二氧化碳吸收塔設(shè)計(jì)

1、目 錄概述.11. 設(shè)計(jì)題目.12. 操作條件.13.填料類型.14.設(shè)計(jì)內(nèi)容.14.1吸收劑的選擇.14.2裝置流程的確定.14.3填料的類型與選擇.25.填料吸收塔的工藝尺寸的計(jì)算. .25.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù).25.1.1液相物性數(shù)據(jù).25.1.2氣相物性數(shù)據(jù).25.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù).25.2物料衡算.25.3填料塔的工藝尺寸計(jì)算.35.3.1塔徑計(jì)算.35.3.2填料層高度計(jì)算.46.填料層壓降計(jì)算.67.液體分布器建簡要設(shè)計(jì).77.1液體分布器的選型.77.2分布點(diǎn)密度計(jì)算.77.3布液計(jì)算.78. 吸收塔接管尺寸計(jì)算.89.要符號說明.89.1料的特性參數(shù).89.2符號說明.8.附

2、圖（工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）概述液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下， 3800m 3的體積分?jǐn)?shù)為 7%，二氧化碳的吸收率達(dá)到 95。吸收效果以減少對大氣相向液相傳遞的擴(kuò)散速率。本設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用 4 個(gè)同類型的吸收塔并聯(lián)，塔高 8.4m，塔徑 2.9m，采用聚丙烯階梯填料，具有通量大、阻力小、傳填料塔作為主要設(shè)備之一，越來越受到青睞。1.設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空氣中的二氧化碳?xì)怏w?；旌蠚怏w的處理量為 3800 m 7%3的進(jìn)料溫度為 25。要求：二氧化碳的回收率達(dá)到 95% 。2. 操作條件（1）操作壓力： 常壓（2）操作溫度：20（

3、3）吸收劑用量為最小用量的 1.5 倍。3.填料類型公稱直徑為 50mm 的聚丙烯塑料階梯環(huán)4.設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)方案的確定4.1 吸收劑的選擇因?yàn)橛盟魑談瑫r(shí) CO 不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?- 1 -4.2 裝置流程的確定用水吸收 CO 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2 4 個(gè)同類型的吸收塔并聯(lián)工作。4.3 填料的類型與選擇用不吸收 CO 的過程，操作溫度低，但操作壓力高，因?yàn)楣I(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2選用 D 50 聚丙烯塑料階梯環(huán)填料。N4.4 操作溫度與壓力的確定20，常壓5.填料吸收塔的工藝尺寸的計(jì)算5.

4、1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)5.1.1 液相物性數(shù)據(jù)對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取水的物性數(shù)據(jù)查得，293K時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 =998.2kg/m 粘度 =Pas=3.0kg/(mh)1103LL表面張力 =72.6 dyn/cm=940896 kg/h3LCO 在水中的擴(kuò)散系數(shù)為D = 1.7710 m /s=6.37210 m /h-92-622L5.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M =yM=0.07440.9329=30.05vmii 1.23kg/m3混合氣體的平均密度為 =vm 混合氣體粘度近似取空氣粘度，手冊 20空氣粘度為 =1.8110 Pas=0.0

5、65kg/(mh)-5v查手冊得 CO 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為2D =1.810 m /s=0.044m /h-522v5.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得，常壓下 20時(shí) CO 在水中的亨利常數(shù)為2E=144MPE 3相平衡常數(shù)為=1421.5m P998.21.44 10 18.02溶解度系數(shù)為 H=0.03845kmol/(m kPa)3.EM3s- 2 -5.2 物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為0.07y0.075回收率為 =95%Y 111 y11出塔氣相摩爾比為 Y = Y （）=0.075(1-0.95)=0.0037521950 273進(jìn)塔惰性氣相流量為 V=36.13kmol/h0.0

6、7) 298該吸收過程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式計(jì)算，即Y YL（ ） 12YVmin X1m2對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液組成為 X =02Y Y0.0750.00375L（ ） 21350.4251Y0.075Vmin X01m1421.52LL取操作液氣比為 （ ）VVminLL=1.5（ ） V=73186.28kmol/hVmin因?yàn)?V(Y -Y )=L(X -X )121236.130.0750.00375）所以 X =3.52105173186.285.3 填料塔的工藝尺寸計(jì)算5.3.1 塔徑計(jì)算氣相質(zhì)量流量為 W =9501.23=1180.8kg/h液相質(zhì)

7、量流量可近似按純水的流量計(jì)算V即 W =73186.2818.02=1318816.77kg/hL1318816.77 ( ) 1040.78WWEckert通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)為( ) 0.50.5LV1180.8998.2VL因?yàn)閿?shù)值太大，不適宜用 Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速用貝恩霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)氣速：u2aW118( ) AK ( ) ( )L 4 VW0.2Ft3V gLLVL其中 A=0.204 K=1.752u114.2118lg( 0.927)()0.2 1.75 () ()F4998.21180.8998.23計(jì)算得 u =0.063m/sF取 u=0.7u =0.70.

