水吸收二氧化碳填料塔課程設(shè)計

1、<p>　　水吸收二氧化碳填料塔的設(shè)計</p><p><b>　　1.設(shè)計方案簡介</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計題目</b></p><p>　　試設(shè)計一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空氣中的二氧化碳氣體?；旌蠚怏w的處理量為____5200____m3/h，其中含二氧化碳為____6%____

2、（體積分數(shù)），混合氣體的進料溫度為25℃。要求：</p><p>　　① 塔頂排放氣體中含二氧化碳低于____0.04%____（體積分數(shù)）；</p><p>　　② 二氧化碳的回收率達到________。</p><p>　　1.2設(shè)計方案的確定</p><p>　　用水吸收CO2屬于中等溶解度的吸收過程，故為提高傳質(zhì)效率，選擇用逆流吸收流

3、程。因為用水作吸收劑，同時CO2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?lt;/p><p><b>　　1.3填料的選擇</b></p><p>　　1.3.1吸收劑的選擇</p><p>　　因為用水作吸收劑，同時CO2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?lt;/p><p>　　1.3.2裝置流程的確定</p><p>　

4、　用水吸收CO2屬于中等溶解度的吸收過程，故為提高傳質(zhì)效率，選擇用逆流吸收流程。</p><p>　　1.3.3填料的類型與選擇</p><p>　　用不吸收CO2的過程，操作溫度低，但操作壓力高，因為工業(yè)上通常選用塑料散裝填料，在塑料散裝填料中，塑料階梯填料的綜合性能較好，故此選用DN50聚丙烯塑料階梯環(huán)填料。</p><p>　　1.3.4操作溫度與壓力的確定&

5、lt;/p><p><b>　　20℃，常壓</b></p><p><b>　　2.工藝計算</b></p><p><b>　　2.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2.1.1.液相物性數(shù)據(jù)</p><p>　　對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)

6、可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。298K時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度為：=998.2kg/m3</p><p>　　粘度為：μ=1.0×10-3Pa·s=3.6kg/(m·h) </p><p>　　表面張力為：б=72.6dyn/cm=940896kg/h3</p><p>　　CO2在水中的擴散

7、系數(shù)為：DL =1.77×10-9m2/s=6.327×10-6m2/h</p><p>　　2.1.2氣相物性數(shù)據(jù)</p><p>　　混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：MVm=ΣyiMi=0.06×44＋0.94×29=29.90g/mol</p><p>　　混合氣體進塔溫度為25℃</p><p>　　

8、混合氣體的平均密度為：ρVm=1.223kg/m3</p><p>　　混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，20°空氣的粘度為：</p><p>　　μV=1.81×10-5Pa·s=0.065kg/(m?h)</p><p>　　查手冊得CO2在空氣中的擴散系數(shù)為：</p><p>　　2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)

9、</p><p>　　由手冊查得20℃時CO2在水中的亨利系數(shù)</p><p><b>　　相平衡常數(shù)為m=</b></p><p><b>　　溶解度系數(shù)為H=</b></p><p>　　2.1.4 物料衡算</p><p><b>　　進塔氣相摩爾比為：<

10、;/b></p><p>　　出塔氣相摩爾比為：Y2=0.0638×0.06=3.828×10-3</p><p>　　進塔惰性氣相流量為：V=</p><p>　　該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算，即</p><p>　　對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為</p><

11、;p><b>　　取操作液比為：</b></p><p>　　2.2填料塔的工藝尺寸的計算</p><p><b>　　2.2.1塔徑計算</b></p><p>　　采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速。</p><p><b>　　氣相質(zhì)量流量為：</b></

12、p><p>　　液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即：</p><p>　　Eckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標為：</p><p>　　因為數(shù)值太大，不適宜用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速</p><p>　　用貝恩－霍根關(guān)聯(lián)計算泛點氣速</p><p><b>　　其中 </b></p&g

13、t;<p><b>　　計算得</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　圓整塔徑，取D=5.2m</p><p><b>　　泛點率校核：</b></p>&l

14、t;p><b>　　(在允許范圍內(nèi))</b></p><p><b>　　填料規(guī)格校核：</b></p><p>　　液體噴淋密度校核，取最小潤濕速率為：</p><p><b>　　查表得：</b></p><p>　　經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=52000mm合

15、理。</p><p>　　2.2.2填料層高度計算</p><p><b>　　脫吸因數(shù)為：</b></p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：</p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：</p><p><b>　　查表得：</b></p>

16、<p><b>　　液體質(zhì)量通量為</b></p><p>　　氣膜吸收系數(shù)由下式計算：</p><p><b>　　氣體質(zhì)量通量為</b></p><p>　　液膜吸收系數(shù)由下式計算：</p><p><b>　　由，查表得：，則：</b></p>

17、<p><b>　　1/h</b></p><p><b>　　由得</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　由</b></p>&l

18、t;p><b>　　設(shè)計取填料層高度為</b></p><p>　　查表，對于階梯環(huán)填料，，。</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　計算得填料層高度為13000mm,故分成兩段，每段高6.5m。</p><p>　　2.2.3填料層壓降計算</p>&

19、lt;p><b>　　由于</b></p><p>　　所以只能按照另一種方法計算填料層壓降，根據(jù)圖曲線</p><p>　　可以大致看出，當時，</p><p><b>　　所以，壓降</b></p><p>　　2.2.4液體分布器簡要設(shè)計</p><p>　　2.

