张明纯碳酸丙烯酯PC脱碳填料塔的工艺设计模板.docx

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《分离工程》课程设计

系别: 化学与材料工程学院
指导教师: 刘 伟
学生姓名: 张明纯
班级学号:
06月

摘要
本选题为为混合气( 变换气) 处理量为16000Nm3/h的合成气碳酸丙烯脂法脱除CO2设计。经过物料衡算、 热量衡算, 填料设计高度为15m。设备设计结果表明, 填料的传质单元数为12.345, 传质单元高度为0.948m;填料塔直径1500mm。还对塔体等进行了辅助设备设计。在此基础上绘制了设备条件图。本设计为填料塔的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。
关键字: 填料塔;物料衡算;热量衡算;壁厚设计, 传质单元数, 传质单元高度;

目 录
摘要 1
目 录 2
前言 4
一、 工艺设计及设计任务 5
1、 设计任务及条件 5
二、 基础数据 6
1、 CO2在碳酸丙烯酯( PC) 中的溶解度 6
2.PC密度与温度的关系 7
3.PC蒸汽压的影响 8
4.PC的粘度 8
5.工艺流程确定 8
三、 物料衡算 9
1.各组分在PC中的溶解量 9
2.雾沫夹带量Nm3/m3PC 10
3.溶液带出的气量Nm3/m3PC 10
4.出脱碳塔进化气量: 11
5.计算PC循环量: 11
6.验算吸收液中CO2残量为0.15Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量 12
7.出塔气体的组成: 12
8.计算数据总表 12
四、 热量恒算 14
1.混合气体的定压比热容 14
2.液体的比热容 14
3.的溶解热 15
4.出塔溶液的温度 15
五、 设备的工艺与结构尺寸的设计计算 16
1．求取塔径 17
2.核算操作气速 17
3.核算径比 17
4.校核喷淋密度 17
六、 填料层高度的计算 19
1.采用数值积分法求解, 步骤如下: 19
2.计算的传质系数 19
3.气相总传质单元数 24
4.气相总传质单元数 25
5.气相总传质单元高度 26
七、 填料层的压降 27
八: 附属设备及主要附件的选型 29
1.塔壁厚 29
2．液体分布器 29
3．除沫器 30
4．液体再分布器 30
5．填料支撑板 30
6．塔的顶部空间高度 30
7.各接管尺寸的设置 30
1) 进气管直径 30
九设计概要表 31
十、 设计评价及总结 33
参考文献: 34

前言
无论是以固体原料或以烃类原料制氨, 经CO变换后得粗原料气中均含有一定数量的CO2; 某些用于制取合成氨原料气的含烃气体( 如天然气焦炉气等) 本身就含有较多的CO2为了将原料气加工成纯净的H2和N2, 必须将这些CO2从粗原料气中除去。另外, CO2还是生产尿素,纯碱,碳铵等产品的原料,而且还能够将其加工成干冰用于其它部门。因此, 从粗原料气中分离并回CO2收尤为重要。
工业上把脱除的过程称为”脱碳”。当前工业脱碳的方法很多, 其中碳酸丙烯酯( PC) 脱碳在中小合成氨厂被广泛采用, 现针对碳丙脱碳塔进行物热衡算, 为碳丙脱碳塔的工艺结构设计作准备。
吸收是利用各组分溶解度的不同而分离气体混合物的操作。混合气体与适当的液体接触, 气体中的一个或几个组分便溶解于液体中而形成溶液, 于是原组分的一分离。对与此题中的易溶气体是CO2。

