吸收解吸塔的详细设计和ASPEN塔设计

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
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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。
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。
uf =
u f = 2.507 m / s 取u = 0.7u f = 0.7 × 2.507 = 1.7549m / s q vs = D= q mG 1639.625 = = 0.5556m 3 / s ρG 0.8198 × 3600
4qVS 4 × 0.5556 = = 0.635m πu 3.14 × 1.7549 圆整的取 D=650mm. 650 2 3.14 × ( ) 2 πd 1000 = 0.3317 m 2 S= = 4 4 实际气速：u = q vs 0.5556 = = 1.675m / s 650 2 π 2 3.14 × （ ） d 4 4 1000 u 1.675 0.6681 = 66.81 0 (在50 0 ~ 80 0 的范围内） 泛点率校正： = 0 0 0 uf 2.507
* x2 =
y 2 1.019 × 10 −3 = = 8.15 × 10 −3 m 0.125
吸收剂入口浓度应低于 8.15 × 10 −3 ，其值的确定应同时考虑其吸收和解吸操 作，兼顾两者，经优化计算后方能确定，这里取： x 2 = 6.00 × 10 −3 X2 = x2 6.00 × 10 −3 = = 6.04 × 10 −3 kmol (苯) / kmol (洗油) −3 1 − x 2 1 − 6.00 × 10
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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。
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。
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
_
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
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：
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
ຫໍສະໝຸດ Baidu-1-
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 × 10 − 2 kmol（苯）/kmol（煤气） 1 − y1 1 − 0.02 Y2 Y1
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
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)
1 1
(3—1)
由公式（3—1）可得： lg( u2 f g ×
3897.4 4 0.8198 8 = 0.0942 − 1.75 × ( ) ( ) = −0.8249 16390625 800 a=155 ε = 0.89 u2 f g × a ρ G 0.2 × η L = 10 −0.8249 3 ρL a 0.1497 × g × ε 3 × ρ L = 0.2 a × ρ G ×η L 0.1497 × 9.81 × 0.89 3 × 800 155 × 0.8198 × 1.2 0.2
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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
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