水吸收丙酮填料塔設(shè)計

1、摘 要 空氣-丙酮混合氣填料吸收塔設(shè)計任務(wù)為用水吸收丙酮常壓填料塔，即在常壓下，從含丙酮1.82%、相對濕度70%、溫度35的混合氣體中用25的吸收劑清水在填料吸收塔中吸收回收率為90%丙酮的單元操作。設(shè)計主要包括設(shè)計方案的確定、填料選擇、工藝計算等內(nèi)容，其中整個工藝計算過程包括確定氣液平衡關(guān)系、確定吸收劑用量及操作線方程、填料的選擇、確定塔徑及塔的流體力學(xué)性能計算、填料層高度計算、附屬裝置的選型以及管路及輔助設(shè)備的計算，在設(shè)計計算中采用物料衡算、亨利定律以及一些經(jīng)驗公式，該設(shè)計的成果有設(shè)計說明書和填料吸收塔的裝配圖及其附屬裝置圖。目錄摘 要I水吸收丙酮填料塔設(shè)計1第一章 任務(wù)及操作條件1第二

2、章 設(shè)計方案的確定22.1 設(shè)計方案的內(nèi)容22.1.1 流程方案的確定22.1.2 設(shè)備方案的確定22.2 流程布置32.3 收劑的選擇32.4 操作溫度和壓力的確定3第三章 填料的選擇43.1填料的種類和類型43.1.1 顆粒填料43.1.2 規(guī)整填料43.2 填料類型的選擇43.3填料規(guī)格的選擇53.4填料材質(zhì)的選擇5第四章 工藝計算64.1 物料計算64.1.1 進(jìn)塔混合氣中各組分的量64.1.2 混合氣進(jìn)出塔的摩爾組成64.1.3 混合氣進(jìn)出塔摩爾比組成74.1.4 出塔混合氣量74.2氣液平衡關(guān)系74.3 吸收劑(水)的用量74.4 塔底吸收液濃度84.5 操作線84.6 塔徑計算8

3、4.6.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計算泛點氣速84.6.2 操作氣速的確定94.6.3 塔徑的計算94.6.4 核算操作氣速104.6.5 核算徑比104.6.6 噴淋密度校核104.6.7 單位填料程壓降（）的校核104.7 填料層高度的確定114.7.1 傳質(zhì)單元高度計算114.7.2 計算134.7.3 計算134.7.4 傳質(zhì)單元數(shù)計算134.7.5 填料層高度z的計算144.7.6填料塔附屬高度的計算14第五章 填料吸收塔的附屬設(shè)備155.1 填料支承板155.2 填料壓板和床層限制板155.3 氣體進(jìn)出口裝置和排液裝置155.4分布點密度及布液孔數(shù)的計算155.5塔底液體保持管

4、高度的計算16第六章 輔助設(shè)備的選型186.1管徑的計算18參考文獻(xiàn)19附錄20附表21致謝24水吸收丙酮填料塔設(shè)計第一章 任務(wù)及操作條件混合氣(空氣、丙酮蒸汽)處理量：進(jìn)塔混合氣含丙酮 1.82(體積分?jǐn)?shù))；相對濕度:70；溫度:35；進(jìn)塔吸收劑(清水)的溫度25；丙酮回收率：90；操作壓強：常壓操作。第二章 設(shè)計方案的確定2.1 設(shè)計方案的內(nèi)容2.1.1 流程方案的確定常用的吸收裝置流程主要有逆流操作、并流操作、吸收及部分再循環(huán)操作、多塔串聯(lián)操作、串聯(lián)并聯(lián)操作，根據(jù)設(shè)計任務(wù)、工藝特點，結(jié)合各種流程的優(yōu)缺點，采用常規(guī)逆流操作的流程，傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收及利用率高。2

5、.1.2 設(shè)備方案的確定本設(shè)計要求的是選用填料吸收塔，填料塔是氣液呈連續(xù)性接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)和安裝比板式塔簡單。它的底部有支撐板用來支撐填料，并允許氣液通過。支撐板上的填料有整砌或亂堆兩種方式。填料層的上方有液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑在填料層上。圖1.1 常規(guī)逆流操作流程圖2.2 流程布置吸收裝置的流程布置是指氣體和液體進(jìn)出吸收塔的流向安排。本設(shè)計采用的是逆流操作，即氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相流向與之相反，自塔頂進(jìn)入由塔底排出。逆流操作時平均推動力大，吸收劑利用率高，分離程度高，完成一定分離任務(wù)所需傳質(zhì)面積小，工業(yè)上多采用逆流操作。2.3 收劑的選擇 吸收劑性能的優(yōu)劣是決定

