化工原理课程设计

四

——水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收的设计设计者：王政

指导教师：曹丽淑

学院：化学工程学院

专业：过程装备与控制工程

学号：0943082009

目录

一、题目及数据

二、流程图

三、设计方案的确定

1.装置流程的确定

2.填料的选择

四、基础物性数据

1.液相物性数据

2.气相物性数据

3.气液相平衡数据

五、物料衡算

1.进出塔气相摩尔比、最小液气比

2.热效应计算

六、填料塔工艺尺寸计算

1.塔径的计算

2.填料高度计算

七、附属设备的选择

八。、参考文献

(一)题目及数据：

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 数据：

气体混合物

1.组成（V%）：CO2 11%, H2 65%, N2 21%, CH4 0.5%, CO

2.2%, O2 0.3% 2.气体量：3600Nm

3.温度：303K

4.压力：1700

kn

(二)气体出口要求(V%):CO2 0.66 % (三)吸收剂：水

（二）、流程

（三） 设计方案的确定 1.装置流程的确定：

用水吸收CO2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传质效率，选择用逆流吸收流程。因为用水作为吸收剂，同时CO2不作为产品，故采用纯溶剂。 2.填料的选择：

对于水吸收CO2的过程，操作温度较低，但操作压力高，因为工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用

D 聚丙烯塑料阶梯环填料。

（四）、基础物性数据 1. 液相物性数据

对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，303K 时水的有关物性数据如下： 密度为 =995.7

粘度为 =8⨯410-Pa.s=2.88

表面张力为

=72.6dyn/cm=940896

CO2在水中的扩散系数为92622.0010/7.210/L D m s m h --=⨯=⨯ 2.气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为

=

=

11%*44+65%*2+21%*28+0.5%*16+2.2%*28+0.30%*32=12.812 假临界压力为

P =

7380*11%+1300*65%+3390*21%+4600 *0.5%+3500*2.2%+5040*0.3%=2606.9kPa 假临界温度为

T =

304.20*11%+33.20*65%+126.20*21%+190.6*0.5%+132.90*3.5%+154.60*0.3%=90.1K 故而对比压力为 P

=

P =1700/2606.9=0.652

对比温度为 r c

T

T T =

=3.363 查《化工原理设计导论》图2-1得 Z=0.98

3170012.812

9.006/0.968.314303

vm v PM kg m ZRT ρ⨯=

==⨯⨯ 混合气体的粘度的计算为

查四川大学版《化工原理》上册附录10可得在298K 时各气体的粘度为：

2

2

2

4

2

0.0095,0.0086,0.0178,

0.0105,0.018,0.02.

co H N CH CO O mPas mPas mPas mPas mPas mPas μμμμμμ======

所以该混合气体的粘度为：（根据《化工原理设计导论》）

1/2

1/2

0.01302i i i m i i y M mPs

y M μμ∑=

==∑得0.013020.047/()m mPas kg m h μ==

CO2在空气中的扩散系数计算为： 查《化工原理设计导论》得：

二氧化碳： ()1()2()1*16.52*5.1827.46A V c o ∑=+=+= 混合气体

()0.11*26.90.65*2.880.21*17.90.005*24.420.022*18.90.003*16.69.178B V ∑=+++++=

分子量：44,12.812A B M M ==

303K ，17bar 下二氧化碳在混合气体中的扩散系数为：

170017P kPa bar == ()()()1/2

7 1.756222

1/31/3

1.01310/ 5.0210/0.01807/A B A B AB A B T M M M M D m s m h P V V --⨯+⎡⎤⎣⎦

=

=⨯=⎡⎤∑+∑⎣⎦

3.气液相平衡数据

由手册查得，常压下303K 时2co 在水中的亨利系数为 E=1.88×810a P

溶解度系数为

43

8

995.7 3.83710/()18.02 1.4410

L

s

H kmol kPa m EM ρ-=

=

=⨯⨯⨯ 由手册查得CO2的临界压力 临界温度

故而对比温度 3030.9961304.2

r c T T T === 对比压力17000.237376.46

r c P P P =

== 根据《化工原理设计导论》图2-1查得 =0.92 逸度f=P γ=1700×0.92=1564kPa

所以8

3

1.8810120.2156410

E m fP ⨯===⨯