化工原理課程設(shè)計(jì)--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(已修改)
2025-01-30 13:39 本頁(yè)面
【正文】 化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)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(guò) 程 裝 備 與 控 制 工 程 年級(jí)： 2 0 1 1 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師: 設(shè)計(jì)時(shí)間: 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 12 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第六章 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) 25主要符號(hào)說(shuō)明 27參考文獻(xiàn) 28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^(guò)程中為高溫高壓，在高壓下，二氧化碳很容易化成干冰，會(huì)堵塞設(shè)備和管道，給操作帶來(lái)很大的危害；另外，二氧化碳的存在還會(huì)使氨合成的催化劑中毒，而且還給清除少量一氧化碳過(guò)程帶來(lái)困難，同時(shí)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(guò)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 ：30 ：1700 （二）氣體出口要求（V%）： %（三）吸收劑：水第二章 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(guò)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(gè)串聯(lián)的塔內(nèi)，每個(gè)吸收塔通過(guò)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(dòng)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?dòng)力影響不大；被處理氣體不需要吸收很完全；吸收劑用量特別大時(shí)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(gè)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(dòng)力下，所需要的傳質(zhì)面積大較逆流操作的平均推動(dòng)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(jià)值不高，極易得到，所吸收的溶質(zhì)為二氧化碳，無(wú)毒，直接排放對(duì)環(huán)境的影響不大，但作為一個(gè)完整的工藝流程還是必需有的，整個(gè)工藝流程圖如下圖所示： 第三章 吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)題目的操作壓力為1700，屬于高壓，因此壓力影響產(chǎn)生對(duì)理想氣體定律的偏差需進(jìn)行校核。由《化工原理（上冊(cè)）》附錄四，查得：的臨界溫度Tc=，臨界壓力Pc=求得：對(duì)比溫度：Tr== =， 對(duì)比壓力：Pr=由《物理化學(xué)》58頁(yè)，圖225 普遍化逸度系數(shù)圖，查得：=則可得逸度：由《物理化學(xué)》64頁(yè)，表241，查得T=30時(shí)在水為溶劑的亨利常數(shù)E=， 已知=，=：，惰性氣體的摩爾流量：V=Kmol/h最大出口濃度該吸收過(guò)程屬于低濃度吸收，最小液汽比可按下式計(jì)算即：對(duì)于純吸收過(guò)程，進(jìn)塔液相組成為=0；由于，實(shí)際液氣比，，；第一組：，；第二組：，；第三組：，； 水吸收二氧化碳的量：查《化工原理設(shè)計(jì)導(dǎo)論》圖45，得到CO2的溶解熱為：q=106kcal/kg查《化工原理》上冊(cè)附錄，用內(nèi)插法得T=30時(shí)水的比熱容為：Cp=(kgk)根據(jù)公式，可得：；，上述計(jì)算可知，三組數(shù)據(jù)的溶液溫度變化都很小，可視為等溫吸收。 由各組分濃度計(jì)算平均摩爾質(zhì)量：由《化工原理（上冊(cè)）》附錄四，查得各組分的臨界壓力和臨界溫度為：：Tc=, Pc= ，：Tc=, Pc=：Tc=, Pc= ，：Tc=, Pc=：Tc=, Pc= ，：Tc=, Pc=求得假臨
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