空气丙酮混合气填料吸收塔方案

1、第一章概述1.1吸收塔的概述气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是 利用混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的 单元操作。实际生产中，吸收过程所用的吸收剂常需回收利用。故一般来说，完整的 吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在设计上应将两部分综合考虑，才能得到 较为理想的设计结果。作为吸收过程的工艺设计，其一般性问题是在给定混合 气体处理量、混合气体组成、温度、压力以及分离要求的条件下，完成以下工 作：(1) 根据给定的分离任务，确定吸收方案；(2) 根据流程进行过程的物料和热量衡算，确定工艺参数；(3) 依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设

2、备设计；(4) 绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图；(5) 编写工艺设计说明书。1.2吸收设备的发展吸收操作主要在填料塔和板式塔中进行，尤以填料塔的应用较为广泛。塔填料的研究与应用已取得长足的发展：鲍尔环、阶梯环、金属环矩鞍等 的出现标志散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的突破；规整填 料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下倍受重视，已成为塔填料的重 要品种。填料塔仍处于发展之中，今后的研究方向主要是提高传质效率，同时考虑 填料的强度、操作性能及使用上的通用因素并综合环型、鞍型及规整填料的优 点开发构型优越、堆积接触方式合理、流体在整个床层均匀分布的新型填料。 目前看来，填料的

3、材质以陶瓷、金属、塑料为主，为满足化工生产温度和耐腐 蚀要求，已开发了氟塑料制成的填料。填料塔的发展，与塔填料的开发研究是分不开的。除了提高原有填料的流 体力学与传质性能外，还开发了效率高、放大效应小的新型填料。加上塔填料 本身具有压降小、持液量小、耐腐蚀、操作稳定、弹性大等优点，使填料塔开 发研究达到了新的台阶。1.3吸收过程在工业生产上应用化工生产中吸收操作广泛应用于混合气体的分离：(1) 净化或精制气体，混合气体中去除杂质。如用&CO水溶液脱除合成气中的CQ,丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等。(2) 制取某种气体的液态产品。如用水吸收氯化氢气体制取盐酸。(3) 混合气体以回收所需组分。如用汽

4、油处理焦炉气以回收其中的芳 烃。 工业废气处理。工业生产中所排放的废气中常含有丙酮，NQNO, HF等有害组分，组成一般很低，但若直接排入大气，则对人体和自然 环境危害都很大。因此排放之前必须加以处理，选用碱性吸收剂吸收这些 有害的气体是环保工程中最长采用的方法之一。第2章设计方案2.1设计任务处理量为2100 ,匕空气-丙酮混合气填料吸收塔设计2.2操作条件 混合气（空气、丙酮蒸汽 处理量：2100。 进塔混合气含丙酮1.82 %（体积分数；相对湿度:70 %;温度：35 C； 进塔吸收剂（清水的温度25C； 丙酮回收率：90%; 操作压强：常压。2.3吸收塔设备的选择对于吸收过程，一般具有

5、操作液气比大的特点，因而更适应于填料塔。此 外，填料塔阻力小、效率高、有利于过程节能。所以对于吸收过程来说，以采 用吸收塔的多。本设计中丙酮气体在水中的溶解度比较大，吸收效率高，设计题目也要求 采用填料塔，所以本设计选用填料塔作为气液传质设。2.4吸收塔填料的选择1）填料种类的选择填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面。 传质效率 即分离效率，它有两种表示方法：一是以理论级进行计算的表示方法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即HETP值；另一是以传质速率进行计算的表示方法，以每个传质单兀相当的填料层高度表示，即HTU值。在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即HETP或

6、HTU值低的填料。对于常用的工业填料，其 HETP或HTU值可由有关手册或文献中查到，也可以 通过一些经验公式来估算。 通量 在相同的液体负荷下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈 大，则通量愈大，它的处理能力也愈大。因此，在选择填料种类时，在保证具 有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。 对于大多数常用填料，其泛点气速或气相动能因子可在有关手册或文献中查 到，也可由一些经验式来估算。 填料层的压降 填料层的压降是填料的主要应用性能，压降越低，动力 消耗越低，操作费用越小。选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要。比较填料层的压降尤两种方法：一是比较填料层单位高

7、度的压降一；另一是比较填料层单位传质效率的比压降。填料层的压降可用经验公式计算，亦可从有关图标中查出。 填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作弹性，抗污堵性及抗热敏 性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气液负荷发生波动时维持 操作稳定。 20 25鞍环D/d 15鲍尔环D/d 10 15阶梯环D/d 8环矩鞍D/d 8很多，国内习惯用比表面积表示，主要有 125, 150, 250, 350, 500, 700等几 种规格，同种类型的规整填料，其表面积越大，传质效率越高，但阻力增加， 通量减小，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求，通量要求，场地条 件，物料性质及设备投资，操作费