一、 工艺设计及设计任务
1、 设计任务及条件
合成气碳酸丙烯脂法脱除CO2设计
1、 混合气( 变换气) 处理量: 16000 Nm3/h
2、 进塔混合气体成分: CO233,CO1.5,H243,N222.5
3、 进塔吸收剂( 碳酸丙烯酯PC) 入塔浓度: 0mol/L。
4、 气液两相的入塔均选定为: 30℃
5、 出塔净化气中CO2浓度＜0.5%
6、 操作压力: 1.6MPa
7、 碳酸丙烯酯( PC) 的物理性质
正常沸点, ( ℃)
蒸汽压×133.32-1Pa
粘度, mPa·s
分子量
204
30℃
38℃
20℃
50℃
102.09
0.1
0.24
2.76
1.62
温度, ( ℃)
0
15
25
40
55
ρ( kg/m3)
1224
1207
1198
1184
1169
8、 比热计算式
9、 CO2在碳酸丙烯酯( PC) 中的溶解度
温度t, ( ℃)
25
26.7
37.8
40
50
亨利系数E×101.3-1kPa
81.13
81.7
101.7
103.5
120.8
10、 CO2在碳酸丙烯酯( PC) 中的溶解热
可近似按下式计算( 以表示)

11、 其它物性数据可查化工原理附录
二、 基础数据
依题意,变换气处理量: V=16000Nm3/h
变换气组成及分压如下表所示:

进塔变换气
CO2
CO
H2
N2
合计
体积百分数,%
33
1.5
43
22.5
100
组分分压, MPa
0.528
0.024
0.688
0.360
1.600
组分分压, atm
5.211
0.237
6.790
3.553
15.791

1、 CO2在碳酸丙烯酯( PC) 中的溶解度

温度t, ( ℃)
25
26.7
37.8
40
50
亨利系数E×101.3-1kPa
81.13
81.7
101.7
103.5
120.8

得到E=(1.6204X+39.594)kPa
因为高浓度气体吸收, 故吸收塔内CO2的溶解热不能被忽略。现假设出塔气体的温度为, 出塔液体的温度为, 并取吸收饱和度( 定义为出塔溶液浓度对其平衡浓度的百分数) 为70%, 然后利用物料衡算结合热量衡算验证上述温度假设的正确性。
在40℃下, CO2在PC中的亨利系数E40=104.41×101.3kPa=10576.533kPa
①出塔溶液中CO2的浓度( 假设其满足亨利定律)
( 摩尔分数)
②根据吸收温度变化的假设, 在塔内液相温度变化不大, 可取平均温度35℃下的CO2在PC中溶解的亨利系数作为计算相平衡关系的依据。即:

CO2在PC中溶解的相平衡关系, 即:

式中: 为摩尔比,为CO2的分压, atm; T为热力学温度, K。
用上述关联式计算出塔溶液中CO2的浓度有

与前者结果相比要小, 为安全起见, 本设计取后者作为计算的依据。
结论: 出料( 摩尔分数) 。
2.PC密度与温度的关系
利用题给数据作图, 得密度与温度的关联表示式为
( 式中t为温度, ℃; 为密度, kg/m3)
温度, ( ℃)
0
15
25
40
55
( kg/m3)
1224
1207
1198
1184
1169

3.PC蒸汽压的影响
根据变换气组成及分压可知, PC蒸汽压与操作总压及CO2的气相分压相比均很小, 故可忽略。
4.PC的粘度
mPa·s( T为热力学温度, K)
5.工艺流程确定
本次吸收采用逆流吸收的方法。

三、 物料衡算
1.各组分在PC中的溶解量
查各组分在操作压力为1.6MPa、 操作温度为40℃下在PC中的溶解度数据, 并取其相对吸收饱和度均为70%。

根据图中计算公式, 以CO2为例: 溶解度: 20.885×0.528+1.6877=12.7150Nm3CO2/m3PC
溶解量: ( 12.7150-0.15) ×0.7=8.7955Nm3CO2/m3PC
说明: 进塔吸收液中CO2的残值取0.15Nm3/m3PC, 故计算溶解量时应将其扣除。其它组分溶解度本就微小, 经解吸后的残值可被忽略。
其余计算结果如下表所示:
组分
CO2
CO
H2
N2
合计
组分分压, MPa
0.528
0.024
0.688
0.360
1.60
溶解度, Nm3/m3PC
12.7150
0.0164
0.2091
0.2360
13.1765
溶解量, Nm3/m3PC
8.7955
0.0115
0.1464
0.1652
9.1186
溶解气所占的百分数%
96.457
0.126
1.605
1.812
100.00

平均分子量:
入塔混合气平均分子量:

溶解气体的平均分子量:

