年生產(chǎn)1002噸丙酮設(shè)計(jì)說明書

1、年產(chǎn) 1002 噸丙酮設(shè)計(jì)說明書、任務(wù)及操作條件1.1 設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn) 1002 噸丙酮設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)一座填料吸收塔， 用于吸收混于空氣中的丙酮?dú)怏w。 混合氣體的處理量 為2600 （m3/h）,其中含空氣為95%，丙酮?dú)鉃?%（百分含量），要求丙酮回 收率為 96（百分含量），采用清水進(jìn)行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。1.2 工藝操作條件：1）操作壓力為常壓2）使用微分接觸式的吸收設(shè)備3）逆流操作、設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)2.1 設(shè)計(jì)條件 ：1）生產(chǎn)能力 :3混合氣處理量 G=2600m3/h （見后面詳細(xì)計(jì)算過程）2）原料 : 以丙酮空氣二元體系，進(jìn)料混合氣體含丙酮的體積分?jǐn)?shù)為 5

2、%3）產(chǎn)品要求 : 塔頂逸出氣體丙酮含量 99%4）操作壓力： 常壓2.2 主要的物性參數(shù)值：（ 1）空氣的分子量： 29 ；丙酮的分子量： 58 ；水的分子量： 18（2）235E飽和水蒸氣壓強(qiáng)為 5623.4 Pa（ 3）常壓： 101.325 kPa（4）在1 atm時(shí)，水的凝固點(diǎn)（f.p.）為00,沸點(diǎn)（b.p.）為100C。水在0C 的凝固熱為5.99 kJ/mol （或80 cal/g ）,水在100C的汽化熱為 40.6 kJ/mol（或 540 cal/g ）。三、設(shè)計(jì)方案的確定3.1 設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容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

3、、 多塔串聯(lián)操作、串聯(lián)一并聯(lián)操作，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)、工藝特點(diǎn)，結(jié)合各種流程的優(yōu) 缺點(diǎn)，采用常規(guī)逆流操作的流程，傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高， 吸收及利用率高。設(shè)備方案的確定本設(shè)計(jì)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(jiǎn)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。尾氣*填V料Aa4XF媛沖器 鳳機(jī)丁液俸再分布器離心泵衛(wèi)靑水排入地溝陽#塔底取樣圖1.1常規(guī)逆流操作附：填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)結(jié)構(gòu)：氣體捕沫器液體iIlBMllli1III I

4、II illliii-iilii dii|iiiii!填料壓板塔殼填料壓板填料支承板填料填料支承板液體再分布器氣體Ilf液體3.2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(jì)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(shí)平均推動(dòng)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。3.3吸收劑的選擇吸收劑性能的優(yōu)劣是決定吸收操作效果的關(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(duì)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(duì)溶質(zhì)組分有

5、良好的溶解能力，對(duì)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(dòng)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(diǎn)低、廉價(jià)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(duì)具體情 況和主要因素， 既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟(jì)合理性， 綜上因素的考慮， 本次設(shè) 計(jì)任務(wù)選用清水做吸收劑。3.4 操作溫度和壓力的確定(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(jì)溫度選25 C(

6、2) 壓力：加壓利于吸收，但壓力升高操作費(fèi)用、能耗增加，需綜合考慮， 本設(shè)計(jì)采用常壓。3.5 填料的選擇3.5.1 填料種類的選擇填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求 ,還要確保有較高的傳質(zhì)效率 . 除此 之外, 還應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料 ,這樣可以使通量增大 , 塔的處理能力也增大 . 通常考慮以下幾個(gè)方面。 傳質(zhì)效率， 傳質(zhì)效率即分離效率， 它有兩種表示方法： 一是以理論級(jí)進(jìn)行計(jì)算 的表示方法，以每個(gè)理論級(jí)當(dāng)量的填料層高度表示，即 HETP值；另一是以傳質(zhì) 速率進(jìn)行計(jì)算的表示方法，以每個(gè)傳質(zhì)單兀相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨缺硎?，即HTL值。在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)選用傳質(zhì)效率高，即

7、 HETP或HTU值)低的填料。 對(duì)于常用的工業(yè)填料，其HETP或HTU值可由有關(guān)手冊(cè)或文獻(xiàn)中查到，也可通過 一些經(jīng)驗(yàn)公式來估算。 通量， 在相同的液體負(fù)荷下， 填料的泛點(diǎn)氣速愈高或氣相動(dòng)能因子愈大， 則通 量愈大，塔的處理能力亦越大。因此，在選擇填料種類時(shí)，在保證具有較高傳質(zhì) 效率的前提下， 應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料。 對(duì)于大多數(shù)常 用填料，其泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子可由有關(guān)手冊(cè)或文獻(xiàn)中查到， 也可通過一些 經(jīng)驗(yàn)公式來估算。 填料層的壓降， 填料層的壓降是填料的主要應(yīng)用性能， 填料層的壓降愈低， 動(dòng) 力消耗越低，操作費(fèi)用愈小。選擇低壓降的填料對(duì)熱敏性物系的分離尤為重要。 比較