8、用等方面综合考虑，使所选填料既能满足工 艺要求，又具有经济合理性。应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同 种类型，不通规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的 填料，有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。一的原则来选 择填料的规格。填料材质的分类设计时应灵活掌握，根据技术经济统工业上，填料的材 质分为陶瓷，金属和塑料三大类。a）陶瓷填料 陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，一般能耐除氢氟酸 以外的各种无机酸，有机酸的腐蚀，对强碱介质，可以选用耐碱配方制造的耐 碱陶瓷填料。陶瓷填料因其质脆，易碎，不易在高冲击强度下使用，陶瓷填料 价格便宜，具

9、有很好的表面润湿性能，工业上，主要用于气体吸收，气体洗涤，液体萃取等过程。b）金属填料 金属填料可用多种材质制成，金属材质的选择主要根据物系 的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。炭钢填料造价低，且具有良好的 表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐 蚀性强，一般能耐除 丄以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，钛材，特种合 金钢材质制成的填料造价极高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。金属 填料可制成薄壁结构0.21.0mm，与同种类型，同种规格的陶瓷，塑料填料 相比，它的通量大，气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温，高压，高冲击强度下使用，工业应用主要以金

10、属填料为主。c） 塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯 VPP，聚乙烯VPE及聚氯 乙稀PVC等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能好，可耐 一般的无机酸，碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100C以下使 用，聚丙烯填料在低温 低于0C）时具有冷脆性，在低于 0C的条件下使用 要慎重，可选用耐低温性能好的聚氯乙稀填料。塑料填料具有质轻，价廉，耐 冲击，不易破碎等优点，多用于吸收，解吸，萃取，除尘等装置中。塑料填料 的缺点是表面润湿性能差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，以 提高表面润湿性能。根据以上选择，考虑到以下方面1）选择填料材质 选择填料材质应根据吸收系统

11、的介质和操作温度而 定，一般情况下，可选用塑料，金属，陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相 应的抗腐蚀性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不锈钢等，对于温度较高的 情况，应考虑材料的耐温性能。2）填料类型的选择 填料类型的选择是一个比较复杂的问题。一般来 说，同一类填料塔中，比表面积大的填料虽然具有较高的分离效率，但是由于 在同样的处理量下，所需要的塔径较大，塔体造价升高。3）填料尺寸的选择实践表明，填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。一般 来说，填料尺寸大，成本低，处理量大，但是效率低，使用大于50mm勺填料,其成本的降低往往难以抵偿

12、其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔经 常使用50mm勺填料。表2-3填料尺寸与塔径的对应关系塔径/填料尺寸/亠D 25020 25250 D 90050 80第三章设计方案的确定采用常规逆流操作，流程如下:流程说明：混合气体进入吸收塔，与水逆流接触后，得到净化气排 放；吸收丙酮后的水，经取样计算其组分的量，若其值符合国家废水排 放标准，则直接排入地沟，若不符合，待处理之后再排入地沟。第四章吸收塔的工艺计算4.1基础物性数据4.1.1液相物性数据查得25C时水的对低浓度吸收过程，溶液的物性数据。由化工原理 有关数据如下：密度：|粘度：I表面张力:丙酮在水中的扩散系数:4.1.2气相物性数

13、据混合气体的平均密度混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查化工原理25 r空气粘度:查化工原理丙酮在空气中的扩散系数:凹 饱和水蒸气压强：5623.4Pa;4.1.3气液相平衡数据当x V 0.01 , t = 1545C时，丙酮溶于水其亨利常数E可用以下经验公式计算：1gE = 9.171 - 2040/（t 十 273其中 t=25 C）,解得:1gE=2.325,E=211.35kPa,亨利系数H与相平衡常数m之间的关系：E解得：m=2.0861 当溶质在液相中的浓度较低时vxv0.05),亨利系数E和溶解度系数H间的关系可表示：一. 1/2二上（| 1/2 =0.063由Eckert泛点

14、系数和压降通用关联图查得纵坐标值为0.172因为丙酮在水中的溶解度很小，故可以 p水p液，= p 水/ p液=1查化工原理得，亠J 的聚丙烯鲍尔环，其填料因子I比表面积n2. 操作气速空塔气速由下面经验公式确定：3. 塔径由_;圆整塔径，取；4. 泛点率校核1 sc 1XT |在允许范围内）5.核算径比;满足鲍尔环的径比要求。6. 喷淋密度的校核对直径不超过 75mm的拉西环及其它填料，取最小润湿速率(L wmin为0.08m/ (m - h,故最小喷淋密度与最小润湿速率的关系为：回=(Lwminat则有：32三 =(Lwmin a t = 0.08 x 100= 8 m/(m hm/( m2