2.雾沫夹带量Nm3/m3PC
以0.2Nm3/m3PC计, 各组分被夹带的量如下:
CO2: 0.2×0.33=0.066Nm3/m3PC
CO: 0.2×0.015=0.003Nm3/m3PC
H2: 0.2×0.43=0.086Nm3/m3PC
N2: 0.2×0.225=0.0450Nm3/m3PC
3.溶液带出的气量Nm3/m3PC
各组分溶解量:
CO2: 8.7955Nm3/m3PC96.457%
CO: 0.0115Nm3/m3PC0.126%
H2: 0.1464Nm3/m3PC1.605%
N2: 0.1652Nm3/m3PC1.812%
9.1186Nm3/m3PC100%
夹带量与溶解量之和:
CO2: 0.066+8.7955=8.8615Nm3/m3PC95.095%
CO: 0.003+0.0115=0.0145Nm3/m3PC0.155%
H2: 0.086+0.1464=0.2324Nm3/m3PC2.494%
N2: 0.045+0.1652=0.2102Nm3/m3PC2.256%
9.3186Nm3/m3PC100%
4.出脱碳塔进化气量:
以分别代表进塔、 出塔及溶液带出的总气量, 以分别代表CO2相应的体积分率, 对CO2作物料衡算有:
V1=16000Nm3/h

联立两式解之得
V3=V1(y1-y2)/(y3-y2)=16000(0.33－0.005)/(0.95095－0.005)=5497.12Nm3/h
V2=V1-V3=10502.88Nm3/h
5.计算PC循环量:
因每1m3PC带出CO2为8.8615Nm3, 故有:
L=V3y3/8.8615=5497.12×0.95095/8.8615=589.91m3/h
操作的气液比为V1/L=16000/589.91=27.123
6.验算吸收液中CO2残量为0.15Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量
取脱碳塔阻力降为0.3kgf/cm2=0.0294MPa=0.290atm, 则塔顶压强为15.791-0.290=15.501atm, 此时CO2的分压为PCO2=15.501×0.005=0.0775atm, 与此分压呈平衡的CO2液相浓度为:

式中: 1193为吸收液在塔顶30℃时的密度, 近似取纯PC液体的密度值。计算结果表明, 当出塔净化气中CO2的浓度不超过0.5%, 那入塔吸收液中CO2的极限浓度不可超过0.2254Nm3/m3PC, 本设计取值正好在其所要求的范围之内, 故选取值满足要求。
7.出塔气体的组成:
出塔气体的体积流量应为入塔气体的体积流量与PC带走气体的体积流量之差。
CO2: 16000×0.33-8.8615×589.91=52.513Nm3/h0.5%
CO: 16000×0.015-0.0145×589.91=231.446Nm3/h2.204%
H2: 16000×0.43-0.2324×589.91=6742.95Nm3/h64.202%
N2: 16000×0.225-0.2107×589.91=3475.706Nm3/h33.09%
10502.88Nm3/h100%
8.计算数据总表
出脱碳塔净化气量
进塔带出气量(V1)Nm3/h
出塔气量(V2)Nm3/h
溶液带出的总气量(V3)Nm3/h
16000
10205.88
5497.12

气液比
27.123
入塔气体平均分子量
22.1
溶解气体平均分子量
43.0158

PC中的溶解量(溶解气量及其组成) 40℃
组分
CO2
CO
H2
N2
总量
溶解度, Nm3/m3PC
12.7150
0.0164
0.2091
0.2360
13.1765
溶解量, Nm3/m3PC
8.7955
0.0115
0.1464
0.1652
9.1186
溶解气所占的百分数%
96.457
0.126
1.605
1.812
100.00
出塔液相带出气量及其组成40℃
溶解量, Nm3/m3PC
8.8615
0.0145
0.2324
0.2102
9.3186
溶解气所占的百分数%
94.40
0.16
3.00
2.43
100.00
入塔气相及其组成30℃
体积流量Nm3/h
5280
240
6880
3600
16000
溶解气所占的百分数%
33.00
1.50
43.0
22.50
100.00
出塔气相的组成35℃
体积流量Nm3/h
52.513
231.466
6742.905
3475.706
10502.57
溶解气所占的百分数%
0.50
2.204
64.202
33.094
100.00
入塔液相及其组成30℃
体积流量Nm3/h
589.91