8、填料的壓降有兩種方法，一是比較填料層單位高度的壓降P/Z;另一是比較填料層單位傳質(zhì)效率的比壓降 P/NT。填料層的壓降可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，亦可 從有關(guān)圖表中查出。 填料的操作性能，填料的操作性能主要指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等。 所選填料應(yīng)具有較大的操作彈性，以保證塔內(nèi)氣液負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn) 定。同時(shí)，還應(yīng)具有一定的抗污堵、抗熱敏能力，以適應(yīng)物料的變化及塔內(nèi)溫度 的變化。此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修。3.5.2 填料規(guī)格的選擇填料按規(guī)格規(guī)格通常分為散裝填料與規(guī)整填料：散裝填料規(guī)格的選擇散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公稱直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25 DN38

9、 DN50 DN76等幾種規(guī)格。(一般推薦：D 300時(shí)，選25mm的填 料;300mm D 900mm 時(shí)，選 25 38 mm的填料;D 900mm時(shí)，選用 50 70mm 的填料，但一般大塔中常用50mm的填料。)規(guī)整填料規(guī)格的選擇 工業(yè)上常用 規(guī)整填料習(xí)慣用比表面積表示，主要有 125、150、250、350、500、700等幾種 規(guī)格。3.5.3 填料材質(zhì)的選擇工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。 陶瓷填料： 陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性， 一般能耐除氫氟酸以 外的常見的各種無機(jī)酸、 有機(jī)酸的腐蝕， 對(duì)強(qiáng)堿介質(zhì)， 可以選用耐堿配方制造的 耐堿陶瓷填料。陶瓷填料因其質(zhì)脆

10、、易碎，不宜在高沖擊強(qiáng)度下使用。陶瓷填料 價(jià)格便宜，具有很好的表面潤濕性能，工業(yè)上，主要用于氣體吸收、氣體洗滌、 液體萃取等過程。 金屬填料： 金屬填料可用多種材質(zhì)制成， 金屬材質(zhì)的選擇主要根據(jù)物系的 腐蝕性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來綜合考慮。 碳鋼填料造價(jià)低， 且具有良好的表面 潤濕性能，對(duì)于無腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用; 不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)， 一般能耐除 Cl- 以外常見物系的腐蝕，但其造價(jià)較高;鈦材、特種合金鋼等材質(zhì) 制成的填料造價(jià)極高， 一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用。 金屬填料可制成 薄壁結(jié)構(gòu) (0.21.0mm) ，與同種類型、同種規(guī)格的陶瓷、塑料填料相比，它的通 量大、氣

11、體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強(qiáng)度下 使用，工業(yè)應(yīng)用主要以金屬填料為主。 塑料填料：塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯 (PVC)等，國內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般 的無機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在100C以下使用。聚丙烯填料在低溫(低于0C)時(shí)具有冷脆性，在低于0C的條件下使用要慎重，可 選用耐低溫性能好的聚氯乙烯填料。塑料填料具有質(zhì)輕。價(jià)廉、耐沖擊、不易破 碎等優(yōu)點(diǎn)，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤 濕性能差，在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，需要對(duì)其表面進(jìn)行處理，以提高表

12、面潤濕性能。綜合以上：本設(shè)計(jì)中選擇塑料鮑爾環(huán)散裝填料DN50四、填料塔工藝尺寸的計(jì)算4.1物料計(jì)算如圖所示，對(duì)于逆流操作的吸收塔,在任意截面M-N與塔頂或塔底作物料衡VY LX1 VY1 LX 或 VY LX2 VY2 LX吸收塔的逆流物料衡算示意圖如下:吸收塔的逆流物料衡算示意圖進(jìn)料塔混合氣中各組分的量本設(shè)計(jì)任務(wù)是年產(chǎn)1002噸丙酮，丙酮含量為99%年生產(chǎn)時(shí)間為7200小時(shí),所給原料中空氣含量為95%丙酮含量為5%且丙酮的回收率為96%所以:1002 10007200 0.96 0.052900 kg h考慮到生產(chǎn)過程中存在的損失，所以將本設(shè)計(jì)任務(wù)的質(zhì)量流量擴(kuò)大到3000kg. h （本設(shè)計(jì)

13、進(jìn)料溫度為60度，實(shí)際操作溫度為35度）29273混合氣密度G上92731.418kg m322.4 273 35 所以混合氣處理量 G為：2600 m3.hG 混合氣總含量3000 kg h密度1.148 kg m3近似取塔平均操作壓強(qiáng)為101.3kPa，故：混合氣量n = 26002731）- 103kmolh273 35 22.4混合氣中丙酮量n103 0.55 5.15kmol h5.15 58 298 kg h查資料可知，在35 r的時(shí)候，飽和水蒸氣壓強(qiáng)為5623.4Pa，則每kmoI相對(duì)濕度為70%的混合氣中含水蒸氣量為:5623.4 0.7門 101.3 1030.7 5623.

