《化工原理》课程设计课题: 设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔设计者：王涛学号：1043082002指导老师：曹丽淑目录第一章设计任务∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙31.1设计题目∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙31.2设计任务及操作条件∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙31.3设计内容∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙3 第二章设计方案∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙42.1设计流程的选择及流程图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4 第三章填料塔的工艺设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙43.1气液平衡关系∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙43.2吸收剂用量∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙53.3计算热效应∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙53.4定塔径∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙63.5喷淋密度的校核∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙63.6体积传质系数的计算∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙73.7填料层高度的计算∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙83.8附属设备的选择∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙9第四章设计结果概要∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙15第五章设计评价 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 17第一章设计任务1.1、设计题目设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔1.2、设计任务及操作条件（一）气体混合物3.温度：30°C4.压力：1800KN∕m2≤0.63%(二)气体出口要求（V%）：CO2(三)吸收剂：水1.3、设计内容设计说明书一份，其内容包括：1.目录2.题目及数据3.流程图4.流程和方案的选择说明与论证5.吸收塔的主要尺寸的计算，注明计算依据的公式、数据的来源6.附属设备的选型或计算7.设计评价8.设计结果9.参考文献第二章 设计方案 2.1、吸收流程的选择及流程图本设计混合原料气溶质浓度不高，同时过程分离要求不高，选用一种吸收剂（水）一步流程即可完成吸收任务。
由于逆流操作传质推动力大，这样可减少设备尺寸，并且能提高吸收率和吸收剂使用效率，故选择逆流吸收。
由于本任务吸收后的CO 2要用以合成尿素，则需对吸收后的溶液解吸以得到CO 2,同时溶剂也可循环使用。
水吸收CO 2工艺流程图(图1) 1- 吸收塔；2-富液泵；3-贫液泵；4-解吸塔第三章 填料塔的工艺设计3.1、气液平衡关系由于此操作在高压下进行,高压环境对理想气体定律有偏差,故需对压力进行校核:由《化工原理设计导论》查得CO 2的临界温度Tc=304K ，临界压力Pc=7.38MPa 则其对比温度Tr= T(Tc+8) = 303.15304+8 =0.9716 对比压力Pr= P(Pc+8) =1873.8+8 =0.2200查《化工原理设计导论》图2-4得在此温度压力下: 逸度系数γ=0.92则逸度f=p γ=1800×0.92=1656KPa查《化工原理》下册得CO2气体在30℃时溶于水的亨利系数E=188000KPa 相平衡常数m= Ef =1880001656=113.5266则可得在此条件下气液平衡关系为： Y= mX1+(1−m)X =113.5266X1−112.5266X3.2、吸收剂用量进塔CO 2摩尔分数：y 1=10.9%=0.109进塔CO 2摩尔比：Y 1= y 11−y 1= 0.1091−0.109 =0.1223出塔CO 2摩尔分数：y 2=0.63%=0.0063出塔CO 2摩尔比：Y 2=y 21−y 2= 0.00631−0.0063 =0.0063混合气体体积流量：q v =4700N m 3/h混合气体中惰性气体流量:V=470022.4×（1-0.109）=186.9509Kmol ∕h 出塔液相浓度最大值: X 1*=X 1max = Y1m−(1−m )Y1=0.1223113.5266−(1−113.5266)=0.0010对于纯水吸收过程：X 2=0则最小液气比：（L V ）min = Y1−Y2X 1∗−X2 =0.1223−0.00630.0010=116.0000由L V = (1.1~2)（LV ）min ：取L 11=1.3L min =1.3×116.0000×186.9509=28192.1957Kmol ∕hL 21=1.5L min =1.5×116.0000×186.9509=32529.4566Kmol ∕hL 31=1.8L min =1.8×116.0000×186.9509=39035.3479Kmol ∕h 则由物料衡算公式V(Y 1-Y 2)=L(X 1-X 2)： X 11= V(Y1−Y2)L= 186.9509×(0.1223−0.0063)28192.1957=0.00077 X 21= V(Y1−Y2)L =186.9509×（0.1223−0.0063）32529.4566 =0.00067 X 31=V(Y1−Y2)L =186.9509×（0.1223−0.0063）39035.3479=0.00056以下计算以第一组数据(L 11,X 11)为例 3.3、计算热效应水吸收CO2的量：G A =V(Y 1-Y 2)=186.9509×（0.1223-0.0063）=21.6863Kmol ∕h 查《化工原理设计导论》图4-5得CO2的溶解热q=97Kcal ∕Kg 查《化工原理》上册附录5，得水的Cp=4.174KJ ∕（Kg ·K ） 则由L ×18×Cp ×Δt=GA ×44×q ×4.18得：Δt 1= 21.6863×44×97×4.1828192.1957×18×4.174=0.1827℃ 同理可求得Δt 2=0.1583℃，Δt 3=0.1319℃。
由于Δt 1，Δt 2，Δt 3均小于1℃。
所以温度变化不大，故此过程可视为等温吸收过程。
3.4、确定塔径a.确定混合气体的密度混合气体平均摩尔质量：查《化工原理》上册附录4得各组分的临界压力P c 与临界温度T c ：（如表二所示）混合气体的平均摩尔质量：M =0.109×44+0.653×2+0.21×28+0.005×16+0.022×28+0.1×32=12.7100Kg/Kmol混合气体假临界压P cm =0.109×7.38+0.653×1.30+0.21×3.39+0.005×4.62+0.022×3.50+0.001×5.04=2.4470MPa 混合气体假临界温度：T cm =0.109×304+0.653×33.3+0.21×126+0.005×191+0.022×133+0.001×155=85.3769K 则对比温度T r = T T cm=303.1585.3769 =3.5507对比压力Pr= P Pcm = 1.82.4470 =0.7356由《化工原理设计导论》图2-1得压缩系数Z=1 混合气体密度ρV = PM ZRT = 1800×12.71001×8.314×303.15 =9.0772Kg/m 3b.确定填料：选择塑料鲍尔环填料，规格：外径×高×厚(mm)=38×38×1 干填料因子a ε3=220 m -1比表面积a=155m 2/m 3关联系数A=0.0942 c.计算泛点空塔气速u f :由《化工原理》上册附录查得吸收剂水在30°C 的液体粘度： μL =0.8007mPa ·s混合气体质量流速：G V =M ·V=12.7100×4700/22.4=2666.8304 Kg/h吸收剂质量流速：G L11= M ·L=18×28192.1957=507459.5226Kg/h 。