水吸收丙酮填料塔設(shè)計(jì)

1、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(duì)濕度70%溫度35c的混合氣體中用25c的吸收劑清水在填料吸收塔中吸收回收率為90%5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第二章設(shè)計(jì)

2、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Ls74.4塔底吸收液濃度X184.5操作線84.6塔徑計(jì)算84.6.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)

3、算泛點(diǎn)氣速uF84.6.2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（-2）的校核10Z4.7填料層高度的確定114.7.1傳質(zhì)單元高度HOG計(jì)算114.7.2計(jì)算KYa134.7.3計(jì)算HOG134.7.4傳質(zhì)單元數(shù)NOG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塔底液體保持管高度的計(jì)算16第六章輔助設(shè)備的選型18

4、6.1管徑的計(jì)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(jì)第一章任務(wù)及操作條件混合氣（空氣、丙酮蒸汽）處理量：2200m3/h進(jìn)塔混合氣含丙酮1.82%（體積分?jǐn)?shù)）；相對(duì)濕度：70%;溫度:35C；進(jìn)塔吸收劑（清水）的溫度25C；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)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。2.1.2設(shè)備方案的確定

5、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。尾氣竣沖器風(fēng)機(jī)存圖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)采用的是逆溫科填料液體再分布器塔頂聯(lián)律4XF排入地溝塔底取樣前流操作，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。2

6、.3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

7、。2.4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25C(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(duì)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)，是工業(yè)

8、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，具優(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)(氐的填料。(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(dòng)能因子的填料。(3)填料層壓降壓降越小，動(dòng)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DN16、DN25、DN38、DN5

9、0、DN76等幾種規(guī)格。一般推薦：D300時(shí)，選25mm的填料；300mmD900mm時(shí)，選2538mm的填料；D900mm時(shí)，選用5070mm的填料，但一般大塔中常用50mm的填料。(2)規(guī)整填料從分離要求、 通量要求、 場(chǎng)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(duì)低腐蝕無腐蝕物系優(yōu)先考慮，不銹鋼耐Cl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

10、烯)材質(zhì)。塑料耐腐蝕性、耐低熱性好，但具有冷脆性，表面潤(rùn)濕性較差。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。4.1 物料計(jì)算4.1.1進(jìn)塔混合氣中各組分的量混合氣中丙酮量n=87.050.0182=1.58kmol/hm=1.5858=91.64(kg/h)查化工原理附錄，35c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：=0.0404kmol(水汽)/kmol(空氣+丙酮）混合氣中水蒸氣的含量=87.050.0

11、4043.38kmol/h10.0404m=3.3818=60.84kg/h混合氣中空氣量n=87.051.58-3.38=82.09kmol/hm=82.0929=2474.24(kg/h)4.1.2混合氣進(jìn)出塔的摩爾組成VI0.01821.58(10.9)V287.053.381.58(10.9)第四章工藝計(jì)算近似取塔平均操作壓強(qiáng)為101.3kPa,故:混合氣量n=2200舟5短87.05kmol/h5623.40.7101.31030.75623.40.00174*XIY0.0175m2.0880.00838X200.01750.001751.8795min0.0083804.1.3混合

12、氣進(jìn)出塔摩爾比組成若將空氣與水蒸氣視為惰氣，則惰氣量n=87.053.38=90.43kmol/hm=2380.682.09=2462.69kg/hY158-0.0175kmol丙酮/kmol惰氣Y21.58(10.9)0.00175kmol內(nèi)90.4390.43酮/kmol惰氣4.1.4出塔混合氣量出塔混合氣量n90.431.5810.9)90.59kmol/hm2462.6991.642554.33kg/h4.2氣液平衡關(guān)系當(dāng)x0.1,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=25c時(shí)E=211.54kPaE211.54m

13、-P101.3該系統(tǒng)的相平衡關(guān)系可以表示為y*=mX2.088X4.3 吸收劑水）的用量Ls最小吸收劑用量-丫丫2VminXIX22.088H=EMs996.7211.5418=0.262Lmin1.879590.43169.96kmol/h一般，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,WJL=1.5Lmin=1.5169.96254.94kmol/h=4588.9kg/h4.4塔底吸收液濃度XI依物料衡算式:V(YIY2)L(XIX2)4.5操作線依操作線方程式：LL254.94YXY2X2X0.00175VV90.43所以Y2.819X0.00175

14、4.6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Du=(0.6-0.8)uF4.6.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算泛點(diǎn)氣速UF4.6.1.1有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算XIVY1VY2LX2L90.430.017590.430.00175254.940.00558一u4吸收液流量岫=4588.9kg/h塔底混合氣流量WL=2380.691.6482.092554.33kg/h（混合氣濃度低，可近似視為空氣密度）3查化工原理附錄吸收液密度L=996.7kg/m吸收液黏度L=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

15、要性能參數(shù)有，填料因子=120m1,比表面積at=106.4m2/m34.6.1.2關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)值14671.41.14850.062072554.3996.74.6.1.3關(guān)聯(lián)圖的縱坐標(biāo)值由圖查得縱坐標(biāo)值為0.192iPu-fGL0.2=0.01369u2=0.19gL故液泛氣速uF=3.73m/s4.6.2操作氣速的確定u=0.5Uf=0.63.73=1.865m/s4.6.3塔徑的計(jì)算422000.646m646mm36003.141.865取塔徑為0.7m(=700mm)進(jìn)塔混合氣密度29273=1.148kg/m22.427335WL氧4.6.4核算操作氣速u=U0021.59m/

16、s20-30鞍環(huán)D/d15鮑爾環(huán)D/d10-15階梯環(huán)D/d8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)410一117160一金屬劃、矩鞍一170150135120金屬階梯環(huán)一一160140一塑料鮑爾環(huán)55028018414092塑料階梯環(huán)一260170127一瓷矩鞍1100550200226一瓷拉西劃、1300832600410一表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四環(huán)弧鞍開孔環(huán)W值0.720.7511.19

17、1.45表5散裝填料分段高度推薦值填料類型h/DHmax/m拉四環(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(duì)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(shí)。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(duì)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