14、4=0.0404kmol （水汽）/kmol （空氣 + 丙酮）混合氣中水蒸氣的含量1030.0404 3.9kmolh1 0.04043.9 18 70.2 kg h混合氣中空氣量n 1035.15 3.993.95kmol hm 93.95 292724.55kg h混合氣進(jìn)出塔的摩爾組成y10.055.15 （1 0.96）y20.002103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m 2724.55 70.22794.75kg hYi丫25.1597.850.053丙酮kmo惰氣5.15 (1-0.96)97.850.0021丙酮kmol惰氣出塔混合氣量出塔混合氣量n97.8

15、5 5.15 (1 0.96)98.06kmol. hm 2794.75 11.952806.7 kg h4.2氣液平衡關(guān)系當(dāng)xv 0.1 , t = 1545C時(shí)，丙酮溶于水其亨利常數(shù) E可用下式計(jì)算:1gE = 9.171 一2040 / （t 十 273）液相溫度 t = 35 C 時(shí) E=211.54 kPaE211.54 ccccm P2.088101.3H=EMs996.7 =0.262211.54 18該系統(tǒng)的相平衡關(guān)系可以表示為 y* = mX 2.088X4.3吸收劑（水）的用量Ls最小吸收劑用量丫1 丫2minX1X2X10.053-0.00210.0254-0上進(jìn)0.02

16、54m 2.088X202.012Lmin2.012 97.85 196.87 kmoL h般，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，吸收劑的用量L= ( 1.1 2.0 ) Lmin，故取安全系數(shù)為 1.5，則 L=1.5 Lmin =1.5 196.87 295.31kmol. h 5315.58kg h4.4塔底吸收液濃度X1依物料衡算式:V(Y1 Y2) L(X1 X2)X1VY1 VY2 LX 2L= 97.85 0.053-97.85 0.0021295.310.01690.01691 0.01690.01664.5操作線依操作線方程式：LL295 31Y X (Y2X2)X 0.0021VV97.85所

17、以 Y 3.02X0.00214.6塔徑計(jì)算塔底氣液負(fù)荷大，依塔底條件(混合氣35C)，101.3kPa，吸收液25C計(jì)算；4Uu (0.60.8)uf采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)氣速 比更中VLl分舫F就獅執(zhí)聊$臥比一翊為氣聯(lián)鞘密度缶如挖液相粘飢nihr f就相密度板正廉!t尸他“旅 執(zhí)一瞬縣啊糊也繃卿的幗于妳準(zhǔn)辭申L迪力毗氨卅札4.6.1.1有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算塔底混合氣流里WL2718.7511.9271.822802.49 kg. h吸收液流量W5288.225.1458 0.965574.4 kg h進(jìn)塔混合氣密度G =292733=1. 148kg/ m22.4273 35（混合氣

18、濃度低，可近似視為空氣密度）吸收液黏度 l = 經(jīng)比較，選D=50mr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 m 1，比表面積at = 106. 4m2/m3461.2關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)值1 1Wl)(_g)25574.4(1.148尸 0.06684WVl 2824.42 996.7關(guān)聯(lián)圖的縱坐標(biāo)值由圖查得縱坐標(biāo)值為0.22即 G L 0.2 =0.01369 u 2 =0.2g l故液泛氣速uF =3.82m/s操作氣速的確定u= 0.6 uf 0.6 3.822.292 m s4.6.3塔徑的計(jì)算D阪 |4 2600和 s 0.634m634mmV u

19、 V3600 3.14 2.292取塔徑為0.7m( = 700mm)4.6.4核算操作氣速u36004 3216400.72 1.88ms uf故滿足要求。465核算徑比D/d= 700/50=14,對(duì)于同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料 費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及 嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定， 常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值 D/d的推薦值列于下表。塔徑與填料公稱直徑的比值 D/d的推薦值填料種類D/d的推薦值拉西環(huán)D/d 2030鞍環(huán)D/d 15鮑爾環(huán)D/d 1015階梯環(huán)

20、D/d8環(huán)矩鞍D/d8通過以上表的數(shù)據(jù)可知所選鮑爾環(huán)滿足鮑爾環(huán)的徑比要求。466噴淋密度校核4.6.7單位填料程壓降_PZ )的校核填料的最小潤濕速率(MWR為LW皿山0.08 m3 /(m? h)最小噴淋密度Umin = 0.08 X 106.4= 8. 512 m3/(m? h)因UL4D2 99豊豐爲(wèi)2 13.79m3 m?h故滿足最小噴淋密度要求。在壓降關(guān)聯(lián)圖中取橫坐標(biāo)值0.0615，將操作氣速(=1. 88m/s)代替縱坐標(biāo)中的 查表，DN=50m塑料鮑爾環(huán)（米字筋）的壓降填料因子p = 125代替縱坐標(biāo)中的.則縱標(biāo)值為:1.882 吟(1.148)0.8543.20.0539.81

