化工原理课程设计——水吸收二氧化碳吸收塔.docx

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 二0—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%，CH40.5%,CO 3%,O20.1%2) 气体组成:3800Nm3/h3) 温度：30°C4) 压力:1800KN/m2(二) 气体出口要求(V%): CO2 0.62%(三) 吸收剂：水流程图水吸收CO,工艺流程图 乙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：是板填料的主要形式，该填料的波纹板片上冲压有许多中 4mm~O6mm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，故 此选用塑料阶梯环填料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°C，临界压力PC=7.375MPa，由题所致，温度T=30C，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对比压力Fr冲槌得，在 Tr=0.997, Pr=0.244 情况下，丫 =0.325f=p* Y =1800*0.325=585kPa2) m=E/f，当 T=30°C时，ECO2=1.65*105KPa,所以，m=E/f=E/(P Y )=(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)=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=(1.1~2.0)L/V，取 L = 1.3L .，即(Y「YJ/(X"0)=1.3(L/V).，所以，X

4. 定塔径1) 查《物理化学》附录得：① H2(65.6%)： Pc=1.297，TC=-239.9；② N2(21%)： Pc=3.39，Tc=-147.0；③ CH4(0.5%)： Pc=4.596，Tc=-82.62；④ CO(3%)： Pc=3.449，Tc=-140.23；⑤ 02(0.1%)： Pc=5.043，Tc=-118.57；⑥ CO2(11%)： Pc=7.375，Tc=30.98，则，Pc,m=EyiPci=1.297*0.656+3.39*0.21+4.596*0.005+3.499*0.022+5.043*0.002+7.375*0.105= 2.447Tc m= E yiTci=-239.9*0.656-147.0*0.21-82.62*0.005-140.23*0.022-118.57*0.002+30.98*0.105=-118.7272) Prm=P/Pcm=0.695，Trm=T/Tcm=3.531，查《化工原理设计导论》图2-1，得，3)4)5)(L6O,81.0气体的通用压韬系敦图Z=0.985171=工乂171广0.105*44+0.656*2+0.21*28+0.005*16+0.022*28+0.002*32=12.572所以，p V=(P M)/(ZRT)=(1800*12.572)/(0.985*8.314*298.15)=9.268填料的选择：塑料阶梯环①规格(直径*高*厚)mm： 50*30*1.5；比表面积：121.5(m2*m-i)；干填料因子：159； A： 0.2046)计算uf：根据《化工原理设计导论》4-4公式，lg[(uf2*a* P v u L2)/(g* £3*p「]=A-1.75(Wl/Wv)0.25*(Pv/Pl)0.i25。

其中，Wl=L*M,Wv二标况 0.067*3600*9.268a. L=1.3L ,u =0.0494,V =V *(273+30)/273*101.3/1800/3600=0.0671 f S 标当 u=0.6uf 时，D=(4V/nu)=1・649---1.7；当 u=0.85uf 时，D=1.385---1.4b. L=1.5Li和L=1.8L1时，塔径变的更大,分别为L=1.5L1 :当u=0.6uf时,D=1.779—1.8,当 u=0.85uf 时,D=1.495—1.5; L=1.8L「当 u=0.6uf时，D=1.968---2.0,当 u=0.85uf 时，D=1.654---1.7Dm /d=30>8,合理② 规格：38.5*19*1 ；比表面积：133；干填料因子：175.6； A： 0.204当L=1.3Li 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 和 L=1.8L 时，塔径变的更大，同上D /d=39>8，合 1 1 min理③ 规格：25*17.5*1.4；比表面积：228；干填料因子：313； A=0.204。

当L=1.3Li 时，Uf=0.0352,当 u=0.6uf 时，D=1.953---2.0，当 u=0.85uf 时，D=1.641---1.7，L=1.5Li和1=1.8匕时，塔径变的更大，同上Dmin/d=68>8，合理④ 规格：50*25*1.5 ；比表面积：114.2 ；干填料因子：143； A=0.204当 L=1.3L】时，uf=0.0551,当 u=0.。