氢氧化钠吸收二氧化碳填料塔设计.docx

氢氧化钠吸取二氧化碳填料塔设计氢氧化钠吸取二氧化碳填料塔设计一、 设计目的通过对气态污染物净化系统的工艺设计，初步把握气态污染物净化系统设 计的根本方法培育学生利用所学理论学问，综合分析问题和解决实际问题的 力量、绘图力量、以及正确使用设计手册和相关资料的力量二、 设计任务试设计常压填料塔，承受逆流操作，以氢氧化钠为吸取剂，吸取混合气体 中的二氧化碳三、 设计资料1) 混合气体〔空气、二氧化碳〕处理量为 G=150kmol/h；2) 气体的平均分子量为 32kg/mol；3) 进塔混合气体含二氧化碳的体积分数为 0.1%，要求降低到 0.05%；4) 操作压力为常压，1atm，即 101.325kpa；5) 进塔吸取液承受加活性组分 NaOH，和二氧化碳发生了快速不行逆的反响，化学反响式为：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O 假定氢氧化钠浓度为CB=0.7kmol/m3;6) 假定吸取操作为等温吸取，温度为 30 摄氏度；7) 气液平横关系：H=8kmo/(m3.atm)；8) kGa=30kmol/(m3.atm)；kLa=2.78*10-5s-1;9) 承受的液体流量 L=700 kmol/h，液体总分子浓度为 CT=56 kmol/m3， 且假设不变；10) 可认为 DA=.DB四、 设计方案确实定〔1〕 吸取工艺流程承受常规逆流操作流程，流程如下：混合气体进入吸取塔，与吸 收剂逆流接触后混合气体得到净化，然后排放；吸取丙酮后的水，取样计算其组分的量，假设符合国家相应的标准，则直接排入地沟，假设不符合，待处理之后再排入地沟。

五、物料计算1. 进塔混合气体中各组分的量近似取塔平均操作压力为 101.3Kpa，故：混合气体量=150*〔273/〔273+30〕 =135.15kmol/h2 混合气体进出塔组成Y1=0.001/(1-0.001)=0.001 Y2=0.0005/(1-0.0005)=0.00053 进塔惰性气体流量V=150*〔1-0.001〕=149.85kmol/h：4 气液平衡关系 H=8kmol/(atm.m3)=0.079kmol/kpa.m35 对于稀溶液，E 和 H 有近似的关系： E =r ，式中：分子为溶液密度，HMM 为溶剂相对分子质量对于低浓度吸取过程，溶液的物性数据可近似纯水的物性数据6 相平衡关系：m=E/P7 该吸取过程为低浓度吸取，平衡关系为直线，最小液气比：æ L öY - YL Y - YY121 m - X2Vç ÷ =è ø,对于纯水吸取过程，X2=0，则V =1 Y 21m，依据生产阅历，取操作液气比〔L/V〕=1.5(L/V)min设计资料所给吸取剂的量为L=700kmol/h，无需计算8 塔底吸取液的组成依据：V (Y1- Y )= L(X2 1- X )可得：2V ( )X = X + Y - Y =0+149.85/700*(0.001-0.0005)=0.0001材外高*厚比表空隙个数堆干填质径面积率积密度填料因子料因子1 2 L; 1 29 吸取塔操作线方程：Y =六、填料的选择L (X - X V 2)+ Y2=4.67X+0.0005下表为国内金属鲍尔环特性数据金1615*0.82390.928143000216299400属3838*0.81290.945130003651531405050*1112．30.9496500395131300选择外径为 38mm，比外表积为 129m2/m3，填料因子f =140m-1七、 塔径的计算1. 承受 Eckert 通用图计算泛点气速 mf2.选用材料 d=38mm由于温度为 30，故：Vm=(273+30)/273*22.4=24.8横坐标： = ç ÷´ =0.092L æ 700 ´1000 ¸ 56 ö æ 1.333 ö0.5 S ç ÷V è150 ´ 24.8 ´1,333 ø è 995.37 øS查得纵坐标：m 2 Fjr mf v l0.2= 0.115 其中j =rr水 =1，则：L0.115grFjr m 0.2V lLm = ，带入数据得： mf f=2.451m/sm = (0.6 ~ 0.8)mf，所以， m 1.716m/s3. 确定操作气速 mq取安全系数为 70%， mq4. 填料塔塔直径 D= 70% ´1.716 = 1.20m / s4VSpm4 ´150 ´ 243.14 ´1.716 ´ 3600D = = = 0.8616 » 0.9m5. ： 。

