化工原理课程设计 吸收塔【范本模板】
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化工原理设计
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《化工原理》课程设计
课 题: 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
设计者: 王 涛
学 号: 1043082002
指导老师: 曹丽淑
化工原理设计
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目录
第一章 设计任务3
1.1设计题目 3
1.2设计任务及操作条件3
1.3设计内容3
第二章 设计方案4 2。1设计流程的选择及流程图4
第三章 填料塔的工艺设计4
3.1气液平衡关系4
3。2吸收剂用量5
3.3计算热效应5
3。4定塔径6
3.5喷淋密度的校核6
3.6体积传质系数的计算7
3.7填料层高度的计算8
3.8附属设备的选择
第四章 设计结果概要
第五章 设计评价17
化工原理设计
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第一章 设计任务
1.1、设计题目
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
1.2、 设计任务及操作条件
(一)气体混合物
1。组成（如表1所示）：
组分 CO2 H2 N2 CH4 CO O2
进塔气体（V％） 10。9 65.3 21 0.5 2。2 0.1
2。气体量：4700Nm3∕h
3。温度：30°C
4。压力:1800KN∕m2
(二)气体出口要求（V％）：CO2≤0。63%
（三）吸收剂：水
1.3、设计内容
设计说明书一份,其内容包括：
1. 目录
2. 题目及数据
3. 流程图
4. 流程和方案的选择说明与论证
5. 吸收塔的主要尺寸的计算，注明计算依据的公式、数据的来源
6. 附属设备的选型或计算
7. 设计评价
8. 设计结果
9. 参考文献
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第二章 设计方案
2.1、吸收流程的选择及流程图
本设计混合原料气溶质浓度不高,同时过程分离要求不高,选用一种吸收剂（水）一步流程即可完成吸收任务。由于逆流操作传质推动力大,这样可减少设备尺寸,并且能提高吸收率和吸收剂使用效率,故选择逆流吸收。由于本任务吸收后的CO2要用以合成尿素,则需对吸收后的溶液解吸以得到CO2，同时溶剂也可循环使用.
水吸收CO2工艺流程图(图1）
1- 吸收塔；2—富液泵；3-贫液泵；4—解吸塔
第三章 填料塔的工艺设计
3.1、气液平衡关系
由于此操作在高压下进行，高压环境对理想气体定律有偏差，故需对压力进行校核：
由《化工原理设计导论》查得CO2的临界温度Tc=304K，临界压力Pc=7。38MPa
则其对比温度Tr== =0。9716 化工原理设计
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对比压力Pr= = =0。2200
查《化工原理设计导论》图2-4得在此温度压力下：
逸度系数
则逸度f=p=1800×0。92=1656KPa
查《化工原理》下册得CO2气体在30℃时溶于水的亨利系数E=188000KPa
相平衡常数m= = =113。5266
则可得在此条件下气液平衡关系为：
Y= =
3.2、吸收剂用量
进塔CO2摩尔分数：=10.9%=0.109
进塔CO2摩尔比：Y1= =0.1223
出塔CO2摩尔分数：=0。63%=0.0063 出塔CO2摩尔比：Y2==0。0063
混合气体体积流量：=4700N/h 混合气体中惰性气体流量:V=×（1-0.109)=186.9509Kmol∕h
出塔液相浓度最大值: X1＊=X1max= = =0。0010 对于纯水吸收过程：X2=0
则最小液气比：(）min= = =116。0000
由 = (1.1~2)(）min：
取L11=1.3Lmin=1.3×116。0000×186。9509=28192。1957Kmol∕h
L21=1.5Lmin=1。5×116。0000×186.9509=32529。4566Kmol∕h
