水吸收丙酮填料塔設(shè)計

1、PAGE PAGE 23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 TOC o 1-3 h z u

2、HYPERLINK l _Toc297240731 摘 要 PAGEREF _Toc297240731 h I HYPERLINK l _Toc297240733 水吸收丙酮填料塔設(shè)計 PAGEREF _Toc297240733 h 1 HYPERLINK l _Toc297240734 第一章 任務(wù)及操作條件 PAGEREF _Toc297240734 h 1 HYPERLINK l _Toc297240735 第二章 設(shè)計方案的確定 PAGEREF _Toc297240735 h 2 HYPERLINK l _Toc297240736 2.1 設(shè)計方案的內(nèi)容 PAGEREF _Toc297

3、240736 h 2 HYPERLINK l _Toc297240737 2.1.1 流程方案的確定 PAGEREF _Toc297240737 h 2 HYPERLINK l _Toc297240738 2.1.2 設(shè)備方案的確定 PAGEREF _Toc297240738 h 2 HYPERLINK l _Toc297240739 2.2 流程布置 PAGEREF _Toc297240739 h 3 HYPERLINK l _Toc297240740 2.3 收劑的選擇 PAGEREF _Toc297240740 h 3 HYPERLINK l _Toc297240741 2.4 操作溫度

4、和壓力的確定 PAGEREF _Toc297240741 h 3 HYPERLINK l _Toc297240742 第三章 填料的選擇 PAGEREF _Toc297240742 h 4 HYPERLINK l _Toc297240743 3.1填料的種類和類型 PAGEREF _Toc297240743 h 4 HYPERLINK l _Toc297240744 3.1.1 顆粒填料 PAGEREF _Toc297240744 h 4 HYPERLINK l _Toc297240745 3.1.2 規(guī)整填料 PAGEREF _Toc297240745 h 4 HYPERLINK l _To

5、c297240746 3.2 填料類型的選擇 PAGEREF _Toc297240746 h 4 HYPERLINK l _Toc297240747 3.3填料規(guī)格的選擇 PAGEREF _Toc297240747 h 5 HYPERLINK l _Toc297240748 3.4填料材質(zhì)的選擇 PAGEREF _Toc297240748 h 5 HYPERLINK l _Toc297240749 第四章 工藝計算 PAGEREF _Toc297240749 h 6 HYPERLINK l _Toc297240750 4.1 物料計算 PAGEREF _Toc297240750 h 6 HYP

6、ERLINK l _Toc297240751 4.1.1 進塔混合氣中各組分的量 PAGEREF _Toc297240751 h 6 HYPERLINK l _Toc297240752 4.1.2 混合氣進出塔的摩爾組成 PAGEREF _Toc297240752 h 6 HYPERLINK l _Toc297240753 4.1.3 混合氣進出塔摩爾比組成 PAGEREF _Toc297240753 h 7 HYPERLINK l _Toc297240754 4.1.4 出塔混合氣量 PAGEREF _Toc297240754 h 7 HYPERLINK l _Toc297240755 4.

7、2氣液平衡關(guān)系 PAGEREF _Toc297240755 h 7 HYPERLINK l _Toc297240756 4.3 吸收劑(水)的用量 PAGEREF _Toc297240756 h 7 HYPERLINK l _Toc297240757 4.4 塔底吸收液濃度 PAGEREF _Toc297240757 h 8 HYPERLINK l _Toc297240758 4.5 操作線 PAGEREF _Toc297240758 h 8 HYPERLINK l _Toc297240759 4.6 塔徑計算 PAGEREF _Toc297240759 h 8 HYPERLINK l _To

8、c297240760 4.6.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法計算泛點氣速 PAGEREF _Toc297240760 h 8 HYPERLINK l _Toc297240761 4.6.2 操作氣速的確定 PAGEREF _Toc297240761 h 9 HYPERLINK l _Toc297240762 4.6.3 塔徑的計算 PAGEREF _Toc297240762 h 9 HYPERLINK l _Toc297240763 4.6.4 核算操作氣速 PAGEREF _Toc297240763 h 10 HYPERLINK l _Toc297240764 4.6.5 核算徑比 PAGE

9、REF _Toc297240764 h 10 HYPERLINK l _Toc297240765 4.6.6 噴淋密度校核 PAGEREF _Toc297240765 h 10 HYPERLINK l _Toc297240766 4.6.7 單位填料程壓降（）的校核 PAGEREF _Toc297240766 h 10 HYPERLINK l _Toc297240767 4.7 填料層高度的確定 PAGEREF _Toc297240767 h 11 HYPERLINK l _Toc297240768 4.7.1 傳質(zhì)單元高度計算 PAGEREF _Toc297240768 h 11 HYPER

10、LINK l _Toc297240769 4.7.2 計算 PAGEREF _Toc297240769 h 13 HYPERLINK l _Toc297240770 4.7.3 計算 PAGEREF _Toc297240770 h 13 HYPERLINK l _Toc297240771 4.7.4 傳質(zhì)單元數(shù)計算 PAGEREF _Toc297240771 h 13 HYPERLINK l _Toc297240772 4.7.5 填料層高度z的計算 PAGEREF _Toc297240772 h 14 HYPERLINK l _Toc297240773 4.7.6填料塔附屬高度的計算 PAG

11、EREF _Toc297240773 h 14 HYPERLINK l _Toc297240774 第五章 填料吸收塔的附屬設(shè)備 PAGEREF _Toc297240774 h 15 HYPERLINK l _Toc297240775 5.1 填料支承板 PAGEREF _Toc297240775 h 15 HYPERLINK l _Toc297240776 5.2 填料壓板和床層限制板 PAGEREF _Toc297240776 h 15 HYPERLINK l _Toc297240777 5.3 氣體進出口裝置和排液裝置 PAGEREF _Toc297240777 h 15 HYPERLI

12、NK l _Toc297240778 5.4分布點密度及布液孔數(shù)的計算 PAGEREF _Toc297240778 h 15 HYPERLINK l _Toc297240779 5.5塔底液體保持管高度的計算 PAGEREF _Toc297240779 h 16 HYPERLINK l _Toc297240780 第六章 輔助設(shè)備的選型 PAGEREF _Toc297240780 h 18 HYPERLINK l _Toc297240781 6.1管徑的計算 PAGEREF _Toc297240781 h 18 HYPERLINK l _Toc297240782 參考文獻 PAGEREF _T

13、oc297240782 h 19 HYPERLINK l _Toc297240783 附錄 PAGEREF _Toc297240783 h 20 HYPERLINK l _Toc297240784 附表 PAGEREF _Toc297240784 h 21 HYPERLINK l _Toc297240785 致謝 PAGEREF _Toc297240785 h 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：進塔混合氣含丙酮 1.82(體積分?jǐn)?shù))；相對濕度:70；溫度:35；進塔吸收劑(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

14、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。2.1.2 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

15、氣體和液體進出吸收塔的流向安排。本設(shè)計采用的是逆流操作，即氣相自塔底進入由塔頂排出，液相流向與之相反，自塔頂進入由塔底排出。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

16、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

17、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，利用率有了很大提高階梯環(huán)填料 對鮑爾環(huán)的改進，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)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)

18、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、76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。

19、 (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

20、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 混合氣進出塔的摩爾組成 4.1.3 混合氣進出塔摩爾比組成若將空氣與水蒸氣視為惰氣，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，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

21、)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)，101.3kPa，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

22、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 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 11