二氧化碳吸收课程设计

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得 25℃空气的粘 度为 μV=1.83 × 10-5Pa•s=0.066kg/(m•h)， ������������2 在空气中的扩散系数 DD0× (P0/P)× (T/T0)1.75 其中 273K 时，1.013×105 Pa 时 SO2 在空气中的扩散系数为 1.22× 10-6m2/s 计算的 D=0.051 ㎡/h 3.3 气液平衡数据 常压下 25℃时������������2 在水中的亨利系数为 E=4.13 × 103kPa 相平衡常数为 m=E/P=4.13× 103/101.3=40.76 溶解度系数为 H=ρ/EM=997.1/4.13× 103× 18.02=0.0134kmol/kPam3 3.4 物料衡算 ①进入塔的气体量为 2200m3/h，SO2 含量(体积分数) 8.5%,SO2 的回 收率不低于 97%，通过计算得出（在 25℃，1.01×10^5Pa 时气体 摩尔的体积约为 24.5L/mol） V=
������������ ������������ ������������
1 3
������������ ������������ ������������
气体质量通量： U v=
2200× 1.308 0.785×1.2×1.2
=2545.65[kg/(m2h)]
计算得出：kG=0.0342[kmol/(m2·h·kpa) 液膜吸收系数的计算公式：
第二章
2.清水，常温常压下：1 体积水中溶 解 40 体积������������2 ，属于中等吸收度，而且水易于获得，后续的处理也较 为简单。 2.2 吸收流程的选择 吸收装置的流程主要有以下几种。 ①逆流操作 气相自塔底进入塔顶排出， 液相自塔顶进入塔底排出， 此即逆流操作。 逆流操作的特点是， 传质平均推动力大， 传质速率快， 分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。 ②并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操 作的特点是， 系统不受液流限制， 可提高操作气速， 以提高生产能力。 并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向 对推动力影响不大； 易溶气体的吸收或处理的气体不需要吸收很完全； 吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。 ③吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出 液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内， 即为部分再 循环操作。通常用于以下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体 喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分 热量。该流程特别适宜于相平衡常数 m 植很小的情况，通过吸收液的 部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应予指出，吸收剂部分再循环 操作较逆流操作的平均推动力要低，且需要设置循环泵，操作费用增
密度来计算。若缺乏此密度数据，则可采用 Tyn-Calus 方法估算：
V=0.285Vc1.048， Vc 为物质的临界体积， SO2 临界体积为 122.2cm3/mol。
3.2 气相物性数据 设进塔混合气体温度为 25℃，混合气体的平均摩尔质量为 M=0.085×64.05+0.915×29=31.98g/mol 混合气体的平均密度为 ρVm=PM/RT=1.309kg/m³
2200 24.5
=89.8×103 mol/h
出塔惰性气体流量 V’=82.17× 103 mol/h 气相进口摩尔比������1 =0.085/1-0.085=0.0929 气相出口摩尔比������2 =������1 × 0.03=0.00279 根据下列公式
������ ������
������������������
③堆积密度小堆积密度ρ 是指单位体积填料的质量， 在机械强度允许 的条件下，填料壁要尽量减薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降 低成本又可增加空隙率。 ④填料的几何形状填料的几何形状对填料的流体力学和传质性能有 着重要的影响。 ⑤填料的材质工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类，不 同的材质适应于不同的操作条件。 本流程的操作压力及温度较低，工业上通常选用塑料散装填料，在 塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用 DN38 聚丙烯阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯 环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。锥形翻边不仅增 加了填料的机械强度， 而且使填料表面由线接触为主变成以点接触为 主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的 汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶 梯环的综合性能优于鲍尔环， 成为目前所使用的环形填料中最为优良 的一种。其主要性能参数为：