15、 .h 131故满足最小喷淋密度要求。4.3.2填料层高度计算21.有效面积 润湿面积)aw12.液相传质系数3.气相传质系数匚气体质量通量:查化工原理课程设计得因为I，需要按下式校正，即4. 吸收阻力5. 传质单元高度创6. 传质单元数一0.0185-2.086 X 0.0055=0.00703=0.00182填料类型h/D凶拉西环2.5 4m鞍环58 6m鲍尔环510 6m阶梯环815 6m环矩鞍815 6m纵坐标:7. 填料层高度ZZ=E =0.73 X 4.33=3.16 m圆整Z=4 m表6散装填料分段高度推荐值对于鲍尔环填料， 。因为46,故不需分段。4.4填料层压降的计算采用埃克

16、特通用关联图计算填料层压降：横坐标：| ，查化工原理课程设计得：查埃克特通用关联图得:填料层压降为：至此，吸收塔的物料衡算、塔径、填料层高度和填料层压降均已算出5.1分布点密度计算D=600时取喷淋点密度为223,布液点数为63则莲蓬头分3圈，布液点直径为10mm间距为15mm5.2填料塔附属高度的计算一个完整的吸收塔，除了填料高度外，还有其他附属高度，因此塔高的计 算还包括塔附属高度的计算塔填料层上部的高度：可取塔底空间咼度取1m。塔的附属总高为：所以塔的总高:5.3填料支撑板填料支撑装置对保证填料塔的操作性能具有巨大的作用，对填料支撑装置 的基本要求是：有足够的强度以支撑填料的重量；提供足

17、够大的自由截面，尽 量减小8两相的流体阻力；有利于液体分布；乃腐蚀性能好，便于各种材料制 造，以及安装拆卸方便。评价填料支撑装置的性能优劣，主要根据它能否在支 撑板与填料的接触压力，提供足够大的自由截面。常用的填料支撑装置有栅板型，孔管型，驼峰型等，对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型等。当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时，塔内填料将发生浮动或相互撞击，破坏塔的正常操作甚至损坏填料，为此，一般在填料层顶部设压板或床层 限制板。设计中，为防止填料支撑装置处压降过大甚至发生液泛 ，要求填料支撑装置 的自由截面积应大于75%本设计依据塔径选用栅板型支撑板。o图4-2栅板式填料支承装置示意图5.4填料

18、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跳动，需在填料层上方设置 填料压紧装置填料压紧装置有压紧栅板，压紧网板，金属压紧器等不同类型对 于散装填料，可选用压紧网板，液可选用压紧栅板，在其下方，根据填料的规格敷 设一层金属网，并将其与压紧栅板固定。对于规整填料，通常选用压紧栅板.设计 中,为防止在填料压紧装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料压紧装置的自由截面积应大于70%.本设计中填料塔在填料装填后于其上方安装填料压紧栅板。5.5液体除雾器除沫装置安装在液体再分布器上方，用以除去出气口气流中的液滴。由于 二氧化硫溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率， 采用除沫装置

19、，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。DN图4-3 DN300-600上装式丝网除沫器标记：HG/T21618 丝网除沫器 S500-100 SP NS-80/316表4-2 DN500上装式丝网除沫器mm公称直径 主要外形尺寸重量kg)DNhHD丝网格栅及定距杆支承件5001002105002.812.890.195.6筒体和封头的设计(mm(m(m(kg6000.2831.88460曲面咼度h1(mm直边高度H2(mm厚度S(mm重量G(kg60016025412.45.7手孔的设计标准化手孔的公称直径有DN150 DN250两种。选用 手孔 A PN0.6,DN150,J

20、B589-79-25.8法兰的设计1)管法兰的选择选用标准：HG20593-97板式平焊钢制管法兰 欧洲体系)A1图4-6板式平焊钢制法兰PL)表4-6 PN0.6MPav6.0bar)板式平焊钢制管法兰mm )管子直径法兰内径螺栓孔中心圆公称直径螺栓孔直螺栓孔法兰外法 兰厚法兰理论I /mm I /mm 直径/mm /mm 径-/mm 数量n径/mm度 /mm重量kg液体进出3233752511410014口气体进出219222295200228340249.24口标记:液体进出口：HG 20593 法兰 PL25-0.6 FF Q235-A气体进出口：HG 20593 法兰 PL200-0.6 FF Q235-A2)容器法兰的选择选用标准：JB/T4701-2000甲型平焊法兰标记：