L31=1。8Lmin=1.8×116。0000×186.9509=39035。3479Kmol∕h
则由物料衡算公式V（Y1—Y2)=L(X1—X2）:
X11= = =0。00077 化工原理设计
6 X21= = =0。00067
X31= = =0。00056
以下计算以第一组数据（L11,X11)为例
3。3、计算热效应
水吸收CO2的量:GA=V(Y1-Y2）=186.9509×(0。1223-0.0063）=21.6863Kmol∕h
查《化工原理设计导论》图4-5得CO2的溶解热q=97Kcal∕Kg
查《化工原理》上册附录5，得水的Cp=4。174KJ∕（Kg·K）
则由L×18×Cp×Δt=GA×44×q×4.18
得：Δ= 同理可求得Δ=0.1583，
Δ=0。1319由于Δ,Δ，Δ均小于1.所以温度变化不大,故此过程可视为等温吸收过程。
3.4、确定塔径
a。确定混合气体的密度
混合气体平均摩尔质量：
查《化工原理》上册附录4得各组分的临界压力Pc与临界温度Tc:（如表二所示）
CO2 H2 N2 CH4 CO 02
PC(MPa） 7.38 1.30 3.39 4.62 3.50 5。04
TC （K) 304 33。3 126 191 133 155
各组分临界压力与临界温度（表二）
混合气体的平均摩尔质量：
M=0。109×44+0.653×2+0。21×28+0。005×16+0。022×28+0.1×32=12.7100Kg/Kmol
混合气体假临界压
Pcm=0.109×7。38+0.653×1。30+0.21×3。39+0.005×4。62+0.022×3。50+0.001×5。04=2.4470MPa
混合气体假临界温度：
Tcm=0.109×304+0.653×33.3+0.21×126+0。005×191+0。022×133+0。001×155=85。3769K
则对比温度Tr= = =3。5507
对比压力Pr= = =0。7356 化工原理设计
7 由《化工原理设计导论》图2—1得压缩系数Z=1 混合气体密度= = =9。0772Kg/m3
b。确定填料:
选择塑料鲍尔环填料，规格：外径×高×厚（mm)=38×38×1
干填料因子=220 m-1 比表面积a=155m2/m3
关联系数A=0.0942
c.计算泛点空塔气速uf：
由《化工原理》上册附录查得吸收剂水在30°C的液体粘度：
L=0.8007mPa·s
混合气体质量流速：GV=M·V=12。7100×4700/22.4=2666。8304 Kg/h
吸收剂质量流速：GL11= M·L=18×28192。1957=507459。5226Kg/h。
同理可求得GL21=585530.2188 Kg/h,GL31=702636。2622Kg/h 由Bain—Hougen关联式:=A—1.75·
代入数据：
=0。0942-1.75·
求得: =0.0785m/s，同理可求得=0.0675m/s，=0。0552m/s
d.取U=0。8=0。8=0。8×0.0785=0。0628m/s，同理可得，=0.0540m/s,=0。0442m/s
该操作条件下气体体积流量:
Vs=0.0816 则== =1。2866m 圆整后(《化工原理设计导论》p123)：=1。3m,同理可得，=1.4m，=1.6m
3.5、喷淋密度的校核
对于直径小于76mm的环形填料，其最低润湿率=0。08 化工原理设计
8 则最小喷淋密度=·a=0.08×155=12。4
= = =384。1639＞，同理可得,=382.2039＞,=351。1498＞
故符合要求.
3。6、体积传质系数的计算
由于传质阻力主要集中在液相，即此过程为液膜控制过程，则有
故此处计算液相传质系数即可.
采用恩田式计算:
液相扩散系数：
=
=
液相流率： =382511.9833,同理可得，=380560。3918， =349639。8598
由《化工原理》附录知:水在30℃时，水的表面张力=72。6940896kg/h2
填料材质的临界表面张力：32233103600427680ckgh
填料总比表面积：23155tmaam
水的黏度：=580.0710Pas2。8825Kg/(m
重力加速度：229.813600127137600mgh
水的密度：3995.7kgm
填料湿润表面积(参考书目③ 式6-40）：
}