8、063=0.044m/sF- 3 -4V由2.76 mDS3.140.0441u泛點(diǎn)率校核：u 0.043=68.25%（在允許范圍內(nèi)）uF 0.063液體噴淋密度校核，取最小潤濕速率為（L ） =0.08m /mh3Wmin查塑料階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)表得：型號為D 50 的階梯環(huán)的比表面積 a=114.2 m /m23NtU =(L ) a=0.08114.2=9.136m /m h32minW min t1318816.77998.20.7852.82U= min214.67經(jīng)校核可知，塔徑D=2.8m 合理。5.3.2 填料層高度計(jì)算Y =mX =1421.53.5210 =0.05-511Y

9、 =mX =022mV 1421.536.13脫因系數(shù)為 S=0.702L73186.28氣相總傳質(zhì)單元數(shù):1 Y Y22ln 1SS1Y YN =1SOG2100= 0.072)=3.7961氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算: UaaU2U21exp 5 wc L LtL a aaa tLtLLLtLLt查常見材質(zhì)的臨界表面張力值表得=33dyn/cm=427680kg/h2c附表：常見材質(zhì)的臨界表面張力值碳 瓷 玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 鋼 石蠟表面張力, mN /m 56 61 73 33 40 75 20材質(zhì)- 4 -液體質(zhì)量通量為U =214288.44kg/(m h)2La

10、427680 29408962 1exp 10wa940896 28 ta=0.77wat吸收系數(shù)由下式計(jì)算:1 U 0.7 a D3K 0.237 VVtVa DRTGtVVV 9501.23質(zhì)量通量為=189.86kg/ m2hU V 0.7852.821189.860.70.0651.230.044114.20.0448.314293 K 0.2373 114.20.065G =5 10 kmol/(m hkPa)-33吸收系數(shù)由下式計(jì)算:2113 U g32K LLLa DL WLLLL1321 832K L 9=1.189m/h查常見填料的形狀系數(shù)表得1.45附表：常見填料塔的形狀系

11、數(shù)球形 棒形 拉西環(huán) 弧鞍 開孔環(huán)值0.72 0.75 1 1.19 1.45K a K a510 0.77114.21.45 1.131.1GG W=0.66 kmol/(m hkPa)3K a K a0.040.77114.21.450.4 0.4LL W=4.08 kmol/(m hkPa)3- 5 -Fu由K a 1uGGF2.2uuLF3G3L1131111GKGLVV36.13OGK K aP 0.142 101.3 0.785 2.82YGZ=H N =0.41.5mOG OGhh對于階梯環(huán)填料 815D8maxD計(jì)算得填料層高度為 2100mm，故不需分段。- 6 -1200

12、時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42 點(diǎn)/m ,因?yàn)樵撍蚕胴?fù)荷 D222.82按分布點(diǎn)集合均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為二級槽一共設(shè)置 13 道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為 10cm。槽高度為 20cm,兩槽中心距離為 20cm。分布點(diǎn)采用三角形排列。布液點(diǎn)示意圖，如圖。2s0441318816.77998.23.140.6 29.810.2 12s H設(shè)計(jì)取 d 28mm。0=8. 吸收塔接管尺寸計(jì)算一般工程計(jì)算時(shí)，水管路壓力常見為 0.0-0.6MPa，水在水管中的流速為1-3m/s1318816.77水的質(zhì)量流速：WL=1318816.77kg水的流量: Q =0.367m /s3L998

13、.23600取流速為 u =1.5m/s 0.785D 1.5=0.3672L水管計(jì)算得 D =0.558m 取 D =0.56m水管水管空氣的流量為 Q =950m /h 取流速為 20m/s3L9500.785D2D=0.129m 取 D=0.14m3600空氣管空氣管空氣管9.要符號說明9.1 料的特性參數(shù)填 料 名 規(guī)格（直徑 高 材 質(zhì) 及 堆 比 表 面 積 空 隙 率 濕填料因子/m-11721152333階梯環(huán) 2512.51.4階梯環(huán) 20251.5塑料亂堆 223塑料亂堆 114.20.9279.2 符號說明填料當(dāng)量直徑D EgK 氣膜吸收系數(shù)GG 氣相傳質(zhì)單元高度 SHL 液相傳質(zhì)單元高度 u解吸因子空塔速度填料因子ut液泛速度設(shè)計(jì)中問題的評價(jià)：定要按具體的實(shí)際設(shè)計(jì)情況來定。(2)對于吸收塔填料裝置的材料屬性，以及經(jīng)濟(jì)效益要綜合考慮工藝的可能性又要滿足實(shí)際操作標(biāo)準(zhǔn)。(3)對于吸收塔的溫度的確定，由吸收的平衡關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，對于壓力的確定，選擇常壓，