化工原理课程设计吸收塔
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化工原理课程设计 吸收塔(总18页)
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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： 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）：
组分 CO2 H2 N2 CH4 CO O2
进塔气体（V%） 21
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≤%
(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==××=∕h
L21==××=∕h
L31==××=∕h
则由物料衡算公式V(Y1-Y2)=L(X1-X2)：
X11= = = 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：GA=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。所以温度变化不大，故此过程可视为等温吸收过程。
、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)
TC (K) 304 126 191 133 155
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=×44+×2+×28+×16+×28+×32=Kmol
混合气体假临界压
Pcm=×+×+×+×+×+×=
混合气体假临界温度：
Tcm=×304+×+×126+×191+×133+×155=
则对比温度Tr= = =
对比压力Pr= = =
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= = =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=
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=·s
混合气体质量流速：GV=M·V=×4700/= Kg/h
吸收剂质量流速：GL11= M·L=18×=h。
同理可求得GL21= Kg/h，GL31=h 由Bain-Hougen关联式：=·
代入数据： = 求得： =s，同理可求得=s,=s
d.取U===×=s,同理可得，=s,=s
该操作条件下气体体积流量： Vs= 则== =
圆整后（《化工原理设计导论》p123）:=,同理可得，=，=
、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=
则最小喷淋密度=·a=×155= = = =＞，同理可得，=＞，=＞
故符合要求。
、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： =，同理可得，=， =
由《化工原理》附录知：水在30℃时，水的表面张力=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：=580.0710Pas(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）：
}
=
同理可得，=，=
由此可得液相传质系数（参考书目③ 式6-46）
同理可得，=h,=h
即：,,,又===
总传质系数：==,同理可得， = =
、填料层高度的计算
塔的截面积214D得： ,同理，有=， =
传质单元高度：，同理可得，=，=
传质单元数的计算：（对数平均推动力法）
由气液平衡方程Y=,并带入Y2：
= =
= =
，同理可得，=，=
则，同理可得，=，=
故：填料层高度=，同理可得，=，=
以同样方法计算另外两组数据,求得后列总结为下表:
L(Kmol∕h) X1 (m/s) (m/s) D(m) Z(m)
①
②
③
部分主要数据（表三）
经综合考虑以上三种液气比所需的设备费和操作费，最终选择第一组。
计算填料层阻力：
由此可以确定填料层高度h=×Z1=×= 气体质量流速：h==
吸收剂的质量流量：L= kg/h== 液体密度：= 气体密度：= kg/
61.2110T 20.96710
由公式2()10LLVTVGPh得：2()10LLVTVGPh =××(
=
、附属设备的选择
a.液体喷淋装置：
设计思路：
在填料塔内液体的分布对对操作起着非常重要的作用，即使选择了合适的填
料，如果液体分布不良，必然减小填料的有效润湿表面，减小气液两相的有
效接触面积，直接影响塔的分离效率。为了减少由于液体不良分布引起的放
大反应，充分发挥填料的效率，必须在填料塔中安装液体分布装置，把液体
