二氧化碳吸收塔设计

毕业设计（论文）醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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CO2吸收塔设计摘要塔设备是化⼯、炼油⽣产中最重要的设备之⼀，是⼀种重要的单元操作设备。

它可使⽓（或汽）液或液液两相之间进⾏充分接触，达到相际传质及传热的⽬的。

常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：蒸馏、吸收、解收、萃取、⽓体的洗涤等。

此外，⼯业⽓体的冷却与回收、⽓体的湿法制作和⼲燥，以及兼有⽓液两相传质和传热的增湿和减湿等也可在塔设备中完成。

塔设备按其结构特点可以分为板式塔、填料塔和复合塔3类。

本次设计选⽤填料塔作为吸收塔，主要考虑填料塔的以下优点：填料塔结构简单、压⼒降⼩，传热效率⾼，便于采⽤耐腐蚀的材料制造等，对于热敏性及容易起泡的物料更显出优越性。

本次设计内容包括：发展概况及应⽤的了解，塔体的选型，填料的选择，⼯艺计算（包括物料衡算，模拟计算，⼯艺尺⼨计算，⾼度计算，压降计算，分布装置设计，⽀撑装置设计）；机械计算（包括塔釜设计，上部筒体机械设计，开孔与开孔补强计算，强度设计和稳定设计，⽀座的选型和设计，接管的选⽤，法兰的选取），设备的制造及安装等，最后利⽤CAD将其装配图和部分零件图分别绘制出。

关键词：填料塔；⼆氧化碳；⽓液传质；逆相混合AbstractTower is one of the most important equipment in chemical industry and oil production, it is also an important handling equipment. It will enable gas(or steam) liquid or liquid-liquid connnecting fully and reaching the purposes of transfering media and heat . Commonly, operation can be completed in tower are: distillation, absorption, of the admission, extraction, washing of the gases. In addition, recycling and cooling of gas in industrial , the gas production of wet and dry, and both two-phase of gas-liquid mass transfering and heat transfering by the humidification and wet,could also be done in the tower. The struction of tower can be divided into plate tower, packed tower and the tower due to its characteristics . The packed tower is choosen as the absorber in the design, Given to the following advantages of the tower: the structure of the tower is simple, the pressure is small , the efficiency of heat conveying is high , and it could be made by corrosion-resistant materials easily, such as manufacturing, thermosensitive and sparkling materials more easily Demonstrate superiority.The design includes: Development and application of knowledge of the tower, and the selection of the structer about the tower, the choice of packing terms and caculating(including the caculating about material balance, simulation caculating, process size, height, the pressure drop, the distribution of design, Design Support Unit); mechanical calculations (including the reactor design of the tower, the design of the upper shell, the opening and the opening reinforcement, the strength of the design and stability of the design, the selection and design of the bearing ,the choice to take over, the selection of flange ), The manufacture the map of assemble and parts with the help of CAD.Key words：Packed tower；Carbon dioxide；Gas-liquid mass transfer；Reverse mixed⽬录第1章填料塔技术的现状与发展趋势 (1)1.1填料塔技术 (1)1.1.1 塔填料的现状和发展趋势 (1)1.1.2 塔内件的现状和发展趋势 (2)1.1.3 ⼯艺流程的现状和发展趋势 (3)1.2 塔板-填料复合塔板 (3)1.3 填料塔发展趋势 (4)第2章原理及⽅案的确定 (5)2.1 CO2吸收塔⼯作原理及⼯艺流程简介 (5)2.2 设计⽅案及论证 (5)第3章⼯艺计算 (7)3.1 主要⼯艺参数的确定 (7)3.1.1 吸收温度 (7)3.1.2 吸收压⼒ (7)3.2 物料衡算 (7)3.2.1 进塔物料 (7)3.2.2 吸收液量计算 (8)3.2.3 原料液的平均分⼦量 (10)3.2.4 出⽓量 (10)3.3 吸收塔直径的确定 (11)3.3.1 塔径 (11)3.3.2 每⽶填料层的压降 (15)3.4 填料选择 (16)3.4.1 填料结构选择 (16)3.4.2 填料特性数据 (16)3.5 填料层⾼度确定 (17)3.5.1 吸收模型分析 (17)3.5.2 吸收系数 (17)3.5.3 填料层⾼度计算 (19)3.5.4 填料分层⾼度 (21)3.6 填料层⾼度确定 (21)3.7 顶盖死区 (22)3.8 塔底容积计算 (22)3.9 吸收塔总体结构尺⼨ (23)第4章塔内零部件结构设计 (24)4.1 丝⽹除沫器 (24)4.1.1 操作⽓速 (24)4.1.2 丝⽹的使⽤⾯积 (25)4.1.3 丝⽹除沫器的效率 (25)4.1.4 丝⽹除沫器的结构 (25)4.2 直管排列式喷淋器 (26)4.3 液体分布器 (27)4.4 直管排列式⽓体分布器 (28)4.5 填料保持栅板 (29)4.6 ⽓体喷射—填料⽀承板—液体再分配器 (29)第5章塔外零部件结构设计 (32)5.1 吊⽿ (32)5.2 裙座 (32)5.2.1 裙座的材料 (32)5.2.2 裙座的结构 (32)5.3 ⼈孔 (33)5.4 吊柱 (34)5.5 操作平台与梯⼦ (35)5.5.1 操作平台的设置及尺⼨ (35) 5.5.2 梯⼦； (35)5.6 ⼯艺接管 (36)第6章塔外零部件结构设计 (37) 6.1 材料选择 (37)6.2 设计参数 (37)6.3 壳体壁厚计算 (37)6.3.1 筒体壁厚计算 (37)6.3.2 封头壁厚 (38)6.4 载荷计算 (39)6.4.1 不等直径塔的固有周期 (39) 6.4.2 临界风速 (43)6.4.3 风载荷和风弯矩的计算 (44) 6.4.4 地震载荷和地震弯矩计算 (47) 6.5 强度校核 (49)6.5.1 容器强度校核 (49)6.5.2 裙座的强度计算及校核 (53) 6.6 开孔补强计算 (58)6.6.1 不另⾏补强最⼤开孔直径 (58) 6.6.2 最⼤开孔直径的限制 (58) 6.6.3 开孔补强设计准则 (58)6.6.4 等⾯积补强计算 (59)第7章设备制造技术要求 (60)7.1 制造上的要求 (60)7.2 制造与安装 (60)7.3 焊接 (61)第8章结论 (62)参考⽂献 (63)致谢 (64)附录 (65)第1章填料塔技术的现状与发展趋势填料塔是化⼯类企业中最常⽤的⽓、液传质设备之⼀,在塔体内设置填料使⽓液两相能够达到良好传质所需的接触状况。

