【正文】 0 化工原理課程設(shè)計(jì)說明書 題目： 設(shè)計(jì)水吸收半水煤氣體混合物中的二氧化碳的填料吸收塔 專業(yè)： 過 程 裝 備 與 控 制 工 程 年級： 2 0 1 1 級 學(xué)生姓名 學(xué)號： 指導(dǎo)老師 : 設(shè)計(jì)時間 : 1 目錄 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù) ................................................... 3 第二章 設(shè)計(jì)流程的選擇 ............................................. 4 第三章 吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................... 5 氣液平衡關(guān)系 ............................................... 6 確定吸收劑的用量 ........................................... 6 計(jì)算熱效應(yīng) ................................................. 7 塔徑的計(jì)算 ................................................. 8 混合氣體的密度 ........................................ 8 填料的選擇 ............................................ 8 計(jì)算塔徑 .......................................................................................... 11 噴淋密度的校核 ............................................................................................... 12 XKa計(jì)算 ......................................... 13 填料層高度的計(jì)算 ........................................... 14 填料層阻力計(jì)算 ............................................. 16 第四章 附屬設(shè)備的選型和計(jì)算 ...................................... 16 液體噴淋裝置 .............................................. 16 液體再分布器 ............................................................................................. 18 塔附屬高度 ................................................................................................. 19 填料支撐板 ................................................ 19 填料限定裝置 .............................................. 20 氣體入口裝置 .............................................. 20 除沫裝置 ..................................................................................................... 20 封頭 ...................................................... 21 泵的選擇 ..................................................................................................... 21 第五章 設(shè)計(jì)結(jié)果概覽 ............................................. 23 2 第六章 設(shè)計(jì)評價 .................................................. 25 主要符號說明 ....................................................... 27 參考文獻(xiàn) ........................................................... 28 3 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù) 題目：設(shè)計(jì)水吸收半水煤氣體混合物中的二氧化碳的填料吸收塔 目的和意義： 在合成氨工藝中，由任何含碳原料制得的原料氣（半水煤氣）都含有相當(dāng)量的二氧化碳，這些二氧化碳在進(jìn)入合成工序以前必須清除干凈，因?yàn)樵诤铣蛇^程中為高溫高壓，在高壓下，二氧化碳很容易化成干冰，會堵塞設(shè)備和管道，給操作帶來很大的危害；另外，二氧化碳的存在還會使氨合成的催化劑中毒，而且還給清除少量一氧化碳過程帶來困難，同時二氧化碳又是制造尿素、碳酸氫銨、純堿和干冰的重要原料。因此，合成氨生產(chǎn)中，二氧化碳的脫除極其回收利用往往是脫碳過程的雙重目的。 已知數(shù)據(jù) （一）氣體混合物： （ V%）： CO2 % ， H2 65%， N2 21%， CH4 % ,CO % , O2 % ： 4200 3/Nm h ： 30 C? ： 1700 3/KN m （二）氣體出口要求（ V%）： 2CO % （三）吸收劑：水 4 第二章 設(shè)計(jì)流程的選擇 吸收裝置的流程主要有一下幾種： （ 1）逆流吸收：氣體自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，此即逆流操作。 （ 2）并流操作：氣液兩相均從他塔頂流向塔底，此即并流操作。 （ 3）吸收劑部分再循環(huán)操作：在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排出的液體部分冷卻后與新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)。 （ 4）多塔串聯(lián)操作：若設(shè)計(jì)的填料層高度過大，或者由于所處理的物料等原因需經(jīng)常清理填料，為了便于維修，可把填料層分裝在幾個串聯(lián)的塔內(nèi)，每個吸收塔通過的吸收劑和氣體量都相等。 各種操作的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下表 1 所示： 逆 流 并流 部分回流 多塔串聯(lián)操作 優(yōu)點(diǎn) 傳 質(zhì) 推動 力比 較大，傳質(zhì)速率快，分離效率高。吸收劑利用率高，可降低吸收塔所需的傳質(zhì)面積。 當(dāng)平衡曲線較平坦，流向?qū)ν苿恿τ绊懖淮?；被處理氣體不需要吸收很完全；吸收劑用量特別大時使用。 提高他的液體噴淋密度，控制塔內(nèi)的溫升，提高吸收劑的使用率，特別適用于相平衡常數(shù)很小的情況下。 降低單個塔的填料層高度，便于維修 缺點(diǎn) 液體的下流受到上升氣體的作用力，因此限制了吸收塔所允許的液體流速和氣體流速。 相同分離程度下，平均推動力下，所需要的傳質(zhì)面積大 較逆流操作的平均推動力要低，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用增加。 操作因塔內(nèi)需要留較大空間，輸液，噴淋，支撐板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。 綜合上面的分析，因二氧化碳屬難溶氣體，進(jìn)出塔的吸收率較高，即要求處理吸收的較為完全，為了減少設(shè)備的投資，所以從工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面綜合考慮，初步采用單塔逆流操作吸收流程。當(dāng)然工業(yè)生產(chǎn)中一般工藝流程都涉及吸收和解吸聯(lián)合流程，雖然本設(shè)計(jì)中吸收劑為水，價值不高，極易得到，所吸收的溶質(zhì)為二氧化碳，無毒，直接排放對環(huán)境的影響不大，但作為一個完整的工藝流程還是必需有的，整個工藝流程圖如下圖所示： 5 6 第三章 吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 氣液平衡關(guān)系 本設(shè)計(jì)題目的操作壓力為 1700 2/KN m ， 屬于高壓，因此壓力影響產(chǎn)生對理想氣體定律的偏差需進(jìn)行校核。由《化工原理（上冊）》附錄四，查得： 2CO 的臨界溫度 Tc= C? ，臨界壓力 Pc= 求得：對比溫度： Tr=TTc= ?? =，