21、996.7查資料得:p/z 30 9.81294.3Pa/m填料p/z在145-490 Pa/m填料 范圍內(nèi)，故滿足要求4.7填料層高度的確定計(jì)算填料層高度，即VB Y dYKYaY2Y Y*傳質(zhì)單元高度Hg計(jì)算V111Hog ，其中“a aP 丄 1，本設(shè)計(jì)采用（恩田G gaaa kGa H&a式）計(jì)算填料潤濕面積aw作為傳質(zhì)面積a,依改進(jìn)的恩田式分別計(jì)算kL及kG，再合并為kLa和kGa o列出備關(guān)聯(lián)式中的物性數(shù)據(jù)氣體性質(zhì)（以塔底35C, 101.325kPa空氣計(jì)）：g = 1.148 kg/ m3 （前已算出）（氣體密度）g = 0.01885 X 103 Pa.s （查化工原理附錄）

22、（氣體黏度）Dg = 1.09X 10 5 m2/s（依翻Gilliland式估算）（溶質(zhì)在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)）液體性質(zhì)（以塔底25r水為準(zhǔn)）：l = 996.7 kg/ mL = 0. 8543x 10 3 Pa? sDl =1.344 x i09m2/s （以Dl 了10（?。㏕式計(jì)算）（化學(xué)工程手 lVa冊(cè)10-89），式中Va為溶質(zhì)在常壓沸點(diǎn)下的摩爾體積，ms為溶劑的分子量,為溶劑的締合因子。液體表面張力L = 71. 6X 10 3 N/m查化工原理附錄）氣體與液體的質(zhì)量流速:Ul4L3600 D24 5288.223600 3.14 0.72Uv4WV4 2846.383600 D2

23、3600 3.14 0.723.82kg m2 s 12.06 kg. m2s 1塑料鮑爾環(huán)（亂堆）特性：-d = 50mmF0. 05m （塑料鮑爾環(huán)直徑） at = 106. 4 m2 / m3 （比表面積）c 40dyn/cm 40 10 3N /m （填料材質(zhì)的臨界表面張力）=1.45 （鮑爾環(huán)為開孔環(huán)）依式計(jì)算有效面積 aw0.750.1依式更1 expq1.45 lUlat lUl2Q0.05Ul二l40.2代入上述數(shù)據(jù)得:aw 1 exp 1.45 at4 10 371.6 10 30.753.82106.4 0.854 10 30.120.05106.4 3.822996.72

24、 9.813.822996.7 71.6 10 3 106.40.2awat=0.953故 aw =故 aw = .AA0.953 106.4101.39依式 3-19 kL =0.0095UlLgawLlDl代入上述數(shù)據(jù)得:kL0.00953.820.8543 10101.39 0.8543 10996.7 1.344 1030.8543 109.81996.7kL 1.49 10 4 m. skL為液相傳質(zhì)系數(shù),Dl為溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;依式 3-20 kG =0.237Uv0.7代入上述數(shù)據(jù)得:2.02at0.7kG 0.237 -106.4 1.148kG 1.5791

25、10 6 kmol.mGDG G1RT1.14851.09 100.01885 102sKpakG為氣相傳質(zhì)系數(shù)0.41.4910-4101.39 1.450.41.75106.4 1.09 10 58.31410-2 m s273 351 1kGa = kGaw.3.1810-6101.39 1.451.12.4110-4 kmol/(m2 .s.Kpa)計(jì)算 KYaKYa1Kg3P,而代入數(shù)據(jù)得:1KGa12.42 10 4KGakGa HkLa11.75 10 2 0.2624367.5得：KGa 2.29 10-4所以 KYa=KGaP 2.29 10-4 101.3 0.02319計(jì)

26、算HgHog97.74 4KYa22.12m3600 0.02319 3.14 0.7傳質(zhì)單元數(shù)Nog計(jì)算在上述兩個(gè)區(qū)間內(nèi)，可將平衡線視為直線，操作線系直線，故采用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法計(jì)算Nog丫1 dY丫2丫 Y*ln丫 丫 丫2Ym丫2 Y2* * Y*丫2ln Y2 =2.088 Xi2.088 0.01690.0353*丫2 =0X20Ym*丫1 丫1*丫2 丫2* *,丫1In丫2 丫2Ym（.。53 .。353）（.0021）0.00352In。53 O03530.0021Nog00353 5.03m0.00352填料層高度z的計(jì)算Z HogNog 2.12 5.03 10.66m根據(jù)

