化工原理课程设计-处理量3600m3h水吸收丙酮填料塔设计（全套图纸）.doc

处理量3600 m3/h水吸收丙酮填料塔设计 水吸收丙酮填料塔的设计任务书（一） 设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除空气中的丙酮蒸汽。混合气体处理量为3600 m3/h。进口混合气中含丙酮蒸汽 5% （体积百分数）；混合气进料温度为35。采用清水进行吸收。要求：丙酮的回收率达到96%。全套图纸加153893706（二） 操作条件（1）操作压力：常压（2）操作温度：25（3）吸收剂用量为最小用量的倍数（三） 填料类型填料类型与规格见设计书。（四） 设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）吸收塔的物料衡算； （3）吸收塔的工艺尺寸计算； （4）填料层压降的计算； （5）液体分布器简要设计； （6）绘制液体分布器施工图（7）吸收塔接管尺寸计算； （8）设计参数一览表；（9）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）； （10）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）； （11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。 目录1设计方案简介11.1设计方案的确定11.2填料的选择12工艺计算12.1 基础物性数据12.1.1 液相物性的数据12.1.2气相物性的数据22.1.3气液相平衡数据22.1.4 物料衡算22.2 填料塔的工艺尺寸的计算32.2.1 塔径的计算32.2.2 填料层高度计算52.2.3 填料层压降计算72.2.4 液体分布器简要设计73.设备的计算及选型93.1 填料支承设备93.2填料压紧装置93.3液体收集再分布装置93.4气体和液体的进出口装置94.设计参数一览表115.设计评述126.参考文献127.主要符号说明.13水吸收丙酮填料塔的设计1设计方案简介1.1设计方案的确定用水吸收丙酮属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，选用逆流吸收流程，此过程吸收剂利用率也较高。因用水作为吸收剂，且丙酮不作为产品，故采用纯溶剂。1.2填料的选择水吸收丙酮的过程，操作温度及操作压力较低，考虑到耐有机溶剂的腐蚀和价廉，所以工业上选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。阶梯环是在鲍尔环的基础上改善而得到的一种高效填料。其高径比为1：2，底端为喇叭口形，环内有筋。这种填料由于高径比较小，使气体路径缩短，流动阻力大大减小，填料底端的喇叭口使得填料间以点接触为主，有利于液膜表面不断更新。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。2工艺计算2.1 基础物性数据2.1.1液相物性的数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，25时水的有关物性数据如下：密度为 L=997.1 kg/m3粘度为 L=0.0008937 Pas=3.2173kg/(mh)表面张力为L=71.97 dyn/cm=932731 kg/h2丙酮在水中的扩散系数为 DL=1.32710-9m2/s=4.77610-6m2/h(依 D=计算，查杨祖荣.化工原理(第二版).北京：化学工业出版社，2009)2.1.2气相物性的数据进塔混合气体温度为35 混合气体的平均摩尔质量为 MVm=yiMi=0.0558.08+0.9429=30.16g/mol混合气体的平均密度为混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得35空气的粘度为 V=1.88 10-5Pas=0.068kg/(mh)查手册得丙酮在空气中的扩散系数为（依计算，其中293K时，100kPa时丙酮在空气中扩散系数为1，查杨祖荣.化工原理(第二版).北京：化学工业出版社，2009)2.1.3气液相平衡数据 当x0.01,t=1545时，丙酮-水体系的亨利系数可用式：计算E=211.5kPa相平衡常数为m=E/P=211.5/101.3=2.09溶解度系数为2.1.4 物料衡算进塔气相摩尔比为 出塔气相摩尔比为 进塔惰性气相流量为 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 取操作液气比为 2.2 填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1 塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相质量流量为 kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 kg/hEckert通用关联图的横坐标为 图一 填料塔泛点和压降的通用关联图（引自化工原理教材）查图一得 查表 取 由 圆整塔径，取D=0.8m泛点率校核： （在允许范围内） 填料规格校核： 液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为 查表 经以上校核可知，填料塔直径选用D=800mm合理。2.2.2 填料层高度计算 脱吸因数为 气相总传质单元数为 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： 查表 液体质量通量为 气膜吸收系数由下式计算： 气体质量通量为 液膜吸收系数由下式计算：由 ，查表 则 1/h 由 得 1/h则 由 由 设计取填料层高度为 查表，对于阶梯环填料，。