实验八 二氧化碳吸收填料塔实验一、实验目的⒈ 了解填料吸收塔的结构和流体力学性能。

⒉ 学习填料塔的液膜传质膜系数、总传质系数的测定方法，加深对传质过程原理的理解。

二、实验内容1．测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。

2．采用水吸收二氧化碳，测定填料塔的液膜传质膜系数和总传质系数。

三、实验原理1．气体通过填料层的压强降压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。

压强降与气液流量有关，不同喷淋量下的填料层的压强降ΔP 与气速u 的关系如图8-1所示：图8-1 填料层的ΔP ～u 关系当无液体喷淋即喷淋量L 0=0时，干填料的ΔP ～u 的关系是直线，如图中的直线0。

当有一定的喷淋量时，ΔP ～u 的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。

这两个转折点将ΔP ～u 关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。

2．传质系数填料塔在传质过程的有关单元操作中，应用十分广泛，实验研究传质过程的控制步骤，测定传质膜系数和总传质系数，尤为重要。

根据双膜模型的基本假设，气侧和液侧的吸收质A 的传质速率方程可分别表达为气膜 )(Ai A g A p p A k G -= （8－1） 液膜 )(A Ai l A C C A k G -= （8－2）式中：A G ——A 组分的传质速率，1-⋅s kmoI ；A ——两相接触面积，m 2；A P ——气侧A 组分的平均分压，Pa ；Ai P ——相界面上A 组分的平均分压，Pa ；A C ——液侧A 组分的平均浓度，3-⋅m kmol Ai C ——相界面上A 组分的浓度3-⋅m kmolk g ——以分压表达推动力的气侧传质膜系数，112---⋅⋅⋅Pa s m kmol ; k l ——以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数，1-⋅s m 。

P 2，F LP AP A +d PP 1A 。

塔设备设计说明书概述塔设备的设计和选型是建立在对循环吸收工段、精制工段流程的模拟、优化的基础上。

在满足工艺要求的条件下，考虑设备的固定投资费用和操作费用，进行进一步模拟计算、设计和选型。

设计主要包括工艺参数设计、基本参数设计和机械设计。

工艺参数设计对该塔的生产能力、分离效果、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计塔板负荷性能校核等内容的设计；机械工程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开口和支座地基等，同时对塔的机械性能做了校核。

