水吸收丙酮的填料塔設(shè)計(jì)說明

1、大學(xué)京江學(xué)院填料吸收塔課程設(shè)計(jì)說明書專業(yè)班級姓名班級序號指導(dǎo)老師日期成績.目錄前 言 . . 2水吸收丙酮填料塔設(shè)計(jì). 2一任務(wù)及操作條件. . .2二吸收工藝流程的確定.2三物料計(jì)算3四熱量衡算 . .4五氣液平衡曲線.5六吸收劑 ( 水) 的用量 Ls . .5七塔底吸收液濃度 X . .61八操作線 .6九塔徑計(jì)算6十填料層高度計(jì)算 . 9十一填科層壓降計(jì)算.13十二 填料吸收塔的附屬設(shè)備. . .13十三 課程設(shè)計(jì)總結(jié). .15十四主要符號說明. .16十五 參考文獻(xiàn). .17十六 附圖 18.專業(yè)資料 .前言塔設(shè)備是煉油、 化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。 根據(jù)塔氣液接

2、觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔。板式塔屬于逐級接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作。工業(yè)上對塔設(shè)備的主要要求： （ 1）生產(chǎn)能力大（ 2）分離效率高（ 3）操作彈性大（ 4）氣體阻力小結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備取材面廣等。塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，選擇時(shí)應(yīng)考慮物料的性質(zhì)、操作的條件、塔設(shè)備的性能以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等方面的因素。板式塔的研究起步較早，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)較低、適應(yīng)性強(qiáng)、易于放大等特點(diǎn)。填料塔由填料、塔件及筒體構(gòu)成。填料分規(guī)整填料和散裝填料兩大類。塔件有不同形式的液體分布裝置、填料固定裝置或填料壓緊裝置、填料支承裝置、液體收集再分布裝置及氣體分布裝置等。 與

3、板式塔相比， 新型的填料塔性能具有如下特點(diǎn)： 生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓力降小、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點(diǎn)。水吸收丙酮填料塔設(shè)計(jì)一任務(wù)及操作條件混合氣 ( 空氣、丙酮蒸汽 ) 處理量：8000 m3 / h 。進(jìn)塔混合氣含丙酮15 ( 體積分?jǐn)?shù) ) ；相對濕度 :70 ；溫度 :25 ；進(jìn)塔吸收劑 ( 清水 ) 的溫度 25；丙酮回收率： 95；操作壓力為常壓。二吸收工藝流程的確定采用常規(guī)逆流操作流程流程如下。.專業(yè)資料 .三物料計(jì)算(l).進(jìn)塔混合氣中各組分的量近似取塔平均操作壓強(qiáng)為101.3kPa，故：混合氣量 8000 （273/273+25）×1 327.18kmol h22

4、.4混合氣中丙酮量 327.18 ×0.15 49.08 kmol h 49.08 ×327.18 16058kgh查附錄， 25飽和水蒸氣壓強(qiáng)為3168.4Pa，則相對濕度為 70的混合氣中含水蒸氣量3168.40.7=0.0224 kmol （水氣） / kmol （空氣十丙酮）101.310 30.73168.4混合氣中水蒸氣含量327.180.0224 7.17kmol h（化工單元操作及設(shè)備 P18910.022416-23 ） 7.17 × 18129.03kg h混合氣中空氣量 327.18 49.08-7.17 270.93kmol h 270.9

5、3 ×297856.97kg h(2) 混合氣進(jìn)出塔的（物質(zhì)的量）成y1 0.15, 則.專業(yè)資料 .y2=49.08(10.95)=0.00877.1749.08(1270.930.95)（3）混合氣進(jìn)出塔（物質(zhì)的量比）組成若將空氣與水蒸氣視為惰氣，則惰氣量 270.93 十 7.17 278.1kmol h 7856.93 129.03 7985.96kg h49.08Y1 =0.176kmol( 丙酮 )/kmol( 惰氣 )49.08(10.95)Y2 =0.0088kmol( 丙酮 )/kmol( 惰氣 )（4）出塔混合氣量出塔混合氣量 =278.1+49.08 ×

6、; 0.05=280.55kmol/h=7985.96+16058×0.05=8788.86kg/h四熱量衡算熱量衡算為計(jì)算液相溫度的變化以判明是否為等溫吸收過程。假設(shè)丙酮溶于水放出的熱量全被水吸收，且忽略氣相溫度變化及塔的散熱損失( 塔的保溫良好 ) 。查化工工藝算圖第一冊，常用物料物性數(shù)據(jù)，得丙酮的微分溶解熱( 丙酮蒸氣冷凝熱及對水的溶解熱之和) ：H d均 =3023010467.5=40697.5 kJ kmol吸收液 ( 依水計(jì) ) 平均比熱容 C L 75.366 kJ kmol·，通過下式計(jì)算tntn 1H d 均-x n-1）（ xnC L對低組分氣體吸收，

