化工原理__丙酮谁混合物吸收塔课程设计

1、内蒙古师范大学化工原理课程设计说明书设计题目 年产1.5×107m3丙酮吸收塔的设计 学生姓名 柳思 指导老师 杨春明 学 院 化学化工学院 专业班级 化工08级4班 完成时间 2010年10月 化工原理课程设计成绩评定栏评定基元评审要素评审内涵满 分指导教师实评分评阅教师实评分设计说明书，40%格式规范设计说明书是否符合规定的格式要求5内容完整设计说明书是否包含所有规定的内容5设计方案方案是否合理及符合选定题目的要求10工艺计算过 程工艺计算过程是否正确、完整和规范20设计图纸，40%图纸规范图纸是否符合规范5标注清晰标注是否清晰明了5与设计吻合图纸是否与设计计算的结果完全一致10

2、图纸质量设计图纸的整体质量的全面评价20平时成绩，10%上课出勤上课出勤考核5制图出勤制图出勤考核5答辩成绩，10%内容表述答辩表述是否清楚5回答问题回答问题是否正确5100综合成绩 成绩等级 指导教师 评阅教师 答辩小组负责人(签 名) (签 名) (签 名)年 月 日 年 月 日 年 月 日说明: 评定成绩分为优秀(90-100)，良好(80-89)，中等(70-79)，及格（60-69）和不及格(<60)。目 录1 前言43 设计条件及设计方案说明53.3 设计方案补充说明7 4.1液相物性数据85 物料衡算87 附属设备的设计177.1 液体分布器简要设计177.3塔附属高度的计

3、算198 其他附属设备的选型及计算198.1 其他附属设备的选型198.2填料塔接管尺寸计算199 计算结果总表2010 参考文献2011 后记2112 附录22附录2241 前言填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，已有百余年的历史，也是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。吸收塔设备一般可分为级式接触和微分接触两类。一般级式接触采用气相分散，设计采用理论板数及板效率；而微分接触设备常采用液相分散，设计采用传质单元高度及传质单元数,本设计采用后者1 。 在化学工业及同类工业中，分离工作不断趋于采用规整和散装填料塔，这始于1973年的经济危机，以及之后要求通过过程的优化设计和操

4、作来节约燃料。另一个因素是生态立法越来越严格，从而促进了填料塔在工业中获得广泛的应用。因为他们可在更为适度的条件下操作，所以满足节能和环保的需求时，因此填料塔胜过板式塔。与板式塔相比，新型的填料塔有以下的优点(1)生产能力大，在需要大量理论技术的分离过程中能耗小，可以更容易满足经济的应用热泵的要求; （2）分离效率高；（3）压降小；（4）操作弹性大；（5）持液量小。填料塔2的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不

5、设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。其中填料是填料塔的主要构建，塔的特性主要由他决定。工业上采用的填料形式分为散装填料，规整填料和格栅填料。工业上要求填料的传质分离效率高，压降小，气液相通量大。填料流体力学和传质性能的最基本特性为比表面积和孔隙率，以及干填料因子。为了使填料塔的设计获得满足分离要求的最佳设计参数(如理论板数、热负荷等)和最优操作工况(

6、如进料位置!回流比等),准确地计算出全塔各处的组分浓度分布(尤其是腐蚀性组分)、温度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分离技术。而且,20世纪80年代以来,以高效填料及塔内件为主要技术代表的新型填料塔成套分离工程技术在国内受到普遍重视。由于其具有高效、低阻、大通量等优点,广泛应用于化工、石化、炼油及其它工业部门的各类物系分离。2 设计任务 (1) 原料气组成: 丙酮空气双组分混合气体 丙酮含量 8%（体积%） (2) 处理量: 1.5107 m 3 /a（标准体积流量），年开工7200小时。(3) 操作条件: 连续常压操作 (t=20 )(4) 尾气要求: 出塔气体中丙酮含量不大于原料

7、气中丙酮含量的1%. (5) 吸收剂： 清 水 (6) 填料：陶瓷拉西环3 设计条件及设计方案说明3.1吸收剂的选择对填料吸收塔，其吸收装置的流程主要有逆流操作、并流操作、吸收剂部分再循环操作、多塔串联操作和串联-并联混合操作。逆流操作由于其传质平均推动力大，传质速率快，分高效率高，吸收剂利用率高的特点在工业生产中得到广泛应用。吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几方面。溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的需用量。 选择性 吸收剂对溶质组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中