589.91
溶解气所占的百分数%
100.00

100

四、 热量恒算
在物料衡算中曾假设出塔溶液的温度为40℃, 现经过热量衡算对出塔溶液的温度进行校核, 看其是否在40℃之内。否则, 应加大溶剂循环量以维持出塔溶液的温度不超过40℃。具体计算步骤如下:
1.混合气体的定压比热容
因未查到真实气体的定压比热容, 故借助理想气体的定压比热容公式近似计算。理想气体的定压比热容: , 其温度系数如下表:

系数
a
b
c
d
Cp1( 30℃)
Cp2( 35℃)
CO2
4.728
1.754×10-2
-1.338×10-5
4.097×10-9
8.929/37.38
8.951/37.48
CO
7.373
-0.307×10-2
6.662×10-6
-3.037×10-9
6.969/29.18
6.97/29.18
H2
6.483
2.215×10-3
-3.298×10-6
1.826×10-9
6.902/28.90
6.904/28.91
N2
7.440
-0.324×10-2
6.4×10-6
-2.79×10-9
6.968/29.18
6.968/29.18
表中Cp的单位为( kcal/kmol·℃) /( kJ/kmol·℃)
进出塔气体的比热容

2.液体的比热容
溶解气体占溶液的质量分率可这样计算:
质量分率为
其量很少, 因此可用纯PC的比热容代之。本设计题目中:
kJ/kg·℃

文献查得kJ/kg·℃,据此算得:
kJ/kg·℃; kJ/kg·℃
本设计采用后者。
3.的溶解热
kJ/kmolCO2
CO2在PC中的溶解量为8.7955×589.91=5188.553Nm3/h=231.632kmol/h
故Qs=12992×231.632=3009362.944kJ/h
4.出塔溶液的温度
设出塔气体温度为35℃, 全塔热量衡算有:
带入的热量( QV1+QL2) +溶解热量( Qs) =带出的热量( QV2+QL1)
现均按文献值作热量衡算, 即取kJ/kg·℃; kJ/kg·℃
Qv1=V1Cpv1(Tv1－T0)=16000×31.766×30/22.4=680700kJ/h
QL2=L2CpL2(TL2－T0)=589.91×1193×0.3795×30=8012337.543kJ/h
Qv2=V2Cpv2(Tv2－T0)=10502.88×28.607×35/22.4=469462.325J/h
QL1=L1CpL1(TL1－T0)=714092.4481×0.3894×TL1=27806.6993TL1kJ/h
式中: L1=589.91×1193+(5497.12-0.2×589.91)×43.0158/22.4=714092.4481kg/h
680700+8012337.543+3009362.944=469462.3553+278067.6993TL1
TL1=39.04℃与理论值比较后, 取TL1=39.5℃

五、 设备的工艺与结构尺寸的设计计算
计算公式:
塔底气液负荷大, 依塔底气液负荷条件求取塔径。
采用Eckert通用关联图法求取泛点气速, 并确定操作气速。
入塔混合气体的质量流量:
V’=(16000÷22.4)×22.1=59804.753kg/h
注: 22.1为入塔混合气体的平均分子量, 11.387为出塔混合气体的平均分子量

Mm2=440.005+280.02204+20.64202+280.33094=11.387kg/kmol
塔底吸收液的质量流量: L’=714092.4481kg/h
入塔混合气的密度( 未考虑压缩因子) :

吸收液的密度( 40℃)
吸收液的粘度, 依下式计算得到:

mPa·s( 平均温度35℃时的值)
选mm瓷拉西环, 其干填料因子, 空隙率, 比表面积, Bain-Hougen关联式常数。
选用Bain-Hougen关联式求解