6、吸收操作效果的關(guān)鍵之一，吸收劑的選擇應(yīng)考慮以下幾方面：(1)溶解度: 吸收劑對溶質(zhì)的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的用量。(2)選擇性: 吸收劑對溶質(zhì)組分有良好的溶解能力，對其他組分不吸收或甚微。(3)揮發(fā)度：操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，以減少吸收和再生過程中的揮發(fā)損失。(4)粘度: 吸收劑在操作溫度下粘度要低，流動性要好，以提高傳質(zhì)和傳熱速率。 (5)其他： 所選用的吸收劑盡量要無毒性、無腐蝕性、不易爆易燃、不發(fā)泡、冰點低、廉價易得及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定一般來說，任何一種吸收劑都難以滿足以上所有要求，選用是要針對具體情況和主要因素，既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟合理性。2.4 操作溫度和壓力的

7、確定(1) 溫度: 低溫利于吸收，但溫度的底限應(yīng)由吸收系統(tǒng)決定，本設(shè)計溫度選25(2) 壓力：加壓利于吸收，但壓力升高操作費用、能耗增加，需綜合考慮，本設(shè)計采用常壓。 第三章 填料的選擇3.1填料的種類和類型工業(yè)上填料按形狀和結(jié)構(gòu)可分為散裝填料和規(guī)整填料兩類： 3.1.1 顆粒填料以隨機的方式堆積在塔內(nèi)，以下是幾種典型的散裝填料：拉西環(huán)填料 最早的工業(yè)填料，但因性能較差，目前工業(yè)上已經(jīng)很少使用鮑爾環(huán)填料 是在拉西環(huán)基礎(chǔ)上的改進(jìn)，利用率有了很大提高階梯環(huán)填料 對鮑爾環(huán)的改進(jìn)，為目前所使用的環(huán)形填料最為優(yōu)良的一種弧鞍 填料 一般采用瓷質(zhì)材料，易碎，工業(yè)中不常用環(huán)矩鞍填料 集環(huán)型與鞍型優(yōu)點，是工業(yè)應(yīng)

8、用最廣的一種金屬散裝填料3.1.2 規(guī)整填料 以一定的幾何形狀，整齊堆砌，工業(yè)用多為波紋填料，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、傳質(zhì)效率高、處理量大，但不易處理粘度大或有懸浮物的物料，且造價高。3.2 填料類型的選擇根據(jù)分離工藝的要求，考慮以下因素：(1)傳質(zhì)效率 在滿足工藝條件的前提下，選用傳質(zhì)效率高，即HETP(或HTU)低的填料。(2)通量 保證較高的傳質(zhì)傳質(zhì)效率前提下，選用有較高泛點或氣相動能因子的填料。(3)填料層壓降 壓降越小，動力耗費越少，操作費用越小。(4)操作性能 填料具有較大操作彈性，且具有一定的抗污堵、抗熱敏能力等。3.3填料規(guī)格的選擇(1)散裝填料 常用主要有16、25、38、50、7

9、6等幾種規(guī)格。一般推薦： 300時，選25的填料；時，選2538的填料; 時，選用的填料，但一般大塔中常用的填料。(2)規(guī)整填料 從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費用等方面綜合考慮，既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟合理性。3.4填料材質(zhì)的選擇(1)陶瓷 具有耐腐性及耐熱性，但質(zhì)脆、易碎，不宜高沖擊強度下使用。 (2)金屬 碳鋼對低腐蝕無腐蝕物系優(yōu)先考慮，不銹鋼耐以外物系腐蝕，特種合金鋼價格高，只在特殊條件下使用 (3)塑料 主要包括PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、 PVC(聚氯乙烯)等，一般采用PP(聚丙烯)材質(zhì)。塑料耐腐蝕性、耐低熱性好，但具有冷脆性，表面潤濕性較差。 一般

