《化工原理》课程设计说明。
题目。班级。
学号： 姓名。
指导老师。同组学生。
完成时间。1．设计题目。
二氧化碳填料吸收塔的设计。
2．设计任务与操作条件。
试设计一座调料吸收塔，采用清水吸收混与空气中的二氧化碳气体。混合气体的处理量为1000/h,其中含二氧化碳为5%（体积分数），混合气体的进料温度为25℃.要求：
常温，常压；
吸收剂用量为最小用量的1.5倍；
二氧化碳的**率达到90%。
3．设计内容。
1.查阅文献资料，了解填料吸收塔的相关知识，熟悉吸收塔设计的方法和步骤；
2.根据设计任务书给定的生成任务和操作条件，进行吸收塔工艺设计及计算；
3.根据吸收塔工艺设计及计算的结果，进行吸收塔结构设计；
4.根据吸收塔工艺设计及计算的结果，结合吸收塔结构设计的结果，绘制吸收塔装置图；
5.编写设计说明书对整个设计工作的进行全面的书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图标表达设计思想、计算过程和设计结果。
4．完成后应上交的材料。
1.设计说明书一份。
2.工艺流程图一张。
3.主体设备设计条件简图一张
目录。一、概述4
二、工艺过程4
1. 基础物性数据4
1.1.液相物性数据4
1.2气相物性数据5
1.3气液相平衡数据5
2. 物料衡算5
3. 填料塔的工艺尺寸的计算6
3.1塔径计算6
3.2填料层高度计算7
4.填料层压降计算9
5.液体分布器简要设计10
5.1液体分布器的选型10
5.2分布点密度计算10
5.3设计结果11
5.4布液计算11
三 、辅助设备及选型计算12
3.1填料支承设备12
3.2填料压紧装置12
3.3液体再分布装置12
3.4气体液体进出口装置12
四、设计一览表14
五、评价15
6、参考文献15
7、主要符号说明15
八、附图。1工艺流程图一张。
2主体设备设计条件简图一张
1.设计方案简介。
1.1设计题目。
试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的二氧化碳气体。混合气体的处理量为1000m3/h，其中含二氧化碳为5%（体积分数），混合气体的进料温度为为25℃。要求：
二氧化碳的**率达到90%。
1.2设计方案的确定。
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。因为用水作吸收剂，同时co2不作为产品，故采用纯溶剂。
1.3填料的选择。
1.3.1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。
1.3.2装置流程的确定。
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。
1.3.3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dn50聚丙烯塑料阶梯环填料。
1.4操作温度与压力的确定。
25℃，常压。
2.工艺计算。
2.1基础物性数据。
2.1.1.液相物性数据。
298k时水的有关物性数据如下：
密度为： =997.0kg/m3
粘度为：μ=0.8937×10-3pa·s=3.2kg/(m·h)
表面张力为：б=72.0dyn/cm=933120kg/
二氧化碳在水中的扩散系数为：dl =1.74×10-9m2/s=6.264×10-6m2/h
2.1.2气相物性数据。
混合气体的平均摩尔质量为：mvm=σyimi=0.05×44＋0.95×29=29.75g/mol
混合气体进塔温度为25℃
混合气体的平均密度为：ρvm=
混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，25°空气的粘度为：
v=1.84×10-5pa·s=0.066kg/(mh)
查手册得co2在空气中的扩散系数为：
2.1.3气液相平衡数据。
由手册查得25℃时co2在水中的亨利系数。
相平衡常数为m=
溶解度系数为。
2.2 物料衡算。
进塔气相摩尔比为：
出塔气相摩尔比为：y2=0.0526×(1-0.9)=5.26
进塔惰性气相流量为：g=
该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即。
对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为。
取操作液比为：
l=2212.2×38.85=8.6kmol/h
2.3填料塔的工艺尺寸的计算。
2.3.1塔径计算。
采用eckert通用关联图计算泛点气速。
气相质量流量为：
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：
eckert通用关联图的横坐标为：
因为数值太大，不适宜用eckert通用关联图计算泛点气速。
用贝恩－霍根关联计算泛点气速。
其中 计算得。
取。由=mm
圆整塔径，取d=3.0m
泛点率校核： m/s
在允许范围内)
填料规格校核：
液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为：
查表得：经以上校核可知，填料塔直径选用d=52000mm合理。
2.3.2填料层高度计算。
脱吸因数为：
气相总传质单元数为：
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：
查表得：液体质量通量为。
气膜吸收系数由下式计算：
气体质量通量为。
液膜吸收系数由下式计算：
=0.772m/h
由，查表得：，则：
由得。则。
由。由。
设计取填料层高度为。
z’=12m
查表，对于阶梯环填料，，。
取，则。h=8×3000=24000mm>12000mm
计算得填料层高度为12000mm,故分成两段，每段高6.0m。
2.4填料层压降计算。
由于》10所以只能按照另一种方法计算填料层压降，根据图曲线。
可以大致看出，当u=0.424m/s时，
所以，压降。
2.5液体分布器简要设计。
2.5.1液体分布器的选型。
该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。它具有较大的操作弹性和极好的抗污堵性，特别适合于大气液负荷及含有固体悬浮物、粘度大的液体的分离场合，应用范围非常广泛。
2.5.2 分布点密度计算。
eckert的散装填料塔分布点密度推荐值。
按eckert建议值，因该塔液相负荷较大，当d≥1200时，喷淋点密度为42点/m2。
布液点数为：
按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。
2.5.3设计结果。
二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽度为80mm，槽高度为210mm。两槽中心距为140mm。分布点采用三角形排列，实际设计为n=176点。
2.5.4布液计算。
由，查表。取，
则=设计取。
3 辅助设备的计算及选型。
3.1 填料支承设备。
填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量；提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。
常用填料支承板有栅板式和气体喷射式。这里选用分块梁式支承板。
3.2填料压紧装置。
为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方
设置填料压紧装置。
对于塑料散装填料，本设计选用床层限制板。
3.3液体再分布装置。
采用液体再分布器来改善因壁流效应造成的液体在填料层内不均匀分布。在填料层内每隔一定高度设置一个液体再分布器。本设计采用截锥式液体再分布器。
3.4气体液体进出口装置：
1）气体和液体的进出口直径的计算：
常压下气体进出口管气速可取10~20m/s，原料气体进气量为1000，选用圆形管道，以d为管道内径。
由。vs 为流体的体积流量；
u 为适宜的流体流速；
选用气体流速为15m/s，则：
mm圆整之后，气体进出口管径为d=160mm
选液体的流速为2m/s，选用圆形管道，以d为管道内径。
取整：若分4个不同的管道进入，代入上公式得d=258.66 mm,圆整之后液体进出口管径为d=260 mm。
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