27、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層的設(shè)計(jì)高度為 Z=1.2Z=12.7，故取實(shí)際填料層高度取為12.7m。填料塔附屬高度計(jì)算塔上部空間高度，通過相關(guān)資料可取1.5m,塔底液相停留時(shí)間按1.5min考慮,則塔釜所占空間高度為wL3600 L2846.383600 996.70.00079 m3. shi5 60 2乂5 60 .00079 0.0731mUf D1.986 0.7考慮到氣相接管所占的空間高度，底部空間高度可取1m,所以塔的附屬高度可以取 1.5 12.5m所以塔高為 Ha 2.5 12.715.2m五、填料吸收塔的附屬設(shè)備5.1填料支承板填料支承板主要分為兩類：氣液逆流通過平板型支承板，板上有篩孔

28、或柵板式;氣體噴射型，分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支承板和梁式氣體噴射型支承 板。由于填料支承板本身對(duì)塔內(nèi)氣液的流動(dòng)狀態(tài)也會(huì)產(chǎn)生影響， 因此除考慮其有 足夠的強(qiáng)度和剛度以支持填料及其所持液體的重量外， 還應(yīng)考慮其對(duì)流體流動(dòng)的 影響，要保證有足夠的開孔率，以防在填料支承處發(fā)生夜泛現(xiàn)象， 在結(jié)構(gòu)上應(yīng)有 利于氣液相的均勻分布，同時(shí)不至于產(chǎn)生較大的阻力。本設(shè)計(jì)項(xiàng)目的塔徑及液體負(fù)荷不大，可采用較簡(jiǎn)單的柵格行支承板。5.2填料壓板和床層限制板在填料頂部設(shè)置壓板和床層限制板。有柵條式和絲網(wǎng)式。5.3 液體分布器計(jì)算和再分布器的選擇和計(jì)算5.3.1 液體分布器液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式

29、、及槽盤式等。工 業(yè)應(yīng)用以管式、槽式、及槽盤式為主。性能優(yōu)良的液體分布器設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足以下幾點(diǎn)：液體分布均勻， 評(píng)價(jià)液體分布均勻的標(biāo)準(zhǔn)是： 足夠的分布點(diǎn)密度； 分布點(diǎn) 的幾何均勻性；降液點(diǎn)間流量的均勻性。 分布點(diǎn)密度。液體分布器分布點(diǎn)密度的選取與填料類型及規(guī)格、 塔徑大小、 操作條件等密切相關(guān)，各種文獻(xiàn)推薦的值也相差較大。大致規(guī)律是：塔徑越大， 分布點(diǎn)密度越??；液體噴淋密度越小，分布點(diǎn)密度越大。對(duì)于散裝填料，填料尺 寸越大，分布點(diǎn)密度越小。 分布點(diǎn)的幾何均勻性。 分布點(diǎn)在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點(diǎn)密 度更為重要的問題。設(shè)計(jì)中，一般需通過反復(fù)計(jì)算和繪圖排列，進(jìn)行比較，選擇 較佳方案。分布

30、點(diǎn)的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。 降夜點(diǎn)間流量的均勻性。 為保證各分布點(diǎn)的流量均勻， 需要分布器總體的 合理設(shè)計(jì)、 精細(xì)的制作和正確的安裝。 高性能的液體分布器， 要求個(gè)分布點(diǎn)與平 均流量的偏差小于 6%。操作彈性大，液體分布器的操作彈性是指液體的最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之 比。設(shè)計(jì)中，一般要求液體分布器的操作彈性為 24,對(duì)于液體負(fù)荷變化很大 的工藝過程，有時(shí)要求操作彈性達(dá)到 10 以上，此時(shí)，分布器必須特殊設(shè)計(jì)。自由截面積大， 液體分布器的自由截面積是指氣體通道占塔截面積最小應(yīng) 在 35%以上。其他，液體分布器應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、制造容易、調(diào)整和維修方便。本設(shè)計(jì)中塔徑較小，故此選用

31、管式液體分布器。5.3.2 氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置（1）氣體進(jìn)出口裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對(duì) 500mn直徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或 切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對(duì) 1.5m 以下直徑的塔，管的末端可制成下彎 的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b置。氣體出口裝置既要保證氣流暢通， 又要盡量除去被夾帶的液沫。 最簡(jiǎn)單的裝 置是在氣體出口處裝一除沫擋板， 或填料式、 絲網(wǎng)式除霧器， 對(duì)除沫要求高時(shí)可 采用旋流板除霧器。本設(shè)計(jì)中選用折板除霧器。折板除霧器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，除霧板由 50mm 50mm 3mm的角鋼組成，板間