取，则 计算得填料层高度为6300mm6400mm,故不需分段2.2.3 填料层压降计算 采用Eckert通用关联图计算填料层压降。横坐标为 查表 纵坐标为 查图一得 填料层压降为 2.2.4 液体分布器简要设计2.2.4.1液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。它具有较大的操作弹性和极好的抗污堵性，特别适合于大气液负荷及含有固体悬浮物、粘度大的液体的分离场合，应用范围非常广泛。2.2.4.2布点密度计算Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径,mm分布点密度,点/ m2塔截面D=400330D=750170D120042 按Eckert建议值，D=800，喷淋点密度在42-170点/m2 之间 ，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为150点/m2。布液点数为n=0.785 0.82 150=75.36点76点 按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽度为80 mm，槽高度为210mm ，两槽中心矩为140mm。分布点采用三角形排列，实际设计布点数为 n=112点。布液点示意图如图二所示。 图二 槽式液体分布器二级槽的布液点示意图2.2.4.3布液计算由取则设计取d0=4.3mm。3.设备的计算及选型 3.1 填料支承设备 填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是：有足够的机械强度;支承板的自由载面积不应小于填料层的自由截面积，以免气液在通过支承板时流动阻力过大，在支承板首先发生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。常用填料支承板有栅板型，孔管型，驼峰型等，对于本设计的散装填料类型，选用孔管型支承装置。3.2填料压紧装置 为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。对于本设计的散装填料类型，选用压紧网板。3.3液体收集再分布装置 由于液体从塔顶流下时有向壁流动的趋势（称为壁流效应），并造成填料层内传质面积减少，影响传质。因此，设置液体收集及再分布器来改善因壁流效应造成的液体在填料层内不均匀分布。由于槽盘式液体分布器兼有集液和分液的功能。故本设计采用槽盘式液体分布器。3.4气体和液体的进出口装置由上设计已经知道塔高为6.3m，塔径0.8m，进气量为3600m3/h。以下计算吸收塔的连接尺寸。3.4.1气体进出口装置查低压气体的流速范围，知道，工业上常压气体进出口管气速可取1020m/s；液体进出口速度可取0.81.5 m/s，设计取气体流速为15 m/s，取液体流速为1.5 m/s由 选用气体流速为15m/s，则：圆整之后，气体进出口管径为d=280mm。3.4.2液体进出口装置水及一般液体的流速范围为，选用圆形管道，以d为管道内径选液体流速为1.5 m/s，圆整之后，液体进出口管径为d=45mm4.设计参数一览表经上述论述和计算得填料吸收塔设计一览表（见表2）计算数据计算结果单位液体密度997.043液体粘度0.8937液体表面张力932731.2kg/h2丙酮在水中的扩散系数混合气体平均摩尔质量30.2混合气体平均密度1.194混合气体粘度丙酮在空气中的扩散系数0.03924相平衡常数2.09亨利系数211.53溶解度系数0.2616进塔气相摩尔比0.0417出塔气相摩尔比0.002085进塔惰性气相流量135.3气相质量流量4298.4液相质量流量7330.7最小液气比2.0045操作液气比3.00675填料的泛点2.98气速1.573塔径0.9填料层高度5总布液孔数118点脱吸因数0.6951传质单元高度0.763传质单元数6.36填料塔的压力降1415.88泛点率0.6158填料高度63005. 设计评述本设计主要是在填料吸收塔中脱除空气中的丙酮蒸汽，通过这次的课程设计，让我们学生接触了工业生产的一点小环节即工程的简要设计，加深以及巩固化工原理课程的学习。首先要了解设计一个吸收填料塔需要计算哪些数值，怎样去查物性资料，怎样去看Eckert关联图，怎么去设计工程图。设计中所涉及的计算较多，有一些计算也相对复杂一些，容易出错，所以在计算时需特别注意，至少要计算2遍以上，且两次得到的结果都是相同的，才能够确保自己的计算结果是正确的。其次，做本次设计须对所有设计的公式都能理解运用。这次课程设计，自己收获颇多。课程设计可谓是理论联系实际的桥梁，是我们学习化工设计基础的初步尝试。通过课程设计，使我们能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，最终更加深刻的了解了工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养我们分析和解决工程实际问题的能力。但由于条件限制，本次设计无法结合到实验操作当中去改进。6.参考文献1杨祖荣,刘丽英,刘伟.化工原理(第二版).北京：化学工业出版社, 2009.2贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计.天津：天津大学出版社, 2002.3时钧、汪国鼎、余国琮、陈敏恒编著 学工程手册化化学工业出版社 1996.14匡国柱，史启才编.化工单元过程及设备课程设计北京：化学工业出版社，20017主要符号说明主要符号（表3）符号代 表 意 义符号代 表 意 义气体扩散系数单位体积