20、2.4.1液體分布器的選型</p><p>　　該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器。它具有較大的操作彈性和極好的抗污堵性，特別適合于大氣液負荷及含有固體懸浮物、粘度大的液體的分離場合，應(yīng)用范圍非常廣泛。</p><p>　　2.2.4.2 分布點密度計算</p><p>　　Eckert的散裝填料塔分布點密度推薦值</p>

21、<p>　　按Eckert建議值，因該塔液相負荷較大，當D≥1200時，噴淋點密度為42點/m2。</p><p><b>　　布液點數(shù)為：</b></p><p>　　按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設(shè)計。</p><p>　　2.2.4.3設(shè)計結(jié)果</p><p>　　二級槽共設(shè)七道，在槽側(cè)面開孔

22、，槽寬度為80mm，槽高度為210mm。兩槽中心距為140mm。分布點采用三角形排列，實際設(shè)計為n=176點。布液點示意圖如下圖所示。</p><p>　　槽式液體分布器二級槽的布液點示意圖</p><p>　　2.2.4.4布液計算</p><p><b>　　由,查表</b></p><p><b>　　取

23、，</b></p><p><b>　　則=</b></p><p><b>　　設(shè)計取</b></p><p>　　3 輔助設(shè)備的計算及選型</p><p>　　3.1 填料支承設(shè)備</p><p>　　填料支承結(jié)構(gòu)用于支承塔內(nèi)填料及其所持有的氣體和液體的重量

24、之裝置。對填料的基本要求是：有足夠的強度以支承填料的重量;提供足夠的自由截面以使氣液兩相流體順利通過，防止在此產(chǎn)生液泛；有利于液體的再分布；耐腐蝕，易制造，易裝卸等。常用填料支承板有柵板式和氣體噴射式。這里選用分塊梁式支承板。</p><p><b>　　3.2填料壓緊裝置</b></p><p>　　對于塑料散裝填料，本設(shè)計選用床層限制板。</p>&

25、lt;p>　　3.3液體再分布裝置</p><p>　　采用液體再分布器來改善因壁流效應(yīng)造成的液體在填料層內(nèi)不均勻分布。在填料層內(nèi)每隔一定高度設(shè)置一個液體再分布器。本設(shè)計采用截錐式液體再分布器。</p><p>　　3.4.1氣體進出口裝置：</p><p>　　低壓下氣體進出口管氣速可取8~15m/s，原料氣體進氣量為2600，選用圓形管道，以d為管道內(nèi)徑&

26、lt;/p><p><b>　　由</b></p><p>　　選用氣體流速為15m/s，則：</p><p>　　取整，d=123mm</p><p>　　3.4.2液體進出口裝置：</p><p>　　水及一般液體的流速范圍為，選用圓形管道，以d為管道內(nèi)徑</p><p>

27、　　選液體流速為2.0 m/s，</p><p><b>　　取整：。</b></p><p><b>　　4設(shè)計一覽表</b></p><p><b>　　5后記</b></p><p>　　通過這次的課程設(shè)計，讓我們學生接觸了工業(yè)生產(chǎn)的一點小環(huán)節(jié)即工程的簡要設(shè)計。為此，我們

28、從理論轉(zhuǎn)向?qū)嵺`，不再是老師手把手告訴我們該怎樣做，而是凡事靠自己。首先要了解設(shè)計一個吸收填料塔需要計算哪些數(shù)值，怎樣去查物性資料，怎樣去看Eckert關(guān)聯(lián)圖，怎么去設(shè)計工程圖。在設(shè)計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮它在實際生產(chǎn)中能否實現(xiàn)。其中很多參數(shù)的選取是要根據(jù)你設(shè)計的類型以及規(guī)格大小來進行的，很多時候出現(xiàn)計算的錯誤以及計算出來的結(jié)果不滿足設(shè)計的要求，就要重新選擇參數(shù)，在不同的文獻書中的參數(shù)也有一定出入，所以一些參數(shù)就跟網(wǎng)上的

29、相互參照。所以這份課程設(shè)計有很多不足之處，望老師能給予指導、指正。</p><p><b>　　6參考文獻</b></p><p>　　[1]楊祖榮.化工原理（第二版）.北京:化學工業(yè)出版社,2010.</p><p>　　[2]賈紹義,柴誠敬.化工原理課程設(shè)計（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計）.天津:天津大學出版社,2002.</p>

30、<p>　　[3]劉光啟,馬連湘,劉杰.化學化工物性數(shù)據(jù)手冊（有機卷）.北京:化學工業(yè)出版社,2002.</p><p>　　[4]劉光啟,馬連湘,劉杰.化學化工物性數(shù)據(jù)手冊（無機卷）.北京:化學工業(yè)出版社,2002.</p><p><b>　　7主要符號說明</b></p><p><b>　　E—亨利系數(shù)，<

31、/b></p><p><b>　　—氣體的粘度，</b></p><p><b>　　—平衡常數(shù)</b></p><p>　　—水的密度和液體的密度之比</p><p><b>　　g —重力加速度，</b></p><p>　　—分別為氣體和液

32、體的密度，</p><p>　　—分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，</p><p>　　—氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)，</p><p><b>　　—填料層高度，</b></p><p><b>　　—塔截面積，</b></p><p>　　—氣相總傳質(zhì)單元高度，</p>

33、<p><b>　　—氣相總傳質(zhì)單元數(shù)</b></p><p>　　—以分壓差表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，</p><p>　　—單位體積填料的潤濕面積</p><p>　　—以分壓差表示推動力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)，</p><p><b>　　—溶解度系數(shù)，</b></p><