我们完成了对全厂2 座塔设备的工艺参数设计、基本参数设计和机械设计，并选取其中最有代表性的二氧化碳吸收塔给出了详细的计算和选型说明。

详细的设备装配图见工艺设计施工图。

烟道气吸收塔设计说明书第1 部分概要烟道气吸收塔是吸收的关键设备之一，其作用是贫液吸收烟道气中的二氧化碳，从而达到使二氧化碳从烟道气中分离的目的。

塔的吸收能力直接影响到二氧化碳的回收率。

吸收塔的设计应符合一下塔设备的基本要求：1生产能力大，即气液处理量大；2分离效率高，即气液相能充分接触；3 适应能力及操作弹性大，即对各种物料性质的适应性强并且在负荷波动时能维持操作稳定，保持较高的分离效率；4流体流动阻力小，即气相通过每层塔板或单位高度填料层的压降小；5 结构简单可靠，材料耗用量少，制造安装容易，以降低设备投资；设计说明书包括工艺参数设计、基本结构设计和机械工程设计三部分。

工艺参数设计对该塔的生产能力、吸收效果、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计、塔板负荷性能校核等内容的设计；机械工程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开口和支座地基等，同时对塔的机械性能做了校核。

第2 部分工艺参数设计2.1 生产能力项目年产十万吨二氧化碳，根据物料横算，气体进料量为7119.88kg/h ，液体进料量为294619kg/h ，塔顶物流量为54990.8kg/h ，塔底物流量为309748Kg/h 。

《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目录概述 (1)1. 设计题目 (1)2. 操作条件 (1)3.填料类型 (1)4.设计内容 (1)4.1吸收剂的选择 (1)4.2装置流程的确定 (1)4.3填料的类型与选择 (2)5.填料吸收塔的工艺尺寸的计算......................... .. (2)5.1基础物性数据 (2)5.1.1液相物性数据 (2)5.1.2气相物性数据 (2)5.1.3气液相平衡数据 (2)5.2物料衡算 (2)5.3填料塔的工艺尺寸计算 (3)5.3.1塔径计算 (3)5.3.2填料层高度计算 (4)6.填料层压降计算 (6)7.液体分布器建简要设计 (7)7.1液体分布器的选型 (7)7.2分布点密度计算 (7)7.3布液计算 (7)8. 吸收塔接管尺寸计算 (8)9.要符号说明 (8)9.1料的特性参数 (8)9.2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。

