水吸收丙酮填料塔設(shè)計(jì)13599

1、摘 要 空氣-丙酮混合氣填料吸收塔設(shè)計(jì)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(jì)主要包括設(shè)計(jì)方案的確定、填料選擇、工藝計(jì)算等內(nèi)容，其中整個(gè)工藝計(jì)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(jì)算、填料層高度計(jì)算、附屬裝置的選型以及管路及輔助設(shè)備的計(jì)算，在設(shè)計(jì)計(jì)算中采用物料衡算、亨利定律以及一些經(jīng)驗(yàn)公式，該設(shè)計(jì)的成果有設(shè)計(jì)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(jì)1第一章 任務(wù)及操作條件1第二

2、章 設(shè)計(jì)方案的確定22.1 設(shè)計(jì)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(jì)算64.1 物料計(jì)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(jì)算8

3、4.6.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)氣速84.6.2 操作氣速的確定94.6.3 塔徑的計(jì)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(jì)算114.7.2 計(jì)算134.7.3 計(jì)算134.7.4 傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算134.7.5 填料層高度z的計(jì)算144.7.6填料塔附屬高度的計(jì)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(diǎn)密度及布液孔數(shù)的計(jì)算155.5塔底液體保持管

4、高度的計(jì)算16第六章 輔助設(shè)備的選型186.1管徑的計(jì)算18參考文獻(xiàn)19附錄20附表21致謝2424水吸收丙酮填料塔設(shè)計(jì)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(qiáng)：常壓操作。第二章 設(shè)計(jì)方案的確定2.1 設(shè)計(jì)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(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)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收及利用率高

5、。2.1.2 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(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

6、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(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。2.4 操作溫度和壓

7、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(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。 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(jī)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(diǎn)，是工

8、業(yè)應(yīng)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(diǎn)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(jià)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(diǎn)或氣相動能因子的填料。(3)填料層壓降 壓降越小，動力耗費(fèi)越少，操作費(fèi)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

9、、76等幾種規(guī)格。一般推薦： 300時(shí)，選25的填料；時(shí)，選2538的填料; 時(shí)，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(fèi)用等方面綜合考慮，既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟(jì)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(qiáng)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(jià)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。

10、一般講，操作溫度較高但無顯著腐蝕性時(shí)，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(jì)操作溫度較低且無腐蝕性，壓強(qiáng)采用常壓，所以選用塑料填料。第四章 工藝計(jì)算4.1 物料計(jì)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(qiáng)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(qiáng)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

11、，則惰氣量 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(shí)，丙酮溶于水其亨利常數(shù)E可用下式計(jì)算： 1gE9.171一2040(t十273) 液相溫度 t = 25時(shí) 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(yàn)，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(jì)算塔底氣液負(fù)荷大，依塔底條件(混合氣35)，

12、101.3kPa，吸收液25計(jì)算 u =（0.60.8）4.6.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)氣速4.6.1.1 有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)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

13、.5 4.6.3 塔徑的計(jì)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(diǎn)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

14、鞍開孔環(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(jì)經(jīng)過兩周的時(shí)間得以完成。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)工作的模擬。在課程設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jì)填料塔的基本順序，最后定案。設(shè)計(jì)方案確定后，又在老師指導(dǎo)下進(jìn)行擴(kuò)初詳細(xì)設(shè)計(jì)，并計(jì)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(jì)。 此次課程設(shè)計(jì)基本能按照設(shè)計(jì)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(jì)基本滿足使用要求，但是在設(shè)計(jì)指導(dǎo)過