水吸收二氧化碳填料塔设计.doc

PAGE 1 1、 设计方案简介 1.1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____1600____m3/h，其中含二氧化碳为___9%_____（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___98%_____。 1.2 设计方案的确定 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。 1.3 填料的选择 1.3.1 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。 1.3.2 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。 1.3.3 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。 1.3.4 操作温度与压力的确定 20℃，常压 2、工艺计算 2.1 基础物性数据 2.1.1 液相物性的数据 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，298K 时水的有关物性数据如下： 密度ρL=998.2kg/m 粘度μL=0.836×10-3Pa·s=3.6kg/(m·h) 表面张力бL=72.6dyn/cm=940896kg/h3 CO2在水中的扩散系数为DL =1.77×10-9m2/s=6.372×10-6m2/h 2.1.2 气相物性的数据 混合气体的平均摩尔质量为 Mvm=∑yiMi=0.09×44＋0.91×29=30.35 混合气体的平均密度 ρvm= 1.241kg/m3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册20℃空气粘度为 μV=1.81×10-5Pa·s=0.065kg/(m?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 DV=0.044 m2/h 2.1.3 气液相平衡数据 由手册查得20℃时CO2在水中的亨利系数E=1.44×10-5 kPa 相平衡常数为m= 溶解度系数为H= 2.1.4 物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1= 出塔气相摩尔比为Y2=0.0989×(1-0.98)=1.978×10-3 进塔惰性气相流量为V= 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/V=1.4L/V=1.4×59.55=1950.30 L=1950.30×59.55=116140.37kmol/h ∵V (Y1-Y2) = L (X1-X2) ∴X1= 5.0×10-5 2.2填料塔的工艺尺寸计算 2.2.1塔径计算 采用Eckert通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 WV=1600×1.241=1985.6kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算 即WL=116140.37×18.02=2092849.47kg/h Eckert通用关联图横坐标为 因为数值太大，不适宜用Eckert通用关联图计算泛点气速 用贝恩-霍根关联式计算泛点气速 其中A=0.204 K=1.75 计算得uF =0.054m/s 取u=0.8uF=0.8×0.054=0.0432m/s 由3.62m 圆整塔径，取D=3.8m 泛点率校核 u= ﹪=72.6％(在允许范围内) 填料规格校核： 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （LW）min=0.08m3/m·h 查塑料阶梯环特性数据表得： 型号为DN50的阶梯环的比表面积 at=114.2m2/m3