10、講，操作溫度較高但無顯著腐蝕性時，選用金屬填料；溫度較低選用塑料填料；物系具有腐蝕性、操作溫度高，宜采用陶瓷填料。 由于本設(shè)計操作溫度較低且無腐蝕性，壓強采用常壓，所以選用塑料填料。第四章 工藝計算4.1 物料計算4.1.1 進(jìn)塔混合氣中各組分的量近似取塔平均操作壓強為101.3kPa，故：混合氣量 n混合氣中丙酮量 查化工原理附錄，35飽和水蒸氣壓強為，則每kmoI相對濕度為70的混合氣中含水蒸氣量為：n 0.0404kmol（水汽）kmol（空氣+丙酮） 混合氣中水蒸氣的含量= 混合氣中空氣量4.1.2 混合氣進(jìn)出塔的摩爾組成 4.1.3 混合氣進(jìn)出塔摩爾比組成若將空氣與水蒸氣視為惰氣，則

11、惰氣量 丙酮/kmol惰氣kmol丙酮kmol惰氣4.1.4 出塔混合氣量出塔混合氣量 4.2氣液平衡關(guān)系 當(dāng)x0.1，t1545時，丙酮溶于水其亨利常數(shù)E可用下式計算： 1gE9.171一2040(t十273) 液相溫度 t = 25時 E=211.54 kPaH= =0.262該系統(tǒng)的相平衡關(guān)系可以表示為4.3 吸收劑(水)的用量最小吸收劑用量 一般，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，吸收劑的用量L=（1.12.0），故取安全系數(shù)為1.5，則L=1.5= kmolh=kg/h4.4 塔底吸收液濃度依物料衡算式： 4.5 操作線依操作線方程式： 所以4.6 塔徑計算塔底氣液負(fù)荷大，依塔底條件(混合氣35)，10

12、1.3kPa，吸收液25計算 u =（0.60.8）4.6.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計算泛點氣速4.6.1.1 有關(guān)數(shù)據(jù)計算塔底混合氣流量吸收液流量 進(jìn)塔混合氣密度1148kg (混合氣濃度低，可近似視為空氣密度)查化工原理附錄吸收液密度996.7kg 吸收液黏度0.8543mPa.s經(jīng)比較，選D=50mm塑料鮑爾環(huán)(米字筋)。查化工原理教材附錄可知其主要性能參數(shù)有，填料因子 =120 ，比表面積10644.6.1.2 關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)值 4.6.1.3 關(guān)聯(lián)圖的縱坐標(biāo)值由圖查得縱坐標(biāo)值為0.19 即=0.01369 =0.19故液泛氣速=3.73m/s4.6.2 操作氣速的確定 u0.5

13、 4.6.3 塔徑的計算D=取塔徑為0.7m(700mm)4.6.4 核算操作氣速u= m/s8環(huán)矩鞍D/d8表2散裝填料泛點填料因子平均值填料類型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾環(huán) 410117160金屬環(huán)矩鞍 170150135120金屬階梯環(huán) 160140塑料鮑爾環(huán) 55028018414092塑料階梯環(huán) 260170127瓷矩鞍 1100550200226瓷拉西環(huán) 1300832600410表3 常見材質(zhì)的臨界表面張力值 材質(zhì)碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯鋼石蠟表面張力, mN /m56617333407520表4常見填料的形狀系數(shù) 填料類型球形棒形拉西環(huán)弧鞍開

14、孔環(huán)值0.720.7511.191.45表5 散裝填料分段高度推薦值 填料類型h/DHmax/m拉西環(huán)2.54矩鞍586鮑爾環(huán)5106階梯環(huán)8156環(huán)矩鞍5156圖2 通用壓降關(guān)聯(lián)圖致謝本次課程設(shè)計經(jīng)過兩周的時間得以完成。通過本次課程設(shè)計，使我對從填料塔設(shè)計方案到填料塔設(shè)計的基本過程的設(shè)計方法、步驟、思路、有一定的了解與認(rèn)識。它相當(dāng)于實際填料塔設(shè)計工作的模擬。在課程設(shè)計過程中，基本能按照規(guī)定的程序進(jìn)行，先針對填料塔的特點和收集、調(diào)查有關(guān)資料，然后進(jìn)入草案階段，其間與指導(dǎo)教師進(jìn)行幾次方案的討論、修改，再討論、逐步了解設(shè)計填料塔的基本順序，最后定案。設(shè)計方案確定后，又在老師指導(dǎo)下進(jìn)行擴初詳細(xì)設(shè)計，并計算物料守衡，傳質(zhì)系數(shù)，填料層高度，塔高等；最后進(jìn)行塔附件設(shè)計。 此次課程設(shè)計基本能按照設(shè)計任務(wù)書、指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。同學(xué)之間相互聯(lián)系，討論，整體設(shè)計基本滿足使用要求，但是在設(shè)計指導(dǎo)過