7、吸收液濃度很低時(shí)，依惰性組分及比摩爾濃度計(jì)算較方便，故上式可寫為：tL 2540697.6X75.366依上式，可在x00000.009 之間，設(shè)系列 x 值，求出相應(yīng) x 濃度下吸收液的溫度 tL ，計(jì)算結(jié)果列于表1 第 l ，2 列中。由表中數(shù)據(jù)可見，濃相濃度x 變化 0.001 時(shí)，溫度升高 0.54 ，依此求取平衡線。.專業(yè)資料 .表 1各液相濃度下的吸收液溫度及相平衡數(shù)據(jù)XtEmY*× 103025211.52.08800.00125.54217.62.1482.1480.00226.08223.92.2104.4200.00326.62230.12.2726.8160.0

8、0427.16236.92.3389.3520.00527.7243.72.40612.0250.00628.24250.62.47414.8440.00728.78257.72.54417.8080.00829.32264.962.61620.9280.00929.86272.272.90924.192注：（1）氣相濃度 Y1 相平衡的液相濃度X1 0.0049 ，故取 X n 0.009 ；（2）平衡關(guān)系符合亨利定律，與液相平衡的氣相濃度可用y* mX表示；（3）吸收劑為清水， x0，X0；（4）近似計(jì)算中也可視為等溫吸收。五氣液平衡曲線當(dāng) x0.01 ，t 1545時(shí)，丙酮溶于水其亨利常

9、數(shù)E 可用下式計(jì)算：1gE9.171 2040 (t 十 273)由前設(shè) X 值求出液溫 tL ，依上式計(jì)算相應(yīng)E 值，且 m E ，分別將相應(yīng) E 值及相P平衡常數(shù) m值列于表 1 中第 3、 4 列。由 y*mX求取對應(yīng) m及 X 時(shí)的氣相平衡濃度y*，結(jié)果列于表 1 第 5 列。根據(jù) Xy* 數(shù)據(jù)，繪制 XY 平衡曲線 OE如附圖所示。六吸收劑 ( 水) 的用量 Ls由圖 1 查出，當(dāng) Y10.176 時(shí),X 1* =0.0070, 計(jì)算最小吸收劑用量LS,min.專業(yè)資料 .LS ,minVBY1Y2=278.1 × 0.176 - 0.0087 6646 kmol h（化工

10、單元操作及設(shè)備X1 *X 20.0070P204 16-43a）取安全系數(shù)為 1.8 ，則Ls1.8 ×664611963.8kmol h 11963.8 ×18 215349kg/h七 塔底吸收液濃度 X1依物料衡算式：VB(Y1 Y2)LS（X1X 2 ）0.176 - 0.0087X1 =278.1 ×=0.0039八操作線依操作線方程式LSX Y2LSX 2=11963 .8X+0.0087YVB278.1VBY=43.02X+0.0087由上式求得操作線繪于附圖中。九塔徑計(jì)算塔底氣液負(fù)荷大， 依塔底條件 ( 混合氣 25) ，101.325kPa，查表

11、1，吸收液 28.51 計(jì).專業(yè)資料 .圖 2通用壓降關(guān)聯(lián)圖算。DVSu=（ 0.6 0.8）uF （化工單元操作及設(shè)備 P206u416-45 ）（1）. 采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖法 ( 圖 2) 計(jì)算泛點(diǎn)氣速 uF有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算塔底混合氣流量 VS 7856.97 16058129.03 24044kgh吸收液流量 L 21534949.08 ×0.95 ×58218053kg h.專業(yè)資料 .進(jìn)塔混合氣密度G29×273 1.19kg m3 ( 混合氣濃度低，可近似視為22.427325空氣的密度 )吸收液密度L 996kg/ m3吸收液黏度L 0.89

12、5mPa·s經(jīng)比較，選 DG50mm塑料鮑爾環(huán) ( 米字筋 ) 。查化工原理教材附錄可得，其填料因子 =120m 1 ，比表面積 A106.4 m2 / m3關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)值L(G)1/2=218053(1.19)1/2=0.313V L24044996由圖 2 查得縱坐標(biāo)值為 0.13F2（）L0.2 =F2 120即（1.19 ） 0.895 0.2 =0.0143 uF2 =0.15GgL9.81996故液泛氣速 uF =0.15=3.24m/s0.0143(2) 操作氣速u 0.7 uF 0.7 ×3.24 2.268 m/s(3). 塔徑DVS =8000= 1.