32、橫向距離為25mm垂直流過的氣速可按下式計(jì)算：u式中 u 氣速，m/s ；L v液相及氣相密度，kg/m3 ；k 系數(shù)，0.085-0.10 ；本設(shè)計(jì)中取k 0.09，則流過的氣速u 0.09 997.08 1.1482.651m s、1.148所需除霧板組的橫斷面為S qv26000.277 m2u 3600 2.651由上式確定的氣速范圍，除霧板的阻力為49-98pa，此時(shí)能除去的最小霧滴直徑約為0.06mm即60 m.（2）排液裝置液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取1020m/s （高壓塔氣速低于此值）；液

33、體進(jìn)出口氣速可取0.81.5m/s （必要時(shí)可加大些）管徑依氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管 規(guī)定進(jìn)行圓整.分布點(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算該塔的塔徑較小，且填料的比表面積較大，故應(yīng)選較大的分布點(diǎn)密度。設(shè)計(jì) 中取分布點(diǎn)密度為185點(diǎn)/m2。布液點(diǎn)數(shù)為2n 2.292 0.7185207 點(diǎn)按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：二級(jí)槽共設(shè)七道，槽側(cè)面開孔，槽寬度為 80mm槽高度為210mm兩槽中心矩為160mm, 分布點(diǎn)采用三角形排列。實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為 n=210點(diǎn)，布液計(jì)算：由 L dn、2gH4L:液體流量m3/sn:開孔數(shù)目:孔流系數(shù)，取0.550.60d:孔徑，mH :開孔上方的

34、液位高度，m取 0.60 , H 160mm4Ln 2g HI 4 2846.38,996.7 3600 3.14 210 06 2 9.81 0.160.00213m則設(shè)計(jì)取d0=2mm5.4塔底液體保持管高度的計(jì)算取布液孔的直徑為2mm則液位保持管中的液位高度可由公式:22 4LL d nk . 2gh 得，即：h /2g :4d nk式中：d :布液孔直徑，ml:液體流率，m/sn ：布液孔數(shù)k :孔流系數(shù)h :液體高度，mg :重力加速度，m/s2k值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定可取 k 0.60 0.62因此，取k 0.60)2 2g(4 2846.38、( 2 )996.7 3600

35、3.14 0.002210 0.62 9.81 0.2049根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，則液位保持管高度為：h 1.15h1.15 0.20490.2356m六、輔助設(shè)備的選型6.1管徑的計(jì)算對(duì)于液相，由于進(jìn)塔為地下水，出塔為混合溶液，所以應(yīng)以出塔為準(zhǔn)，選擇 流速；對(duì)于氣相，貝U屬于常壓操作。以此為據(jù)，選出相應(yīng)流速：表3-2某些流體在管路中的常用流速范圍流體的類別及情況流速范圍，m/s水及低粘度流體(1 X 105Pa1 X 106Pa)1.5 3.0常壓氣體1020進(jìn)氣為常壓氣體取u=18m/s4 2600.3600 3.14 180.226 m查資料按標(biāo)準(zhǔn)可選用245伽為外徑，內(nèi)徑：245-2 X 15=2

36、15伽進(jìn)水管與混合液出口管：清水(常壓)取u=2.0 m/sL3600 L5315.583600 996.70.00147 m3. s4 0.001473.14 20.031m參照標(biāo)準(zhǔn)選用32 mm為外徑，內(nèi)徑：32-2 X 4=24mm由于管路采用標(biāo)準(zhǔn)管路，因此實(shí)際操作情況下的流速不是選取的流速，需要 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管徑反算操作流速，進(jìn)行校核。以液相為例：4Vs 4 0.00147.u 221.95m sd23.14 0.0312同理可得氣相：此時(shí)流速：u j4V|- 26002 18.01m sd23600 3.14 0.2262流速較核合格6.2離心泵的選擇與計(jì)算計(jì)算過程如下所選管為 42.0

37、0mm 6mm熱軋無縫鋼管3校核管內(nèi)流速uIs 44 1.37 10-2廠 1.939m/sd23.14 0.032則雷諾數(shù)Re dU0.02 1.939 997.080.8937 109.7351040.3164 農(nóng) 0.250.01791局部阻力損失：三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截止閥全開3 6.419.2 ;三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90彎頭3 0.752.25 ；管路總壓頭損失Hf (0.01791200.0322g1.939221.45)6.39m2 9.81揚(yáng)程HeHf18.3 沁69996.7 9.816.3925.24流量QUl3.82996.73.83210 m經(jīng)查化工原理附表泵與風(fēng)機(jī)，P296型號(hào)IS50-32

