氢氧化钠吸收二氧化碳填料塔设计

氢氧化钠吸收二氧化碳填料塔设计

氢氧化钠吸收二氧化碳填料塔设计

一、设计目的

通过对气态污染物净化系统的工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计的基本方法。培养学生利用所学理论知识，综合分析问题和解决实际问题的能力、绘图能力、以及正确使用设计手册和相关资料的能力。

二、设计任务

试设计常压填料塔，采用逆流操作，以氢氧化钠为吸收剂，吸收混合气体中的二氧化碳。

三、设计资料

1)混合气体（空气、二氧化碳）处理量为G=150kmol/h；

2)气体的平均分子量为32kg/mol；

3)进塔混合气体含二氧化碳的体积分数为0.1%，要求降低到0.05%；

4)操作压力为常压，1atm，即101.325kpa；

5)进塔吸收液采用加活性组分N a OH，和二氧化碳发生了快速不可逆的反

应，化学反应式为：CO2+2N a OH=Na2CO3+H2O 假定氢氧化钠浓度为

C B=0.7kmol/m3;

6)假定吸收操作为等温吸收，温度为30摄氏度；

7)气液平横关系：H=8kmo/(m3.atm)；

8)k G a=30kmol/(m3.atm)；k L a=2.78*10-5s-1;

9)采用的液体流量L=700 kmol/h，液体总分子浓度为C T=56 kmol/m3，

且假设不变；

10)可认为D A=.D B

四、设计方案的确定

（1）吸收工艺流程

采用常规逆流操作流程，流程如下：混合气体进入吸收塔，与吸收剂逆流接触后混合气体得到净化，然后排放；吸收丙酮后的水，取样计算其组分的量，若符合国家相应的标准，则直接排入地沟，若不符合，待处理之后再排入地沟。

五、物料计算

1.进塔混合气体中各组分的量

近似取塔平均操作压力为101.3Kpa，故：

混合气体量=150*（273/（273+30））=135.15kmol/h

混合气体中二氧化碳=135.15*0.001=0.13515kmol/h

2混合气体进出塔组成

Y1=0.001/(1-0.001)=0.001

Y2=0.0005/(1-0.0005)=0.0005

3进塔惰性气体流量

V=150*（1-0.001）=149.85kmol/h 4 气液平衡关系

：H=8kmol/(atm.m 3)=0.079kmol/kpa.m 3

5

对于稀溶液，E 和H 有近似的关系：HM

E ρ

=

，式中：分子为溶液密度，

M 为溶剂相对分子质量。对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似纯水的物性数据。 6 相平衡关系：m=E/P

7

该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比：

2121X

m

Y Y Y V L --=⎪⎭⎫

⎝⎛,对于纯水吸收过程，X 2=0，则

m

Y Y Y V L 12

1-=，根据生产

经验，取操作液气比（L/V ）=1.5(L/V)min 。设计资料所给吸收剂的量为L=700kmol/h ，无需计算。 8

塔底吸收液的组成

依据：()()2121X X L Y Y V -=-可得：

()2121;

Y Y L V

X X -+

==0+149.85/700*(0.001-0.0005)=0.0001 9

吸收塔操作线方程

：()22

Y X X V

L

Y +-==4.67X+0.0005

六、 填料的选择

下表为国内金属鲍尔环特性数据

材质 外径

高*厚 比表面积

空隙率

个数 堆积密

度 干填料因

子

填料因子

选择外径为38mm ，比表面积为129m 2/m 3，填料因子φ=140m -1

七、 塔径的计算

1. 采用Eckert 通用图计算泛点气速f μ

2.

选用材料d=38mm

由于温度为30，故：V m =(273+30)/273*22.4=24.8

横坐标：5

.037.995333.1333,18.24150561000700⎪⎭⎫

⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯÷⨯=S S V L =0.092

查得纵坐标：

115.02

.02=Φl v f μϕρμ 其中L

ρρϕ水

=

=1，则： 2

.0115.0l

V L f g μϕρρμΦ=

，带入数据得：f μ=2.451m/s

()f μμ8.0~6.0=，所以，μ=0.7*2.451=1.716m/s

3. 确定操作气速q μ

取安全系数为70%，s m q /20.1716.1%70=⨯=μ 4. 填料塔塔直径D

m

V D S

9.08616.03600

716.114.324

15044≈=⨯⨯⨯⨯=

=

πμ

5. 校核填料尺寸：D/d=900/38=23.7>8~15，所以填料规格合适。

6. 校核润湿率和校核喷淋密度

由于填料直径小于75mm ，最小润湿率()h m m L W ./08.03min =，故最小喷淋密度：U min =0.08*129=10.32m 3/m.h

操作喷淋密度：U=(700/56)/(π/4*29.0)=19.65>U min ，满足最小喷淋密度的

要求。

经上校算可知：选用D=900mm 合理。

八、 填料层高度的计算

金属 16 15*0.8 239 0.928 143000 216 299 400 38 38*0.8 129

0.945 13000 365 153 140

50 50*1

112．3 0.949 6500

395 131 300