13、117 m=1117mmu436000.7852.27取塔徑為 1.2m( 1200mm)(4) 核算操作氣速U=8000=1.966m/s< uF36000.7851.22(5) 核算徑比D/d1200/50 24，滿足鮑爾環(huán)的徑比要求。(6) 噴淋密度校核依 Morris 等推專， d75mm約環(huán)形及其它填料的最小潤濕速率 (MWR)為 0.08 m3 .專業(yè)資料 .(m·h), 由式（ 4-12 ）：最小噴淋密度 L噴 min （ MWR） A0.08 ×106.4 8.512m3 /(m 2·h)因L噴 21805329960.7851.2故滿足最小

14、噴淋密度要求。十填料層高度計(jì)算計(jì)算填料層高度，即Z 193.7 m 3 /(m · h)VBY1dYH OG NOGY2YY*KYa(1) 傳質(zhì)單元高度 H OG 計(jì)算H OG =VB，其中 KYa = KGa P |KYa111（化工單元操作及設(shè)備P209 16-7 ）KGakGa Hk La本設(shè)計(jì)采用（恩田式）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 。列出備關(guān)聯(lián)式中的物性數(shù)據(jù)氣體性質(zhì) ( 以塔底 25， 101.325kPa 空氣計(jì) ) ：G 1.19 kg/ m3 ( 前已算出 ) ；G0.01885 

15、15; 10 3Pa.s ( 查附錄 ) ； DG 1 09×10 5 m2/ s （依翻 Gilliland式估算)；液體性質(zhì) ( 以塔底 2716水為準(zhǔn) ) ： L 996 kg/m3 ； L 0.895 × 10 3 Pa·s；120.5D L =1.344 ×10927.4*10 （ms） T式計(jì)算 )(化學(xué)工程手冊 10-89)，m/ s ( 以 DLL VA0.6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。L71 6× 10 3 Nm(查化工原理附錄 ) 。氣體與液體的質(zhì)量流速：.專業(yè)資料

16、.G218053=53.6kg （/m2.s ）L =36000.7851.22G24044=5.9kg（/m2 .s ）V =36000.78521.2Dg 50mm塑 料 鮑 爾 環(huán) (亂 堆 )特 性 ：d p 50mm 0.05m;A 106.4 m2 / m3 ;C =40dy/cm=40×10-3 N/m;查化學(xué)工程手冊，第12 篇，氣體吸收，有關(guān)形狀系數(shù)，=1.45 （鮑爾環(huán)為開孔環(huán)）依式awcLG'0.1 LG '2at20.750.05 L ' G 0.21 exp1.45()22ata LL gLtg= 1exp -1.45401030.7

17、553.60.153.6 2106.4-0.05）（）（）（3106.40.89510399629.8171.610（53.62）0.210 399671.6106.4=exp-1.45 （0.646 ）（ 0.47 ）（1.19 ）（0.82 ） 1=1exp （ -0.429 ） =0.349故 aw = aw .A =0.349 ×106.4=37.1 m2 / m3A依式KL=0.0051(LG)2/3(L)1/3(L g)1/3(a t dp)0.4at LL D LL0.8951030.8951039.81=0.0051(53.6)2/3()1/3()1/3(5.32)0

18、.499637.10.89539961.33410910=0.0051× 137.6 ×0.0396 ×0.02066 ×1.95=1.12 × 10-3 m/s依式.專業(yè)資料 .kG= 5.23(VG ) 0.7 (G) 13 ( atD G )(a t dp )at GGD GRT1.8855106.41.0955.91010= 5.23() 0.7() 1/3(8.314)(5.32)55298106.41.885101.191.0910=5.23(267.9)(1.133)(4.681×10-7 )(5.32)=3.953 &

19、#215;10-3 kmol/(m 2· S· kPa)故 kL a kL aw =1.12 ×10-3 × 37.1=0.0415 (m/s)kG akG aw =3.953 × 10-3 × 37.1=0.1467 kmol /( m2.s.kPa)(2) 計(jì)算 KY aKY a K G aP ，而 111，H=L （化工單元操作及設(shè)備 P189KGakGaHk LaEM S16-21a ）。由于在操作圍，隨液相組成和溫度t L 的增加， m (E) 亦變，故本設(shè)計(jì)分為兩個(gè)液相區(qū)間，分別計(jì)算KG a (I) 和 KG a (II)