根据设计u=0.20m/s
1．求取塔径
qVV=16000×(0.1013/1.6)×(303.15/273.15)=1124.535m3/h=0312m3/s
D=(4×0.312/( 3.14×0.20))0.5=1.410m
本次设计取D=1500mm
2.核算操作气速
u=4Vs/(3.14×D2)=4×0.878/(3.14×1.52)=0.177m/s
则操作气体速度取u=0.20m/s合适
3.核算径比
D/d=1500/50=30>20~30( 满足拉西环的径比要求)
4.校核喷淋密度
采用聚丙烯填料表面
Umin=( LW)minat=0.08×93=7.44m3/(m2.h)
( LW)min为最小润湿速率( m3/(m2.h)) 对于直径不超过75mm的散装填料, 可取( LW)min=0.08m3/(m2.h)
( 满足要求)

六、 填料层高度的计算
塔截面积Ω=(π/4)D2=1.766㎡
因其它气体的溶解度很小, 故将其它气体看作是惰气并视作为恒定不变, 那么, 惰气的摩尔流率
G’=6000(1-0.33)/(22.4×3600×Ω)=0.0751kmol/(m2·s)
又溶剂的蒸汽压很低, 忽略蒸发与夹带损失, 并视作为恒定不变, 那么有
L’=589.91×1193/102.09=6893.55kmol/h
,
吸收塔物料衡算的操作线方程为

将上述已知数据代入操作线方程, 整理得

选用填料层高度表示式H=V/(Kya·Ω)
1.采用数值积分法求解, 步骤如下:
将气相浓度在其操作范围内10等分, 其等份间距为0.0294, 并将各分点的y值代入式( 1) 计算出对应的x值, 并列入后面表格中的第1、 2列中。
2.计算的传质系数
=1－exp｛-1.45(33/39.1)0.75(404298.156/93·8.5248)0.1(404298.1562·93/11842·1.27×108)-0.05(404298.1562/1184×39.1×193)0.2｝≈1
由计算知aw︽at=93
式中: UL=338.892×1193=404298.156kg/(m².h)
、 －气体、 液体的黏度,
、 －气体、 液体的密度,
、 －溶质在气体、 液体中的扩散系数,
R－通用气体常数,
T－系统温度, K
－填料的总比表面积,
－填料的润湿比表面积,
g－重力加速度, 1.27×108m/h
－液体的表面张力,
－填料材质的临界表面张力,
－填料形状系数
上述修正的恩田公式只适用于的情况, 由计算得知u0.5uF
气膜吸收系数计算:
气体质量通量为

液膜吸收系数计算:
液体质量通量为UL=U=404298.156Kg/(m2·h)

=6.2615×10-3×93×11.1=0.582[Kmol/(m3·h·KPa)]
=1.427×93×10.4=132.711[Kmol/(m3·h·KPa)]

故修正:

=1192/(102.09×9756.0)=1.197×10-3( 稀溶液)

计算准备:
( 1) 两相摩尔流率与质量流率的转换
气相平均分子量为:
气相平均分子量为: 44y+(1-y)11.047=32.953y+11.047
VG=(32.953Y+11.047)G
( 稀溶液)
( 2) CO2在气相和液相中的扩散系数
气相: 分两步进行, 定性温度取32.5℃。
首先计算CO2在各组分中的扩散系数, 然后再计算其在混合气体中的扩散系数。计算公式如下:

DCO2-co=
DCO2-H2=
DCO2-N2=
=( 1-0.005) /( 0.02204/8.67×10-7+0.64202/3.28×10-6+0.33904/8.62×10-7) =1.644×10-6m2/s
液相: 文献介绍了CO2在PC中扩散系数两个计算公式, 定性温度取35℃。
=1.17×10-5㎝2/s( T—K; —mPa·s; D—cm2/s)
=1.01×10-5㎝2/s( T—K; —mPa·s; D—cm2/s)
取大值
( 3) 气液两相的粘度
( 纯组分的粘度)
uG-CO2=1.34×10-2(305.5/273.15)0.935=0.015mPa·s
同理: uG-CO=0.018mPa·s
uG-H2=0.0093mPa·s
uG-N2=0.018mPa·s
为0℃、 常压下纯气体组分的粘度, mPas。m为关联指数( 见下表)

m

m
CO2
1.34×10-2
0.935
H2
0.84×10-2
0.771
CO
1.66×10-2
0.758
N2
1.66×10-2
0.756
气相:
( 气体混合物的粘度)
=(0.33×0.015×440.5+0.015×0.018×280.5+0.43×0.0092×20.5+0.225×0.018×280.5)/(0.33×440.5+0.015×280.5+0.43×20.5+0.225×280.5)=0.0125mPa·s
液相: mPa·s
=2.368mPa·s

