【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。同時使用UG軟件對。決問題的能力，提高學(xué)生的綜合能力、科研水平和創(chuàng)新意識。有關(guān)UG、CAD繪圖方面的書籍；第2-3周翻譯與本題目有關(guān)英文資料，撰寫開題報告；第4周進(jìn)行化學(xué)吸收工藝的總體設(shè)計；

　　

【正文】 LL? ? ?????? 質(zhì)量濃度： 39 9 6 1 5 % 1 4 k g / m?? 摩爾濃度： 1 4 9 .4 / 6 2 .4 4 m o l / L? 煙氣的摩爾質(zhì)量： 入塔煙氣密度： 1G 33332 2 .4 1 02732 9 .5 5 1 04 0 2 7 32 2 .4 1 01 .1 5 k g / mTMT????????????? 煙氣摩爾流量： （ 24） （ 25） 2 2 22 2 2% % %2 8 0 .8 8 3 4 4 0 .0 9 3 2 0 .0 2 72 9 .5 5N C O OM N m C O m O m? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計及三維模擬 20 G3273n6 .2 5 2 7 32 2 .4 10 4 0 2 7 32 4 3 .3 6 m o l / hmQVT???????? 煙氣質(zhì)量流量： 3G3G=n 10 24 3. 36 29 .5 5 10 7. 19 kg / hM ????? ? ?? 惰性氣體流量： ? ?39。MG12 4 3 .3 6 1 0 .0 9 2 2 1 .4 6 m o l / hGny? ? ????（ － ） 查平衡曲線， y1=， x1*=。 最小氣液比為： 39。*M 1 2m ax39。M 1 2G x x()L Y Y 56 5 99 045 4 .3 0???－－－－ 式中： x1*—— 與氣相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)成平衡的液相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù) 液體最小流量： 39。M m i n 2 2 1 .4 6( L ) 5 1 .5 0 m o l / h4 .3 0?? 39。39。M M m inL ~ 2 .0 ( L )?（ ） 取實際氣液比為最小 氣液比的 ，則 39。39。M M m in(L ) (L ) 51. 50 77. 25m ol / h???? （ 26） （ 27） （ 28） （ 29） （ 210） CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計及三維模擬 21 MEA溶液量： 2339。L 7 7 .2 5 6 10= 0 .1 5 3 1 .4 7 k g / hMLMx?????? 39。M1 1 2 239。MGx ( Y Y ) xL ? ? ?? ? ??－（ － ） 填料 填料的種類 填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料。 散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。 規(guī)整填料是按一定的幾何構(gòu)形 排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。 填料的選擇 填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費用最低。 1． 填料種類的選擇 填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通常考慮以下幾個方面： （ 1） 傳質(zhì)效率要高一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料。 （ 2） 通量要大在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。 （ 3）填料層的壓降要低。 （ 4）填料抗污堵性能強， 拆裝、檢修方便。 2．填料規(guī)格的選擇 填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。 （ 211） （ 212） CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計及三維模擬 22 （ 1）散裝填料規(guī)格的選擇工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 DN1 DN2 DN3DN50、 DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值 D/d應(yīng)大于 8。 （ 2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內(nèi)習(xí) 慣用比表面積表示，主要有 12 150、 250、 350、 500、 700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也明顯增加。選用時應(yīng)從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術(shù)要求，又具有經(jīng)濟合理性。 應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。設(shè)計時應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟統(tǒng)一的原則來選擇填料的規(guī)格 [20]。 3． 填料材質(zhì)的選擇 填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。 （ 1） 陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價格便宜，具有很好的表面潤濕性能，質(zhì)脆、易碎是其 最大缺點。在氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程中應(yīng)用較為普遍。 （ 2） 金屬填料 金屬填料可用多種材質(zhì)制成，選擇時主要考慮腐蝕問題。碳鋼填料造價低，且具有良好的表面潤濕性能，對于無腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強，一般能耐除 Cl– 以外常見物系的腐蝕，但其造價較高，且表面潤濕 性能較差，在某些特殊場合（如極低噴淋密度下的減壓精餾過程），需對其表面進(jìn)行處理，才能取得良好的使用效果；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價很高，一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用。 一般來說，金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強度下使用，應(yīng)用范圍最為廣泛。 （ 3） 塑料填料 塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（ PP）、聚乙烯（ PE）及聚氯乙烯（ PVC）等，國內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無機酸、CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計及三維模擬 23 堿和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良 好，可長期在 100176。C 以下使用。 塑料填料質(zhì)輕、價廉，具有良好的韌性，耐沖擊、不易碎，可以制成薄壁結(jié)構(gòu)。它的通量大、壓降低，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點是表面潤濕性能差，但可通過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韥砀纳破浔砻鏉櫇裥阅堋? 本設(shè)計采用 CY型金屬絲網(wǎng) ，如 圖 23所示 。 圖 23 CY型金屬絲網(wǎng) 具體參 數(shù)見 表 23。 表 23 CY型金屬絲網(wǎng)特征參數(shù)（ D=20mm） [21] 當(dāng)量直徑 /mm 孔隙率 /% 壓力降 /（ mmhg/m） 5 比表面積 /（ m2/m3） 700 堆積密度 /（ kg/m3） 350 填料因子 /[（ 干 ） ]m1] 230 塔徑的計算 液體流量： L / h? 氣體流量： G / h? 氣體密度： 3G kg / m? ? 液體密度： 3L 996 kg / m? ? 液體運動粘度： CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計及三維模擬 24 cSt? ? ()GLGLWX W ??? 式中 ： ρ G —— 氣體密度 ρ L —— 液 體密度 因此： 0 .53 1 . 4 7 1 . 1 5 0 . 1 57 . 1 9 9 9 6X ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 由圖 24可見， 查規(guī)整填料的等壓降曲線可知： Y=。 圖 24 規(guī)整填料的等壓降曲線 [20] 又因為： 0. 50. 5 0. 0 5 G pLGuYF? ???????????? （ 214） 式中 ： u—— 載點氣速 ， m/s； pF —— 實驗填料因子 ， m1； ? —— 液體運動粘度， m2/s； ρ G—— 氣體密 度 ， kg/m3； ρ L—— 液體密度 ， kg/m3； 0. 50. 5 0. 0 5 G pLGu F? ????? ?????? （ 213） CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計及三維模擬 25 0 . 5 0 . 5 6 0 . 0 51 . 1 5 2 3 0 (0 . 8 2 1 0 ) 1 . 1 50 . 2 7 7 9 9 6 1 . 1 5u ??? ??????? 0 . 0 3 4 1 5 . 1 7 0 . 4 9 6 1 . 1 50 . 2 7 7u ? ? ? ? = /ms? 1 .2 5 0 .6 0 .7 5 /ms? ? ? ? ? 氣體體積流量： ? ?213336002 7 3 4 06 .2 52 7 3 6 0 3 6 0 01 .6 3 1 0TQVTms????????? （ 215） 所以 ： 344 1. 63 100. 750. 05 3 53VDum mm???????????? （ 216） 取 D=100mm。 填料層高度的計算 CY型金屬絲網(wǎng)填料理論塔板數(shù) 8～ 10， 取 10。 填料層用于吸收（脫吸）操作的等板高度 HETP按 ， 則填料層高： h N H E T P 1 0 0 .1 1 m? ? ? ? ? （ 217） CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計及三維模擬 26 吸收塔附件的設(shè)計與選用 除沫裝置 氣體在塔頂離開填料層時，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液體，常需在塔頂設(shè)置除沫器，工業(yè)上常用的除沫裝置有折板除沫 器、旋流板除沫器以及絲網(wǎng)除沫器。 此外，還有鏈條型除沫器、多孔材料除沫器及玻璃纖維除沫器等。在分離要求不嚴(yán)格的操作場合，還將干填料層作除沫器用。 由于 絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大，重量輕，空隙率大以及使用方便等優(yōu)點。尤其是它具有除沫效率高，壓力降小的特點，所以本次設(shè)計采用絲網(wǎng)除沫器。 絲網(wǎng)除沫器是最常用的除沫器，這種除沫器由金屬絲網(wǎng)卷成盤狀。 絲網(wǎng)除沫器如圖25所示 。 圖 25 絲網(wǎng)除沫器 噴淋裝置 噴淋裝置，也叫液體分布器。填料塔液體分布器的種類較多，工業(yè)上常用的適于各種塔徑的液體分布器種類有下 列兩類 [22]。 1. 壓力型液體分布器，有蓮蓬頭式液體分布器、多孔單直管式液體分布器、多孔直列排管式液體分布器。 2. 重力型液體分布器，有單管式液體分布器、多孔型直列排管式液體分布器、盤式升氣管堰型液體分布器、帶升氣管盤式篩孔液體分布器、堰 槽式液體分布器。 由于蓮蓬頭式液體分布器適用于塔公稱直徑不大于 600mm，所以本次設(shè)計采用蓮蓬頭式液體分布器。 結(jié)構(gòu)尺寸及參數(shù) 如下： 蓮蓬頭直徑： d=（ ～ ） DN =20mm CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計及三維模擬 27 球面半徑： r=（ ～ ） d=16mm 噴灑角： 080?? 蓮蓬頭板厚（碳鋼）： 3s mm? 小孔直徑： 3 ~10mm?? 液體壓力： p=1～ 6mH2O 噴灑圓外圓距塔壁距離： x=70～ 100mm 其結(jié)構(gòu)如圖 26所示 。 圖 26 蓮蓬頭液體分布器 填料支撐裝置 填料支承 裝置的作用是支承填料以及填料層內(nèi)液體的重量，由于填料支承裝置本身對塔內(nèi)的流動狀態(tài)也會產(chǎn)生影響，設(shè)計時也需要考慮。一般情況下填料支承裝置應(yīng)滿足如下要求： 1. 有足夠的強度和剛度 ，以支持填料及其所持液體的重量（持液量）； 2. 有足夠的開孔率（一般要大于填料的孔隙率），以防首先在支承處發(fā)生液泛； 3. 結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于氣液相的均勻分布，同時不至于產(chǎn)生較大的阻力（一般阻力不大于 20pa）； 4. 結(jié)構(gòu)簡單易于加工制造和安裝。 常用的填料支承裝置有柵格形、駝峰形等。規(guī)整填料的支撐板，推薦采用整塊式格柵板 。 格柵板結(jié)構(gòu)尺寸 [22]： 柵板條間距 t=30mm CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計及三維模擬 28 格板條間距 t1=50mm 格柵板如圖 27所示 。 圖 27 整塊式格柵板