吸收解吸塔的详细设计和ASPEN塔设计

课程设计任务书
学生姓名： 指导教师：
一、课程设计题目 填料吸收塔的设计 二、工艺条件
1．煤气中含苯 2%（摩尔分数） ，煤气分子量为 19； 2．生产能力：每小时处理含苯煤气 2000m³，连续操作； 3．吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数） ； 4．吸收回收率≥95%； 5．吸收剂为洗油：分子量 260，相对密度 0.8； 6．吸收操作条件为：1atm、27℃；解吸操作条件为：1atm、120℃； 7．冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。 8．吸收塔汽-液平衡 y* = 0.125x； 解吸塔汽-液平衡为 y* = 3.16x； 9．解吸气流为过热水蒸气，经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新 鲜吸收剂过程中热效应忽略不计； 10.年工作日及填料类型：自选。
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1 设计方案的介绍
本设计为填料吸收塔，设计中说明吸收剂为洗油，被吸收的气体是含苯的 煤气，且混合气中含苯的摩尔分数为 0.02.除了吸收塔以外，还需其他的辅助设 备构成完整的吸收-脱吸塔。气液采用逆流流动，吸收剂循环再用，所设计的流 程图如 A3 图纸上的图所示。图中左侧为 吸收部分， 混合气由塔底进入吸收塔，其中混合气中的苯被由塔顶淋下的洗油吸 收后，由塔顶送出（风机在图中未画出来） 。富液从富油贮罐由离心泵(J0102)送 往右侧的脱吸部分。 脱吸常用的方法是溶液升温以减小气体溶质的溶解度。故用 换热器使送去的富油和脱吸的贫油相互换热。 换热而升温的富油进入脱吸塔的顶 部，塔底通入过热蒸汽，将富油中的苯逐出，并带出塔顶，一道进入冷凝器，冷 凝后的水和苯在贮罐（F0102）中出现分层现象，然后将其分别引出。回收后的 苯进一步加工。由塔顶到塔底的洗油的含苯量已脱的很低，从脱吸贮罐（F0103） 用离心泵(J0101)打出，经过换热器、冷凝器再进入吸收塔的顶部做吸收用，完成 一个循环。
专业班级： 工作部门：
三、课程设计内容
1．设计方案的选择及流程说明； 2．工艺计算； 3．主要设备工艺尺寸设计； （1）塔径的确定； （2）填料层高度计算； （3）总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 4．辅助设备选型与计算。
四、进度安排
1．课程设计准备阶段：收集查阅资料，并借阅相关工程设计用书； 2．设计分析讨论阶段：确定设计思路，正确选用设计参数，树立工程观点，小组分工 协作，较好完成设计任务； 3．计算设计阶段：完成物料衡算、流体力学性能验算及主要设备的工艺设计计算； 4. 课程设计说明书编写阶段：整理文字资料计计算数据，用简洁的文字和适当的图表 表达自己的设计思想及设计成果。
由公式（3—4)可得： LW min = U / at =
对于直径小于 75mm 的环形填料，必须满足润湿率的的最小值 L W min > 0.08 满足最小喷淋密度要求。 经以上校对可知填料塔径选用 650mm 合理。
3.2 填料层高度的计算
3.2.1 传质单元高度计算 塔内的液相及气象物性如下. ρ L = 800kg / m 3 η G = 1.68 × 10 −5 pa ⋅ s ρ G = 0.8198kg / m 3 σ L = 20dyn / cm = 0.02 N / m η L = 1.2 × 10 -3 pa ⋅ s
填料规格校核 D d = 650 38 = 17.11 > 15(满足径比条件）
喷淋量的校核： 吸收剂的喷淋密度 U=L/S U= 由公式（3—3）可得：
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（3—2) （3—3）
qvL S
U= 润湿率：
q vL 4.875 = = 14.69m 3 /(m 2 ⋅ h) S 0.3317 LW min = U / a t 14.69 = 0.095m 3 /(m ⋅ h) 155 （3—4)
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2 吸收塔基础数据的计算
基础数据的计算包括吸收剂用量的计算及最小液气比的计算。
2.1 吸收剂用量：
吸收剂用量可以根据过程的物料衡算， 依据混合气的组成情况可知吸收塔的 进出口气相组成如下： Y1 = y1 0.02 = = 2.04 × 11 − y1 1 − 0.02 Y2 Y1
教研室主任签名： 年 月 日
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目
录
课程设计的目的及要求……………………………………………… 1 课程设计方案的介绍………………………………………………… 2 吸收塔的基础数据的计算…………………………………………… 3 吸收塔的工艺计算…………………………………………………… 4 吸收塔的主体设备的设计……………………………………………10 吸收塔辅助设备的计算及选型………………………………………10 解吸塔的基础数据的计算……………………………………………11 解吸塔的工艺计算……………………………………………………12 解吸塔的主体设备的设计……………………………………………17 解吸塔辅助设备计算及选型…………………………………………17 吸收塔与解吸塔设计一览表…………………………………………18 设计评述………………………………………………………………19 参考文献………………………………………………………………20 Aspen 模拟塔设计……………………………………………………20