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吸收塔设计流程一、了解需求。

咱得先搞清楚这个吸收塔是用来干啥的呀。

是要吸收某种特定的气体呢，还是处理某种工业废气之类的。

这就好比你要给一个人做衣服，你得先知道这个人的身材和喜好，对吧？比如说，如果是要处理工厂里含二氧化硫的废气，那咱设计的吸收塔就得专门针对二氧化硫的吸收特性来搞。

这一步可重要啦，要是没弄明白需求，后面的设计可能就全乱套了。

二、确定吸收剂。

知道了吸收塔的用途，接下来就得找个合适的吸收剂。

这就像找个好帮手来干活儿一样。

吸收剂的选择可大有讲究呢。

它得能和要吸收的物质发生有效的反应，而且最好是成本低、容易获取、对环境友好的。

比如说，如果是吸收二氧化碳，氢氧化钠溶液就是个不错的选择，但它可能有点腐蚀性，那在设计吸收塔的时候就得考虑用啥材料来装这个吸收剂，才不会被腐蚀坏了。

三、计算物料平衡。

这一步就有点像在算家里的收支账一样。

我们得算出进吸收塔的气体量、里面含有的杂质或者要被吸收的物质的量，还有吸收剂的用量。

要确保进来的东西和出去的东西都能算得清清楚楚的。

比如说，根据化学方程式，我们能算出多少吸收剂能吸收多少要处理的物质。

这样才能保证吸收塔的工作效率，不然的话，可能吸收不完全，那这个吸收塔可就不称职啦。

四、设计塔体结构。

现在就到了给吸收塔设计一个好身材的时候啦。

塔体的高度、直径这些都得考虑。

如果塔体太矮太细，可能气体和吸收剂还没充分接触就跑出去了，就像两个人还没好好聊天就分开了，那可不行。

要是塔体太高太粗呢，又会浪费材料，成本就上去了，就像盖房子盖得太大，多花好多冤枉钱。

所以得根据前面算出来的物料平衡之类的数据，合理确定塔体的结构尺寸。

而且塔体里面还得有一些结构来促进气体和吸收剂的充分混合和接触，就像给它们安排一些小助手一样。

五、选择塔内件。

塔内件可是吸收塔的小心肝呢。

像填料、塔板这些都是常见的塔内件。

填料就像给吸收塔里面铺了一层软软的小床，让气体和吸收剂在上面亲密接触。

不同形状和材质的填料效果还不一样呢。

化工原理课程设计吸收塔(总18页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《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： 02指导老师：曹丽淑目录第一章设计任务3设计题目3设计任务及操作条件3设计内容3第二章设计方案4设计流程的选择及流程图4第三章填料塔的工艺设计4气液平衡关系4吸收剂用量5计算热效应5定塔径6喷淋密度的校核6体积传质系数的计算7填料层高度的计算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第一章设计任务、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、设计任务及操作条件（一）气体混合物1.组成（如表1所示）：2.气体量：4700Nm3∕h3.温度：30°C4.压力：1800KN∕m2(二)气体出口要求（V%）：CO2≤%(三)吸收剂：水、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9.参考文献第二章设计方案、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、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=则其对比温度Tr== =对比压力Pr= = =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×=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= = =则可得在此条件下气液平衡关系为：Y= =、吸收剂用量进塔CO2摩尔分数：=%=进塔CO2摩尔比：Y1= =出塔CO2摩尔分数：=%=出塔CO2摩尔比：Y2==混合气体体积流量：=4700N/h混合气体中惰性气体流量:V=×（）=∕h出塔液相浓度最大值: X1*=X1max= = =对于纯水吸收过程：X2=0则最小液气比：（）min= = =由 = ~2)（）min：取L11==××=∕hL21==××=∕hL31==××=∕h则由物料衡算公式V(Y1-Y2)=L(X1-X2)：X= = =X21= = =X31= = =以下计算以第一组数据(L11,X11)为例、计算热效应水吸收CO2的量：G A=V(Y1-Y2)=×（）=∕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=∕（Kg·K）则由L×18×Cp×Δt=GA×44×q×得：Δ=同理可求得Δ=，Δ=由于Δ，Δ，Δ均小于1。

化工原理课程设计学院名称化学工程学院-姓名（学号）吴磊20093397专业（班级）化学工程与工艺专业09-4班同组成员吴磊曹胜齐威指导教师刘雪霆吕建平设计时间2012年6月23日-- 7月4日成绩评定书设计题目碳酸丙烯酯脱除合成氨原料气中C02填料塔设计成绩课程设计主要内容本次课程设计的任务是：设计年处理量40000 Nm3/h，含CO2为30%的合成氨原料气的填料塔设计。

本次设计我的工作主要内容：1、查阅相关资料信息；2、程序的优化；3、装配图的绘制；4、部分流程图绘制；指导教师评语签名：2011 年月日化工原理课程设计任务书设计题目：碳酸丙烯酯（PC）脱除合成氨原料气中CO2填料塔的设计设计任务及操作条件：1.合成氨原料进气量40000 Nm3/h。

2.原料气组成（摩尔分率）CO2CO H2N2CH430% 3% 49% 15% 3%3.出塔净化气中：CO2≤0.6% （摩尔分率）4.再生PC中含CO2≤2×10-5（摩尔分率）5.操作温度32℃6.操作压力 2.5MPa设计成果：1.设计说明书一份2.带控制点的工艺流程图（3#图纸）一张；填料吸收塔的装配图（1#图纸））一张。

目录摘要 (8)Abstract (8)1 引言 (9)1.1 合成氨原料气中CO2的脱除工艺发展及现状 (9)1.2 PC脱除CO2的基本工艺流程简介及工艺流程图 (11)2 PC脱除CO2填料吸收塔工艺尺寸的计算 (13)2.1设计参数和物性参数的计算 (13)2.1.1 设计参数和指标 (13)2.1.2 CO2溶解在PC中的相平衡曲线及相关物性参数 (13)2.1.3 填料的相关参数 (16)2.2 物料衡算及操作线方程 (16)2.3 塔径的计算 (18)2.3.1 空塔气速u的确定 (18)2.3.2 塔径的计算 (19)2.4 填料层高度的计算 (19)2.4.1 单元传质高度的计算 (19)2.4.2 传质单元数的计算： (22)3 填料吸收塔的优化设计 (24)3.1 总费用的计算 (24)3.1.1 吸收塔塔体和平台扶梯年折旧及维修费用 (24)3.1.2 填料年折旧费用 (25)3.1.3 离心泵年折旧和维修费用及操作费用 (25)3.1.4 吸收剂费用 (27)4 填料吸收塔的内部结构设计 (29)4.1 填料支承装置 (29)4.2 液体喷淋装置 (29)4.3 液体再分布装置 (30)4.4 塔顶除雾沫器 (30)4.5 填料压板和床层限制板 (31)4.6 管口结构 (31)4.6.1气体和液体的进出口装置 (31)4.6.2填料卸出口 (32)4.6.3人孔5 填料吸收塔的设计校核 (34)5.1主要工艺参数校核 (34)5.1.1 液体喷淋密度 (34)5.1.2 塔直径与填料直径之比.............................................................错误！未定义书签。