20、區(qū)間 I X 0 00490.002( 為 KG a (I)區(qū)間II X0.0020(為 KG a (II)由表 1知EI 233× 102 kPa ,H IL=996=0.237 kmol /(m3.kPa)EI M S2.33 10218EII =2.18 × 102kPa,HII =L=996=0.254 kmol /( m3 .kPa)EIIMS22.1810181=11108.490.14670.237 0.0415KG a( I )K Ga( I ) =1=9.21 ×10-33kmol /(m .S.kPa)108.49KYa( I ) = KGa

21、(I ) .P=9.21 ×10-3 × 101.3=0.934 kmol /(m3.S).專業(yè)資料 .1=11=101.68KGa( II )0.2540.04150.1467K Ga( II ) =9.83 ×10-3 kmol /(m3 .S.kPa)KYa( II )K Ga (II ) .P =9.83 ×10-3 ×101.3=0.9963 kmol /( m3.S)(3) 計(jì)算 H OGHOG(I)=VB=278.1/ 3600=0.732mKYaI0.934 0.785 1.21.2HOG(II ) =VB=278.1/ 360

22、0=0.0686mKYaII20.99630.7851.2(4) 傳質(zhì)單元數(shù) NOG 計(jì)算在上述兩個(gè)區(qū)間，可將平衡線視為直線，操作線系直線，故采用對數(shù)平均推動力法計(jì)算 NOG 。兩個(gè)區(qū)間對應(yīng)的X、 Y、 Y*濃度關(guān)系如下：IIIX0.00490.0020.0020Y0.0240.01110.01110.0024Y*0.011760.004420.004420Y1Y 2OG（化工單元操作及設(shè)備 P20916-54a ）N =YmYm(Y1 Y1*)1(Y 2 Y 2*) （化工單元操作及設(shè)備P212 16-26 ）(Y1Y *)lnY 2*)(Y 2m( )（0.0240.0118）（0.011

23、1 0.004421）=0.00916Yln (0.024 0.0118)(0.01110.00442)NOG (I )(0.0240.0111) =1.41m9.1610 3m ( )（0.01110.00442）（0.00240）=0.00419Yln (0.01110.00442)(0.00240).專業(yè)資料 .NOG (II )(0.01110.0024) =2.07m4.1910 33填料層高度z 計(jì)算ZZ1 十 Z2HOG（ I ） NOG（ I ） + HOG（II ） NOG（ II ） 0.0732 ×1.41 十 0.0686 0.24m取 25富余量，則完成本設(shè)

24、計(jì)任務(wù)需Dg50mm塑料鮑爾環(huán)的填料層高度 z 1 25×0.24=0.3m。十一填料層壓降計(jì)算取圖 2( 通用壓降關(guān)聯(lián)圖 ) 橫坐標(biāo)值 0.105( 前已算出 ) ；將操作氣速 u ' ( 1425m/s)代替縱坐標(biāo)中的 uF 查表，DG50mm塑料鮑爾環(huán) ( 米字筋 ) 的壓降填料因子 125 代替縱坐標(biāo)中的則縱標(biāo)值為：1.966 2 125×( 1.19 ) ×(0.895) 0.2 =0.0589.81996查圖 2(插)得P=63× 9.81=618.03Pa/m 填料全塔填料層壓降P =0.3 ×618.03=185.4Pa

25、至此，吸收塔的物科衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出。關(guān)于吸收塔的物料計(jì)算總表和塔設(shè)備計(jì)算總表此處從略。十二填料吸收塔的附屬設(shè)備1、填料支承板分為兩類：氣液逆流通過平板型支承板，板上有篩孔或柵板式 ; 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。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。3、氣體進(jìn)出口裝置和排液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 500mm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 度向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對 1.5m 以下直徑的塔，管的末端可制 成下彎的錐形擴(kuò)大器。氣體出.專業(yè)資料 .口既要保證氣流暢通， 又要盡量除去夾帶的液沫。最簡單的裝置是除沫擋板 （折板），或填料式、絲網(wǎng)式除霧器。液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。注： (1) 本設(shè)計(jì)任務(wù)液相負(fù)荷不大，可選用排管式液體分布器；且填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。(2) 塔徑及液體負(fù)荷不大，可采用較簡單的柵板型支承板及壓板。其它塔附件及氣液出口裝置計(jì)算與選擇此處從略。.專業(yè)資料 .十三課程設(shè)計(jì)總結(jié)1 、通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對從填料塔設(shè)計(jì)方案到填料塔設(shè)計(jì)的基本過程的設(shè)計(jì)方法、步驟、思路、有一定的了解與認(rèn)識。它相當(dāng)于實(shí)際填料塔設(shè)計(jì)