水吸收变换气的填料塔装置设计

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1、水吸收变换气的填料塔装置设计1前言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]。2设计方案的确定2.1操作条件的确定2.1.1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。2.1.2装置流程的确定

2、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。2.1.3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DN38聚丙烯塑料阶梯环填料。2.1.4操作温度与压力的确定30℃，1.6MPa（绝）3工艺计算3.1基础物性数据3.1.1液相物性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[2]，303K时水的有关物性数据如下：密度ρ=995.7kg/m粘度μ=0.

3、801×10-3Pa·s=2.87kg/(m·h)表面张力б=71.2mn/cm=922752kg/h3CO2在水中的扩散系数为DL=2.31×10-9m2/s=8.316×10-6m2/h3.1.2气相物性数据11混合气体的平均摩尔质量为Mvm=∑yiMi=0.28×44+0.025×28+0.472×2+0.223×28=20.208kg/kmol混合气体的平均密度混合气体粘度近似取空气粘度，手册30℃空气粘度为查手册[3]得CO2在空气中的扩散系数为由手册查得30℃时CO2在水中的亨利系数E=188M

4、Pa相平衡常数为m=溶解度系数为H=3.2物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=出塔气相摩尔比为Y2=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=1.8(L/V)min=1.6×115.98=185.57L=185.57×115.84=21496.43kmol/h∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2)∴X1=3.3填料塔的工艺尺寸计算3.3.1塔径计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速11气相质量流量为WV=4000×12

5、.835=51340kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算即WL=21496.43×18.02=387365.67kg/hEckert通用关联图横坐标为查埃克特通用关联图得查表3.1散装填料泛点填料因子平均值得取u=0.8uF=0.8×0.408=0.3264m/s由圆整塔径，取泛点率校核u=(在允许范围内)填料规格校核：液体喷淋密度校核[4]，取最小润湿速率为（LW）min=0.08m3/m·h查表3.2塑料阶梯环特性数据表得：型号为DN38的阶梯环的比表面积at=132.5m2/m3Umin=(LW

6、)minat=0.08×132.5=10.6m3/m2·hU=经校核可知，填料塔直径D=2100mm合理表3.1散装填料泛点填料因子平均值填料类型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环410—117160—金属环矩鞍—170150135120金属阶梯环——160140—塑料鲍尔环5502801841409211塑料阶梯环—260170127—瓷矩鞍1100550200226—瓷拉西环1300832600410—表3.2塑料阶梯环特性数据填料名称规格（直径×高×厚）/mm材质及堆积

7、方式比表面积/m2.m3空隙率/m3/m3湿填料因子/m-1阶梯环25×12.5×1.4塑料乱堆2230.90172阶梯环38.5×19×1塑料乱堆132.50.911153.3.2填料层高度计算Y=mX1=117.5×0.00207=0.243Y=mX2=0脱因系数为S=气相总传质单元数NOG===9.18气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算查表3.3常见材质的临界表面张力值表得c=33dyn/cm=427680kg/h2液体质量通量为=0.68吸收系数由下式计算质量通量为11=0.0607kmol

8、/(m3·h·kPa)吸收系数由下式计算=2.10m/h查表3.4常见填料的形状系数表得u/uF=78.68％>50﹪得得HOG=Z=HOGNOG=0.28×9.18=2.5704m得Z′=1.5×2.5704=3.8556m取填料层高度为Z′=4m查表3.5散装填料分段高度推荐值表对于阶梯环填料hmax≤6m取h/D=8则h=8×2100=16800mm计算得填料层高度为4000mm<6000mm,故不需分段表