填料塔的计算

一、 设计方案的确定

(一) 操作条件的确定

1．1吸收剂的选择

1．2装置流程的确定

1．3填料的类型与选择

1．4操作温度与压力的确定

45℃ 常压

（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算

2．1基础物性数据

①液相物性数据

对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA的物性数据

根据上式计算如下：

混合密度是：1013.865KG/M3

混合粘度0.001288 Pa·s

暂取CO2在水中的扩散系数

7.熔

表面张力б=72.6dyn/cm=9406kg/h3

②气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为

Mvm=

yiMi=0.133*44+0.0381*+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18

=20.347

PMvm101.333.058.314301101.6*20.347/（8.314*323）混合气体的平均密度ρvm= RT=0.769kg/m3

混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为

μV=1.78×10-5Pa·s=0.0kg/(m•h)

查手册得CO2在空气中的扩散系数为

DV=1.8×10-5m2/s=0.065m2/h

由文献时CO2在MEA中的亨利常数：

在水中亨利系数E=2.6105kPa

E2.61052559.1P101.6相平衡常数为m=

溶解度系数为H=EMs997.22.13104kmol/(m3•kPa)52.61018

2.2物料衡算

进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403

出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767

进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h

该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即

（Y1Y2L）minVY1/mX2

对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0

（Y1Y2L）minVY1/mX2=（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78

取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67

L=2.67×275.58=735.7986kmol/h

∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2)

∴X1=0.0581

①塔径计算

采用Eckert通用关联图计算泛点气速

气相质量流量为 WV=13.74kg/s=494kg/h

液相质量流量计算

即WL=735.7986×（0.7*18+0.3*）=21190.99968kg/h

Eckert通用关联图横坐标为

0.011799

uFFV0.2••L0.226gL查埃克特通用关联图得（查表相差不多）

1260mF查表（散装填料泛点填料因子平均值）得

uF0.226gL0.2FVL0.2269.81998.22.552m/s0.226011.3381

Uf=3.9272m/s

取u=0.8uF=0.8×3.352=2.6816m/s

由

=1.839191m

圆整塔径，取D=1.9m

1500/36002.12m/s2泛点率校核 u=0.7850.6 = 4.724397m/s

u2.12100 uF2.522﹪=84.18％(在允许范围内)

=3.3529272/ 4.724397=70.9%

D600248填料规格校核：d25=1900/25=76》8

液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为

（LW）min=0.08m3/m·h

查塑料阶梯环特性数据表得：

型号为DN25的阶梯环的比表面积 at=228 m2/m3

Umin=(LW)minat=0.08×228=18.24m3/m2·h

2121。31/998.27.51Umin20.7850.6 U= 7.375

经校核可知，塔径D=600mm不合理

经反复校核仍得不出合理的D值

经综合考虑，取操作液气比为

LL15()min151.7726.55V V 15*1.78=26.7

L=26.5×117.22=3112.2kmol/h

=26.7*735.7986=195.82262

44。32(0.02771.662104)0.00043112.2 X1=

X1=0.00204

此时气相质量流量为WV=1500×1.338=2007kg/h

WV=13.74kg/s=494kg/h

此时液相质量流量为WL=3112.2×18.02=56081.8kg/h

即WL=195.82262×（0.7*18+0.3*）=565799.6915kg/h

Eckert通用关联图横坐标为

WLV0.556081。81.3380.5()()0.76WVL2007998.2

0.3150

uFFV0.2••L0.035gL 查埃克特通用关联图得 0.04

改选型号为D38的阶梯环

1170m 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得F

uF0.035gL0.2FVL0.0359.81998.21.228m/s0.217011.33811.7435m/s

取u=0.8uF=0.8×1.228=0.982m/s 1.3948m/s

由

D4VSu41500/36003.140.9820.74m 2.55m

圆整塔径，取D=0.8m 2.6m

1500/36000.83m/s20.7850.8泛点率校核 u= 1.34

u0.83100u0.982 F﹪=84.52％(在允许范围内)96.07%

D800218填料规格校核：d25

液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为

（LW）min=0.08m3/m·h

查塑料阶梯环特性数据表得：

型号为DN38的阶梯环的比表面积

at=132.5m2/m3

Umin=(LW)minat=0.08×132.5=10.6m3/m2·h

56081.8/998.2111.8Umin20.7850.8 U=

U=105.16

经以上校核可知，填料塔直径先用D=800mm合理

若选择丙烯鲍尔环50*50*1.5

其比表面积为93 m2/m3

Umin=(LW)minat=0.08×93=7.44

填料因子为127m-1

Uf= 4.794993m/s

取u=0.8uF=0.8×4.794993=3.835

=2.436

取2.5m

U= 113.74>Umin

②填料层高度计算

Y=mX1=1.78×0.0004=0.000712

1Y=mX2=0

mV1.7844.340.023112.2脱因系数为 S=L

2气相总传质单元数

NOG=

Y1Y21ln1SS1SY2Y2

10.02770ln(10.02)0.02410.021.6662100 =

=5.223

气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算

a0.750.05w1exp1.45ca0.1a20.2tLUU2LtLatLLLatULLLat

查常见材质的临界表面张力值表得

c=33dyn/cm=427680kg/h2

液体质量通量为

U.8L560810.7850.82111627.79kg/(m2•h)a0.750.050.2wa1exp1.45427680111627.790.19406132.53.0111627.792132.5111627.792998.221.72108998.29406132.5t吸收系数由下式计算

K0.237UV0.7G1/3

aatDVtVVVDVRT

1.338质量通量为

UV15000.7850.823994.82kg/m2•h

0.71/3K2373994.820.0G0.132.50.01132.50.065

.3380.0658.314301

= 0.237×73.53×0.4×0.004

= 0.0623kmol/(m3·h·kPa)

=0.502

吸收系数由下式计算

ULKL0.0095aWL

2/3LDLL1/2LgL1/3

1/2

111627.79KL0.00950.5132.53.02/33.06998.26.372103.01.27108998.2

1/3=1.1m/h

KGaKGaW1.1 查常见填料的形状系数表得

1.45

KGaKGaW1.1 0.06230.6132.51.451.16.973kmol/(m3•h•kPa)

KLaKLaW0.41.10.5132.51.450.4103.092/hu/uF=66.17％>50﹪

1.42.2uuKGa19.5KLa12.6u0.5KGau0.5KLaFF

1.43Ka19.50.66170.56.97312.141kmol/m•h•kPa

得G2.2Ka12.60.66170.5103.092107.96/h 得L

KGa11KG1HKLa11112.1410.725107.9610.53kml/m3•h•kPa

HOG

VV44.340.083m2KaKaP10.53101.30.7850.8G=Y

Z=HOGNOG=0.083×5.223=0.434m

得Z′=1.5×0.434=0.6503m

取填料层高度为Z′=2m

查散装填料分段高度推荐值表

h8~15D对于阶梯环填料 hmax≤6m

取h/D=8 则h=8×800=00mm

计算得填料层高度为2000mm，故不需分段