( 4) 吸收液与填料的表面张力
吸收液: =39.1mPa·s
填料: 查教材, 如聚乙烯塑料mPa·s
3.气相总传质单元数
作CO2在PC中的相平衡曲线

将计算结果列表如下:
气相CO2的组成y( 摩尔分率)
0.005
0.050
0.100
0.200
0.330
气相CO2的分压p( kgf/cm2)
0.0980
0.816
1.633
3.265
4.898
30℃对应的液相平衡组成x
0.0010
0.0084
0.0169
0.0337
0.0505
35℃对应的液相平衡组成x
0.0009
0.0078
0.0156
0.0311
0.0466
40℃对应的液相平衡组成x
0.0009
0.0072
0.0144
0.0288
0.0432

因温度变化不大, 故取平均温度下的数值作图得一直线, 这说明CO在PC中的溶解情况满足亨利定律。但因操作关系不为直线, 故仍需采用图解积分或数值积分。
4.气相总传质单元数
采用传质单元数的近似简化法计算
图中数据源于下表数据, y、 x数据由操作线方程( 1) 计算而得。y*由y*=mx计算而得。

y×10-2
0.5
3.75
7.0
10.25
13.5
16.75
20.0
23.25
26.5
29.75
33.00
Y×10-2
0.50
3.90
7.53
11.42
15.61
20.12
25
30.29
36.05
42.35
49.25
X×10-2
0.057
0.293
0.544
0.814
1.104
1.417
1.755
2.122
2.521
2.957
3.436
x×10-2
0.057
0.292
0.541
0.807
1.092
1.397
1.725
2.078
2.459
2.872
3.322
y*×10-2
0.348
1.780
3.299
4.921
6.658
8.518
10.518
12.671
14.994
17.512
20.256

657.894
50.761
27.020
18.765
14.616
12.148
10.546
9.453
8.691
8.171
7.847

现采用Smipson公式求区域的面积—数值积分法( 亦可采用图解积分)

5.气相总传质单元高度
计算:
由于对于PC, CO2为易吸收气体, 为气膜控制

填料层的有效传质高度=0.94813.032=12.354m
设计高度Z=1.2912.354=14.825m取Z=15m

七、 填料层的压降

用Eckert通用关联图计算压降
横坐标:
纵坐标:
已知: 瓷拉西环Φp=288/m,
查图得: △P/Z=50×9.81=490.5Pa/m
填料层的压降为: △P=490.5×14.825=7271.6225P

八: 附属设备及主要附件的选型
1.塔壁厚
操作压力为1.6Mpa设计压力Pc=1.1×1.6=1.76MPa
壁厚:
选取16MnR钢板双面焊100%无损探伤取
取mm考虑到钢板负偏差取
圆整取δn=10mm
进行水压试验:

16MnR的
水压试验是满足强度要求。
故封头可选用16MnRDN=1500δn=10mm的标准椭圆封头
标准椭圆封头主要尺寸表
DN/mm
曲面高度h1/mm
直面高度h2/mm
内表面积
A/m2
容积
V/m3
1500
375
40
2.62
0.513

2．液体分布器
液体分布器是保持任一横截面上保证气液均匀分布。本次使用分布较好的槽盘式分布器。它具有集液、 分液和分气三个功能, 结构紧凑, 操作弹性高, 应用广泛。
盘式喷淋器适用于直径800mm以上的塔, 一般分布盘直径分布盘为塔径的0.65~0.8倍, 盘上孔径d0=3~10mm的小孔, 取孔径d0=4mm。分布盘直径为塔径的( 0.6~0.8) 倍, D0=0.8×1.5=1.2m。塔径为1.5m左右时, 筛孔密度n=150个/m2。盘上筛孔数N按下式计算:
个
3．除沫器
除沫器用于分离塔顶端中所夹带的液滴, 以降低有价值的产品损失, 改进塔后动力设备的操作。此次设计采用网丝除沫器。本次设计选取直径为450mm的金属网除沫器