校核填料尺寸 D/d=900/38=23.7>8~15，所以填料规格适宜6. 校核润湿率和校核喷淋密度由于填料直径小于 75mm，最小润湿率(LW淋密度：Umin=0.08*129=10.32m3/m.h)min= 0.08m3 / m.h ，故最小喷操作喷淋密度：U=(700/56)/(p /4* 0.92 )=19.65>Umin 满足最小喷淋密度的，要求经上校算可知：选用 D=900mm 合理八、 填料层高度的计算B用高浓度的氢氧化钠吸取二氧化碳，物料衡算方程式：G (P - P)= - 1 ´ 1 (C - C) 带入数据得：C=0.68-37.74PAP A A2b C B B 2T用此关系可求出塔底处C ： C 3B1 B1计算一下塔顶和塔底的临界浓度：令 DA=DB则在塔顶：æ Dèc kp 2 = b ´ ç DABö kø÷ ´ kGLP =0.3 kmol/m3A2在塔底：c =0.6 kmol/m3kp1由此可见，无论是塔顶还是塔底，活性组分的浓度都超过了临界浓度， 化学反响发生在界面上，因此可以认为全塔内均有气膜掌握传质速率方程 为：N .a = kA Ga.PA所 以 ， 填 料 层 得 ：Gdh = ò PA1 pa =150ò 0.001 d P= 5.44m » 6.00mPKaPA 2AP 30 ´ 3.14 ´ 0..81 0.0005 PG A 4 A设安全系数为 1.2，则设计高度 Z=1.2h=7.2m九、 填料层压降的计算用 Eckert 通用图来确定：横坐标 0.092〔前面已经算出〕，将操作气速m =1.20m/s 代替纵坐标中的 mq f查表。

填料因子 F =140m-1，则纵坐标的值为：{〔1.20〕2*140}/9.8*(1.3333/1000)*1=0.0273查图可知： DP / Z = 20 * 9.81 = 196.2 pa / m则填料塔压降 DP =196.2*6=1172.2pa/m十、 填料分层查资料可知：鲍尔环æç Z 0 ö÷= 5 ~ 10 ，Z0<=6è D ømaxh/D=6.67>5，则全塔可分为三段，每段 2 米十一、 总高度 H填料塔的总塔高 H 主要取决于填料层高度 Z，此外还需要考虑塔顶空间、塔底空间及再分布器的布置等填料塔的总塔高 H 可由下式进展计算：H = Hd + Z + (n-1) Hf + Hb式中：H——总塔高，m；Z ——安全系数调整后的填料层高，m； Hf——装配液体再分布器的空间高，m； Hd——塔顶空间高〔不包括封头局部〕，m，一般取=0.8~1.4m； Hb——塔底空间高〔不包括封头局部〕，m，一般取=1.2~1.5m； n——填料层分层数所以，H=1.2*6+2*1+1.2=10.4m十二、 填料吸取塔的关心设备a) 液体分布器 液体分布器是用来改善液体在填料层内的壁流效应，每隔 肯定高度的填料层设置一个分布器。

本设计承受截锥式液体分布器b) 填料支撑构造填料支撑构造应满足三个条件：使起夜能顺当通过，设计时应去最大的自 由截面；要有足够的强度来承受填料的重量，并考虑填料孔隙率中的持夜得 重量；具有肯定的耐腐蚀性能本设计承受了栅条式支撑装置c) 填料压紧装置填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料层发生松动和跳动的现象填料压紧装置分为填料压板和床层限制板填料压板可以自由放置在填料上方，靠自身重量将填料压紧床层压板用于金属、塑料等制成的不易 压碎的散装填料和规装填料本设计在填料塔填料装填后置于填料压紧栅板d) 除沫装置除沫装置安装在液体分布器的上方，用以出去出口气流中的液滴除沫器 承受丝网除雾器e) 喷雾装置 选用莲喷头式喷洒器十三、参考资料：《有害气体掌握工程》化学工业出版社。