是对鲍尔环的改进。鲍尔环相比阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形的翻边由于高径比减少，使得气体绕填料外外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅提高了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变为点接触为主，这样不但增加了填料层之间的空隙，同时成为液体沿填料
5、表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新。有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前环形填料中最为优良的一种。2)规整填料规整填料是按一定的的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料。工业上使用的绝大多数规整填料为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料可用陶瓷、塑料、金属制造。a.金属丝波纹填料：是网波纹填料的主要形式，是由金属丝制成。其特点是压降低、分离效率高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性的精馏提供了有效的手段。尽管造价高，但因性能优越仍得到了广泛的应用。b.金属板波纹填料：是板填
6、料的主要形式，该填料的波纹板片上冲压有许多4mm6mm的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上扎成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大。其缺点是不适用于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清洗困难、造价高。拉西环鲍尔环弧鞍形填料矩鞍形填料网环波纹填料结构阶梯环金属鞍环本次吸收过程中，操作温度低，气体通量不大，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
7、，故此选用塑料阶梯环填料。 阶梯环吸收塔主要尺寸计算1. 气液平衡关系1） 高压下因压力影响产生对理想气体定律的偏差需对压力进行校核。由物理化学查得CO2的临界温度TC=30.98，临界压力PC=7.375MPa，由题所致，温度T=30，压力P=1800KN/m2，因此求得：对比温度Tr=T/TC=(30+273.15)/(30.98+273.15)=0.997对比压力Pr=P/PC=1800/(7.375*1000)=0.244。查化工原理设计导论图2-4得，在Tr=0.997，Pr=0.244情况下，=0.325f=p*=1800*0.325=585kPa2） m=E/f，当T=30时，E
8、CO2=1.65*105KPa，所以，m=E/f=E/(P)=(1.65*105)/585=282.051-2823） Y=mX/1+(1-mX)=282X/(1-282X)2.确定吸收剂用量1)由题可知y1=0.11，y2=0.0062，所以，Y1=y1/(1-y1)=0.11/(1-0.11)=0.124，Y2=y2/(1-y2)=0.0062/(1-0.0062)=0.00624；V=3800/22.4*(1-0.11)=150.982mol/h。2)Y1=282X1*/(1-282X1*)=0.124，所以，X*=3.912*10-4-X1，max3)因为，Lmin(X1,max-X2
9、)=V(Y1-Y2)，由题干可知，吸收剂为清水，因此X2=0，且Y1=0.124，Y2=0.00624，X1，max=3.912*10-4，V=150.982，所以，Lmin=V(Y1-Y2)/(X1,max-X2)=150.982(0.124-0.00624)/(3.912*10-4-0)=45448.200所以，(L/V)min=45448.200/150.982=301.0174） 由于L/V=(1.12.0)L/V，取L1=1.3Lmin，即(Y1-Y2)/(X1,1-0)=1.3(L/V)min，所以，X1,1=V(Y1-Y2)/(1.3Lmin)=150.982(0.117-0.0
10、0624)/(1.3*45448.200)=2.830*10-4；同理，取L1=1.5Lmin，X2,1=2.453*10-4； 取L1=1.8Lmin，X3,1=2.044*10-4。3.计算热效率1)水吸收二氧化碳的量：GA=V(Y1-Y2)=150.982(0.124-0.00624)=17.7802)查化工原理设计导论图4-5因T=30，压力约为18大气压，所以q=100.5kcal/kg3)查化工原理上册附录， 30时水的Cp为4.1744)L*18*Cp*t=17.780*44*q*4.18，所以，当L=1.3Lmin时，t=(17.780*44*100.5*4.18)/(1.3*45448.200*18*4.174)=0.0741；同理，当L=1.5Lmin时，t=0.0641； 当L=1.8Lmin时，t=0.0538,合理。规格：38.5*19*1；比表面积：133；干填料因子：175.6；A：0.204。当L=1.3L1时，uf=0.0470，当u=0.6uf时，D=1.691-1.7，当u=0.85uf时，D=1.420-1.5，L=1.5L