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一·课程设计的目的 课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的环节， 是理论联系实 际的桥梁。通过课程设计，使我们学会如何运用化工单元操作的基本原理，基本 规律以及常用设备的机构和性能等知识去解决工程上的实际问题， 同时还能使我 们树立正确的工程观念和严谨的科学作风。 通过课程设计，可以提高我们一下几个方面的能力： 1.1 熟悉查阅文献资料，搜集有关证据·正确选用公式； 1.2 在兼顾技术上的先进性，可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设 计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常，安全运 行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施； 1.3 正确掌握过程计算以及工艺设备的设计计算方法； 1.4 用精炼的语言，简洁的文字，清晰的图表表达自己的设计思想和计算结 果。 二、设计要求 1．工艺条件与数据 （1）煤气中含苯 2%（摩尔分数） ，煤气分子量为 19； （2）吸收塔顶溶液含苯＞0.15%（ 质量分数） ； （3）吸收塔汽·液平衡 y=0.125x；解吸塔汽·液平衡 y=3.16x； （4）吸收回收率≥95%； （5）吸收剂为洗油，分子量 260，相对密度 0.8； （6）生产能力为每小时处理含苯煤气 2000m³； （7）冷却水进口温度≤25℃，出口温度≤50℃。 2．操作条件 （1）吸收操作为 1atm,27℃，吸收操作为 1atm,120℃； （2）连续操作； （3）解吸气流为过热水蒸气； （4）经解析后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新鲜吸收剂； (5) 过程中热效应忽略不计。
3 吸收塔的工艺计算
工艺计算包括塔径的计算，填料层高度的计算，总高度的计算和流体力学参 数计算。
3.1 塔径计算
取 P=101.325Kpa
ρ
G
=
PM 101.325 × 10 3 × 20.18 = = 0.8198kg / m 3 RT 8.314 × (27 + 273)
液相密度可以近似取为： ρ L = ρ 洗油 = 0.8 × 10 3 kg / m 3
取实际液气比为最小液气比的 1.5 倍，则可以得到吸收剂用量为： q nL q nL = q nG
q mL = q nL × M 洗油 = 14.99 × 260 = 3897.4kg / h = 3.897t / h q rL = q mL 3897.4 = = 4.872m 3 / h = 1.35 × 10 −3 m 3 / s ρ洗 800
η =1 −
∴ Y2 = (1 − η )Y1 = (1 − 95%) × 2.04 × 10 −2 = 1.02 × 10 −3 kmol（苯）/kmol(煤气) y2 = Y2 1.02 × 10 −3 = = 1.019 × 10 −3 1 + Y2 1 + 1.02 × 10 −3
0.15% 78 x1 = = 4.98 × 10 −3 0.15% 1 − 0.15% + 78 260 吸收塔液相进口的组成应低于其平衡浓度， 该系统的相平衡关系可以表示为 y ∗ = 0.125 x 于是可得吸收塔进口液相的平衡浓度为：
_
气体混合物的平均分子量为: M = 0.02 × 78 + (1 - 1.02) × 19 = 20.18 kg/kmol
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q v = 2000 ( m 3 / h ) q nG = 2000 273 × = 81.25kmol / h 22.4 273 + 27
_
q mG = q nG M = 81.25 × 20.18 = 1639.625kg / h
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液体黏度为： η L = 1.2 × 10 −3 pa ⋅ s = 1.2mpa ⋅ s 利用 贝恩-霍根公式计算泛点气速可得： lg( u2 f g × q mL 1 ρG 1 a ρ G 0.2 4 × η ) = A − 1 . 75 × ( ) ( )8 L q mG ρL a3 ρL q mL 1 ρG 1 a ρ G 0.2 4 × η = A − × ) 1 . 75 ( ) ( )8 L 3 ρL q mG ρL a
2.2 液气比的计算：
q nL q nG Y1 − Y2 2.04 × 10 −2 − 1.02 × 10 −3 = = = 0.123 2.04 × 10 − 2 −3 min Y1 − X − 6.04 × 10 2 m 0.125 × 1.5 × q nG = 0.123 × 1.5 × 81.25 = 14.99kmol / h min
五、基本要求
1．格式规范，文字排版正确； 2. 主要设备的工艺设计计算需包含：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的 结构设计和工艺尺寸的设计计算； 3．工艺流程图：以 3 号图纸用单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方 向，物流量、能流量，主要测量点； 4. 填料塔工艺条件图：以 2 号图纸绘制，图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性 表和接管表； 5. 按时完成课程设计任务，上交完整的设计说明书一份。