4．液体再分布器
液体向下流动时, 有偏向塔壁流动现象, 造成塔中心的填料不被润湿, 故使用液体再分布器, 故在填料3m处装一个再分布器。再分器的距离h0与塔径D关系, 对于拉西环h0=( 2.5~3.0) D, 因此选用截锥式液体再分布器。
5．填料支撑板
填料织成板是用来支撑填料的重量, 本次设计使用最为常见的栅板。本次塔径为
1500〉1400mm, 使用四块栅板叠加, 直径为850mm
6．塔的顶部空间高度
塔的顶部空间高度指顶第一层塔盘到塔顶封头的切线距离。为减少雾沫夹带的液体量, 一般取1.2~1.5m, 本次设计取1.2m。
7.各接管尺寸的设置
1) 进气管直径
取

圆整后取=150
2) 出气管直径
取

圆整后取=200
3) 吸收剂进料管直径
取

圆整后取=80
4) 吸收剂出料管直径
取

圆整后取=500

九设计概要表
入塔混合气体的质量流量V’
59804.753kg/h
塔底吸收液的质量流量L’
71409.4481kg/h
入塔混合气的密度p
14.03Kg/m3
吸收液的粘度
2.368mPa·s
填料因子
177m-1
空隙率
0.81
比表面积
93m2/m3
Bain-Hougen关联式常数A
0.022
Bain-Hougen关联式常数K
1.75
uf
0.238m/s
u
0.20m/s
塔径
1500mm
喷淋密度L
338.892m3/m2h
塔截面积A
1.766m2
溶剂的摩尔流率L
1.084kmol/(m2·s)
惰气的摩尔流率G
0.075kmol/(m2·s)
CO2在PC中扩散系数
1.17×10-5㎝2/s
气液两相的粘度
0.015mPa·s
吸收液与填料的表面张力
39.1mPa·s
聚乙烯塑料的表面张力
33.0mPa·s
气相总传质单元数NOG
13.032
气相总传质单元高度HOG
0.948m
设计高度H
15m
填料层的压降
7271.6625P
塔体壁厚
10mm
除沫器气速
0.977m/s
除沫器直径
0.45m
填料支撑板
850mm
顶部空间高度
1.2m

十、 设计评价及总结
经过2周的时间, 终于完成了这次的课程设计。在本学期, 经过学习了《分离工程》这一门重要的专业课, 了解到化工单元操作的基本原理、 典型设备的结构原理、 操作性能和设计计算。化工单元操作是组成各种化工生产过程、 完成一定加工目的的基本过程, 其特点是化工生产过程中以物理为主的操作过程, 包括流体流动过程、 传热过程和传质过程。这次我的课程设计题目是PC吸收过程填料吸收塔的设计, 这是关于吸收中填料塔的设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单, 压降低, 填料易用耐腐蚀材料制造等优点。
本设计中, 开始的时候我采用Eckert通用关联图计算泛点气速, 在填料的选择中, 我几乎是用排除法来选择的, 就是一种一种规格的算, 后来认为使用钢制拉西环( 规格为50m×50mm×0.9mm) 计算得的结果比比较好。在同类填料中, 尺寸越小的, 分离效率越高, 但它的阻力将增加, 通量减小, 填料费用也增加很多。解决了上面的问题之后就是经过查找手册之类的书籍来确定辅助设备的选型, 我们选择孔管型支承装置作为填料支撑, 选压紧栅板作为填料压紧装置。本设计我们所设计的填料塔持液量小, 填料塔结构较为简单, 造价适合。不过, 它的操作范围小, 填料润湿效果差, 当液体负荷过重时, 易产生液泛, 不宜处理易聚合或含有固体悬浮物的物料等。
经过这次的课程设计, 让我从中体会到很多。课程设计是我们在校大学生必须经过的一个过程, 经过课程设计的锻炼, 能够为我们即将来的毕业设计打下坚实的基础。

参考文献:
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[3]段全军,周桂亭,樊守传.填料塔的填料层高度和塔径计算实例[J].氯碱工业, ,(04).
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