38、-200 泵合適。6.3筒體、鋼材選型由于直徑為700mm選擇無縫鋼管在吸收時(shí)，溫度低于100C,故先選用Q235R型無縫鋼管，25t 147MPa,焊接系數(shù)為1。所以根據(jù)公式可得Pc Di.1。1325 700 0.26537mm2 147 1Pc壓力MPaD直徑 mmW焊接系數(shù)t 許用應(yīng)力 MPa根據(jù)查表可得，腐蝕余量為C2=2mm設(shè)計(jì)厚度為dC2 2.265mm由于選用的是碳素鋼和低合金鋼制容器,故其不符合要求，在加上本設(shè)計(jì)中填料選用的是金屬鮑爾環(huán)，所以將筒體的理論計(jì)算厚度6mm設(shè)計(jì)厚度dC2 6 2 8mm名義厚度 n d Ci 8 0.7 8.7mmC腐蝕余量C2 偏差所以符合選材。

39、6.4封頭的計(jì)算封頭分為四種，分別為半球形封頭、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭、蝶形封頭和球冠行封 頭。本設(shè)計(jì)采用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。氣計(jì)算公式如下pcDi0.101325 700 1.12 147 10.26537 mm2a 0.5mb0.25m所以可得封頭中a由于理論計(jì)算厚度較小，所以在計(jì)算厚度時(shí)，應(yīng)按照筒體的計(jì)算厚度一致, 故去名義厚度為8.7mm6.3封頭和壁厚的校核筒體的許用應(yīng)力西 0.101325 700 6.5MPa2 e所以筒體符合要求封頭需要的許用應(yīng)力pcDj 0.101325 1.1 700c -6.5MPa t2 e261封頭也符合標(biāo)準(zhǔn)。6.4筒體與封頭的連接方式以及螺栓選型筒體與封頭的

40、連接方式分為二種，一中為焊接，另外一種為法蘭連接，填料塔裝有多種填料，選用焊接不能裝載填料，故選擇法蘭連接。直徑壓力700mm0.11MPa所以選用甲型法蘭連接，氣對(duì)應(yīng)的尺寸與質(zhì)量如下公稱直徑DN/mm法蘭 /mm螺柱DD1D2D3D4d法蘭盤厚度質(zhì)量規(guī)格數(shù)量500815780750740737183037.1M16286.5開孔的計(jì)算人孔由于筒體的直徑為700mm所以開人孔1個(gè)。手孔筒體與封頭采用法蘭連接，故也不需要手孔，且填料塔中沒有比較復(fù)雜的結(jié) 構(gòu)，所以沒有開手孔的必要。封頭開孔水泵的管道尺寸4qniM ! 4 2.8 18 n n 十d 一0.0m255 mm u 3.14 1 100

41、0取壁厚為4mm則開孔直徑為263mmU 流體在管道中流速P水的密度M水的摩爾質(zhì)量Q nl水的摩爾流量6.532空氣的管道尺寸d。0.00213m 4L|4 2846.38n , 2g H ,996.7 3600 3.14 210 0.6 2 9.81 0.16則設(shè)計(jì)取d0 =2mm取壁厚為4mm則開孔直徑為10mm工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總與主要符號(hào)說明F面將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總，分別列出:題目年產(chǎn)1002噸丙酮設(shè)計(jì)說明書流程布置逆流主體設(shè)備填料塔氣液平衡關(guān)系Ye=2.088X塔高18.3m塔徑700mm填料塑料鮑爾環(huán)液體分布器雙排管式分布器填料支撐板柵格形支撐板封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭1.吸塔的吸收劑用量

42、計(jì)算總表收意義及符號(hào)結(jié)果混合氣體處理量G32600m/h氣液相平衡常數(shù)m2.088進(jìn)塔氣相摩爾分率 yi0.053出塔氣相摩爾分率y20.0021進(jìn)塔液相摩爾分率Xi0.0169出塔液相摩爾分率X20最小液氣比L/V2.012混合氣體平均式量M30.45g/mol混合氣體的密度P31.148kg/m混合氣體的粘度卩0.00001885Pa.s吸收劑用量L295.31kmol/h2.塔設(shè)備計(jì)算總表意義及符號(hào)結(jié)果塔徑D700mm填料層高Z12.7m氣相總傳質(zhì)單元咼度Hog2.12m氣相總傳質(zhì)單元數(shù)Nog5.03塔的實(shí)際高度H15.2m布液孔數(shù)n207個(gè)空塔氣速u2.292m/s泛點(diǎn)氣速uf3.82

43、3填料計(jì)算總表意義及符號(hào)結(jié)果孔隙率%0.9填料比表面積a92.7m2/m3填料因子120m1填料常數(shù)A0.09421、英文字母a填料層的有效傳質(zhì)比表面積(m2 /m3 )aw-一填料層的潤滑比表面積m2/m3 ;A -吸收因數(shù)；無因次；d填料直徑，mmdp填料當(dāng)量直徑，mm;D -擴(kuò)散系數(shù)，m2 /s ;塔徑；E -亨利系數(shù)，KPa;g-重力加速度,kg/(m 2 .h);H溶解度系數(shù)，kmol /(m 3 .KPa);Hg氣相傳質(zhì)單元咼度，m;Hl液相傳質(zhì)單兀咼度，m;H OG氣相總傳質(zhì)單元咼度，m;Hol液相總傳質(zhì)單兀咼度，m;kG氣膜吸收系數(shù),kmol /(m3 .s.KPa);Lg吸收

