二氧化碳吸收塔设计.doc
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1、 化工原理课程设计水吸收二氧化碳填料塔设计学 院 医药化工学院 专 业 精细化工 班 级 姓 名 学 号 指导教师 年 月 日- 11 -目 录概述.11. 设计题目.12. 操作条件.13.填料类型.14.设计内容.14.1吸收剂的选择.14.2装置流程的确定.14.3填料的类型与选择.25.填料吸收塔的工艺尺寸的计算. .25.1基础物性数据.25.1.1液相物性数据.25.1.2气相物性数据.25.1.3气液相平衡数据.25.2物料衡算.25.3填料塔的工艺尺寸计算.35.3.1塔径计算.3 5.3.2填料层高度计算.46.填料层压降计算.67.液体分布器建简要设计.77.1液体分布器的
2、选型.77.2分布点密度计算.77.3布液计算.78. 吸收塔接管尺寸计算.89.要符号说明.89.1料的特性参数.89.2符号说明.8. 附图(工艺流程简图、主体设备设计条件图)概述填料塔不但结构简单,且流体通过填料层的压降较小,易于用耐腐蚀材料制造,所以它特别适用于处理量小,有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部,并在填料的表面呈膜状流下,气体从塔底的气体口送入,流过填料的空隙,在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化,所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。吸收操作在化学工业中是一种重要的分离方法,本次设计采用水吸收空气中的二氧化碳,处
3、理流量为3800m3/h,其中进塔二氧化碳的体积分数为7%,二氧化碳的吸收率达到95。吸收效果以减少对大气的污染,属于物理吸收。影响吸收的因素主要为溶质在吸收剂中的溶解度,其吸收速率主要决定于气相或液相与界面上溶质的浓度差,以及溶质从气相向液相传递的扩散速率。本设计本设计采用4个同类型的吸收塔并联,塔高8.4m,塔径2.9m,采用聚丙烯阶梯填料,具有通量大、阻力小、传质效率高等优点,可以达到较好的通过能力和分离效果。一般说来,完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中,原料气的净化,气体产品的精制,治理有害气体,保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为主要设备之一,越来越受到
4、青睐。1.设计题目试设计一座填料吸收塔,采用清水吸收混于空气中的二氧化碳气体。混合气体的处理量为3800 m3/h,其中含二氧化碳为7%(体积分数),混合气体的进料温度为25。要求:二氧化碳的回收率达到95% 。2. 操作条件(1)操作压力: 常压 (2)操作温度:20(3)吸收剂用量为最小用量的1.5倍。3.填料类型公称直径为50mm的聚丙烯塑料阶梯环4.设计内容设计方案的确定4.1吸收剂的选择因为用水作吸收剂,同时CO2不作为产品,故采用纯溶剂。4.2装置流程的确定 用水吸收CO2属于中等溶解度的吸收过程,故为提高传质效率,选择用逆流吸收流程。由于处理的流量较大,所以用4个同类型的吸收塔并
5、联工作。4.3填料的类型与选择 用不吸收CO2的过程,操作温度低,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DN50聚丙烯塑料阶梯环填料。4.4操作温度与压力的确定 20,常压5.填料吸收塔的工艺尺寸的计算5.1基础物性数据5.1.1液相物性数据对于低浓度吸收过程,溶液的物性数据可近似取水的物性数据 查得,293K时水的有关物性数据如下:密度L=998.2kg/m 粘度L= Pas=3.0kg/(mh) 表面张力L=72.6 dyn/cm=940896 kg/h3 CO2在水中的扩散系数为DL= 1.7710-9 m2/s=6.3721
6、0-6 m2/h5.1.2气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为Mvm=yiMi=0.07440.9329=30.05混合气体的平均密度为 vm=1.23kg/m3混合气体粘度近似取空气粘度,手册20空气粘度为 v=1.8110-5Pas=0.065kg/(mh)查手册得CO2在空气中的扩散系数为 Dv=1.810-5m2/s=0.044m2/h5.1.3气液相平衡数据由手册查得,常压下20时CO2在水中的亨利常数为E=144MP相平衡常数为 =1421.5溶解度系数为H= =0.03845kmol/(m.3kPa)5.2物料衡算 进塔气相摩尔比为 回收率为=95% 出塔气相摩尔比为Y2= Y
7、1(1-)=0.075(1-0.95)=0.00375 进塔惰性气相流量为V=36.13kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比按下式计算,即 对于纯溶剂吸收过程,进塔液组成为X2=0取操作液气比为 L=1.5V=73186.28kmol/h 因为V(Y1-Y2)=L(X1-X2) 所以X1=5.3填料塔的工艺尺寸计算5.3.1塔径计算 气相质量流量为 WV=9501.23=1180.8kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算 即WL=73186.2818.02=1318816.77kg/hEckert通用关联图横坐标为因为数值太大,不适宜用Eckert通用关联图计
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