由上述公式计算的出 uF=0.8873m/s 取 u=0.7uF=0.62111m/s
由������ =
4������������ ������������
算出 D=1.1195m
圆整的 D=1.2m 泛点率校核由公式������ =
4������������ ������������
将 D 带入得：
D1.8591018(Mr)0.5T/(V0.6)=6.206×10−6 ㎡/h
其中：
—溶剂的缔合参数，具体值为水 2.6，甲醇 1.9，乙醇 1.5，苯、
乙醚等不缔合的溶剂为 1.0。
Mr—溶剂的摩尔质量，kg/kmol； T—溶液的温度，K； —溶剂的粘度，Pa•s； V—溶质在正常沸点下的分子体积，cm3/mol；由正常沸点下的液体
������������ ������������ = 0.0095 ������������ ������������
名称 公称直径 /mm 38 干填料因 子Φ /m-1 170 比表 面积 空隙 率 每立方 米填 料个数 27200 堆积密度 （kg/m3） 57.5
阶梯环
132.5 0.91 （表 2-1）
第三章
3.1 液相基础物性数据 25℃水的物性数据如下： 密度为ρ =997.1 kg/m3
设计计算
粘度为μ =0.0008937 Pa•s=3.2173kg/(m•h) 表面张力为σ =71.97 dyn/cm=932731 kg/h2 ������������2 25℃在水中的扩散系数
图中 φ —湿填料因子，简称填料因子，1 /m(查手册)； ψ —水的密度和液体的密度之比；
g—重力加速度，m /s2；
ρ V、ρ L—分别为气体和液体的密度，kg /m3； WG、WL—分别为气体和液体的质量流量，kg /s。 气相质量流量������������ =2200×1.308=2877.6kg/h 液相质量流量，液体密度去纯水密度 ������������ =5.523×106 ×18.02=99524.46kg/h 其中： μV=1.83 × 10-5Pa•s=0.066kg/(m•h)， ρVm=1.308kg/m³ ρ 水=997.1 kg/m³ g=9.81m/������ 2 ������������ =99524.46 kg/h ������������ =2877.6kg/h 经计算得出
2200 8.5% 97%
2 操作条件 (1)操作压力常压 101.325kPa (2)操作温度：25℃ 1.3 设计主要内容 1.工艺及设备设计 （1）设计方案和工艺流程的说明 逆流吸收、填料类型的选择等 优缺点—选择的理由 （2）填料吸收塔的工艺计算 （3）填料吸收塔设备设计 填料吸收塔附属结构的选型与设计； 全塔高度：包括上、下封头，裙座高度。 2.制图 包括工艺流程图、设备图。 3.编写设计说明书
������������ ������������ 0.5 ( ) =1.25 ������������ ������������
查图可知 查表 2-1φ =170m-1
2 ������ ������ ������
������ ������ ������ ������
������
������������ 0.2 φ =0.0175
������1 − ������2 = ������1 − ������2
������ ������ ������ ������������������
吸收剂进口为纯溶剂������2 =0,m=40.76 算的最小液气比
=39.54
实际 L/V=1.1~2.0(L/V)min，取比例系数为 1.7，算的 L/V=67.22，则
u=0.541m/s
������ ������������
=0.541/0.8873=0.610(在允许范围内)
填料规格校核
������ ������
=1200/38=31.58>8
液体喷淋密度校核，去最小润湿速率为： (LW)min=0.08m³/m·h 查表 2-1：at=132.5 ㎡/m³ Umin=(LW)min×at=10.6m³/m2·h U=88.3>Umin 经以上校核可知，填料塔直径选用 D=1.2m 合理。 3.6 填料层高度的计算 填料层高度计算公式 ZHOGNOG Y1*=mX1=40.76× 1.34×10−3 =0.0546 Y2*=0 S=
L=67.22× 82.17× 103 =5523kmol/h。 根据 V(Y1Y2)L(X1X2)，塔底液相组成������1 =1.34× 10−3 操作线方程 依操作线方程 Y(L/V)X+[Y2(L/V)X2] 实际操作线方程为 Y=67.22X+0.00279 3.5 填料塔工艺计算 (1)采用 Ecekert 通用关联图法计算泛点气速������������
������������ 40.76×82.17 ������
=
5523
=0.6064
气相总传质单元数为：
������OG = 1−������ ln 1 − ������
1
∗ ������1 −������2 ∗ ������2 −������2