44、液質(zhì)量流速 kg/(m 2 .h);L噴液體噴淋密度；m相平衡常數(shù)，無因次；Ng氣相傳質(zhì)單兀數(shù)，無因次;Nl液相傳質(zhì)單兀數(shù)，無因次；N og-氣相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次；NOL 液相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次 ; P p 分壓， KPa ;kmol/h； kmol/s； LL 吸收液質(zhì)量流量密度 kg/ m3kg/h；Tum3/s；kmol/(m 2.s.kmol/m 3)；kmol/(m 2 .s)；2kmol/(m .s.kpa)；kJ/(kmol.K) ;S解吸因子；u 空塔速度， m/s ;V 混合氣體體積流量， kL 液膜吸 收系數(shù)Ky 氣相總吸收系數(shù)kG 氣相總吸收系數(shù)LS 吸收劑用量總壓，

45、KPa ；R 氣體通用常數(shù)，溫度， 0C；液泛速度， m/s ；ky 氣膜吸 收系數(shù)，2kmol/(m .s)；kx 液膜吸收系數(shù)，2kmol/(m .s)；Kx 液相總吸收系數(shù) kmol/(m 2 .s)； 是吸收液量 kmol/h ； 吸收液流量， m3 /s 填料因子， m-1 ；2、下標(biāo)L 液相的V 混合氣流量 kmol/sx溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率比 無因次y溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率Z填料層高度 mZsG 氣相的V混合氣質(zhì)量流量 無因次 X 溶質(zhì)組分在氣相中的摩爾無因次 Y 溶質(zhì)組分在氣相中的摩爾比 無因次填料層分段高度 m粘度 Pa.s密度kg/m平均的，對(duì)數(shù)平均的最大的 塔頂

46、表面張力 N/m mmin最小的max1塔底2由于從填料塔出來的產(chǎn)品濃度未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)， 所以還需設(shè)計(jì)一個(gè)精餾塔，但從填 料塔出來的料液濃度過低，使得精餾塔下一步的工作難以進(jìn)行，所以需在進(jìn)精餾 塔之前對(duì)料液進(jìn)行閃蒸以提高料液的濃度到 25%以下為精餾塔的設(shè)計(jì)說明書。，、設(shè)計(jì)概述1.1設(shè)計(jì)題目：篩板式連續(xù)精餾塔及其主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)1.2工藝條件:生產(chǎn)能力：5574.4 kg h （料液）年工作日：300天原料組成：25%酮，75%水 （摩爾分率）產(chǎn)品組成：餾出液99%丙酮，釜液1仙酮（質(zhì)量分率） 操作壓力：塔頂壓強(qiáng)為常壓進(jìn)料溫度：泡點(diǎn)進(jìn)料狀況：泡點(diǎn) 加熱方式：直接蒸汽加熱回流比： R/Rmi n=

47、1.51.3工藝流程圖丙酮一水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后，用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝 后，部分回流，其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。 塔釜采用間接蒸汽 再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱 量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。丙酮一水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔進(jìn)料板，在進(jìn)料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每層板上， 回流液體與上升蒸汽互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過程。流程示意圖如下圖回流遵T塔碩產(chǎn)品

48、 （或冷灘対謂出液）進(jìn)料一護(hù)f石. g 壬T_r-7771t剣一.g T仙熬水菱汽L1 n圖1 ：精餾裝置工藝流程圖冷凝水t- y_ 虱:f g- T77FW T塔的工藝計(jì)算1.1查閱文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性數(shù)據(jù)水和丙酮的性質(zhì)水和丙酮的粘度溫度5060708090100水粘度mpa0.5920.4690.400.330.3180.248丙酮粘 度mpa0.260.2310.2090.1990.1790.160水和丙酮表面張力溫度5060708090100水表面張力67.766.064.362.760.158.4丙酮表 面張力19.518.817.716.315.214.3水和丙酮密度溫度5060708090100相對(duì)密 度0.7600.7500.7350.7210.7100.699水 ：998.1983.2977.81971.8965.3958.4:丙酮758.56737.4718.68700.67685.36669.92水和丙酮的物理性質(zhì)分子量沸點(diǎn)臨界溫度K 1臨界壓強(qiáng)kpa水18.02M00647.4522050丙酮58.0856.2508.14701.50丙酮一水系統(tǒng)t X y數(shù)據(jù)沸點(diǎn)t/ C丙酮摩爾數(shù)Xy10000920.010.27984.20.025：0.4775.60.050.6