8、的其他组分不吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离。 挥发度要低 操作温度下吸收剂的蒸气压要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。 粘度 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。 其他 所选用的吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。 一般说来，任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用时应针对具体情况和主要矛盾，既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性。用水吸收丙酮属易溶解的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程，因用水作为吸收剂，且丙酮不作为产品，故采用纯溶剂。3.2 填料的选择塔填料

9、(简称为填料)是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。工业生产对填料的基本要求如下：（1）传质分离效率高填料的比表面积a大，及单位体积填料具有表面积要大，因为它是汽液两相接触传质的基础。填料表面的安排合理，以防止填料表面的叠合和出现干区，同时有利于汽液两相在填料层中的均匀流动并能促进汽液两相的湍动和表面更新，从而使填料表面真正用于

10、传质的有效面积增大，总体平均的传质系数和推动力增高。填料表面对于液相润湿性好，润湿性好易使液体分布成膜，增大有效比表面积。润湿性取决于填料的材质，尤其是表面状况。塑料的润湿性比较差，往往需要进行适当的表面处理，金属表面粘着的加工用油脂需经过酸洗或碱洗清除。(2)压降小，气液通量大填料的孔隙率大压降就小，通量大。一般孔隙率大，则填料的比表面积小。分离效率将变差。散装填料的尺寸大，孔隙率大，比表面积小，规整填料波纹片的峰高增大，孔隙率大，比表面积也大。如果填料的表面积安排合理，可以缓解a和的矛盾，达到最佳性能。减少流道的截面变化，可减少流体的流动阻力。具有足够的机械强度，陶瓷填料容易破碎，只有在强

11、腐蚀性场合才采用。重量轻，价格低具有适当的耐蚀性能。不被固体杂物堵塞其表面不会结垢。工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于表1。 表1 塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值填 料 种 类D/d的推荐值拉西环 D/d2030鞍环 D/d15鲍尔环 D/d1015阶梯环 D/d>8环矩鞍 D/d

12、>8对于水吸收丙酮气体的过程，操作温度及操作压力较低，故此采用拉西环DN50填料3.3 设计方案补充说明在该填料塔中，丙酮和空气混合后， 经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从 填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排出，吸收了丙酮的水由填料塔的下端流出。（如右图1所示） 图1 逆流吸收塔 4 基础物性数据 4.1液相物性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，20时水的有关物性数据如下： 密度为 粘度为 表面张力为 丙酮在水中的扩散系数为4.2气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 混合气体的平均密度为 混合气体的粘度可

13、近似取为空气的粘度，查手册得20空气的粘度为 查手册得丙酮在空气中的扩散系数为 4.3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20时丙酮在水中的亨利系数为 相平衡常数为 溶解度系数为 5 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 全塔物料衡算数据如下表2：表2 全塔物料衡算总表进 塔出 塔气相中的丙酮的量 402.85 kg/h气相中丙酮的量 3.704 kg/h惰性气体的量 2312.025 kg/h 惰性气体的量 2312.025 kg/h水中丙酮的量

14、0水中丙酮的量 399.156 kg/h水的量 4327.14 kg/h水的量 4327.14 kg/hINPUT 7042.015 kg/hOUTPUT 7042.025 kg/h 6 填料塔的工艺尺寸的计算 3-56.1塔径计算 采用图2 Eckert通用关联图计算泛点气速。 气相质量流量为 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 图2 Eckert通用关联图Eckert通用关联图的横坐标为 查图2得： 散装填料泛点填料因子平均值由下表3可得（填料规格为DN50）表3 散装填料泛点填料因子平均值填料类型填料因子,1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环金属环矩鞍306-13

15、8114 93.498 71- 36金属阶梯环-11882-塑料鲍尔环34323211412562塑料阶梯环-17611689-瓷 矩 环700215140160-瓷拉西环1050576450288-所以 取由圆整塔径，取。 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 查拉西环（DN50）的比表面积为 经以上校核可知，填料塔直径选用合理。 6.2 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4常见材质的临界表面张力值得 表4 常见材质的临界表面张力值材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡表面张力，dyn/c

16、m56617333407520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5得 表5 常见填料的形状系数填料类型球形棒形拉西环弧鞍开孔环值0.720.7511.191.45则 由， ，得 :则 由 由，得 设计取填料层高度为 查表6，表6 散装填料分段高度推荐值填料类型h/Dhmax拉西环2.54m鞍环586m鲍尔环5106m阶梯环8156m环矩鞍8156m对于拉西环填料，。 由，则 计算得填料层高度为，分2段。 6.3 填料层压降计算 采用图2计算填料层压降。 横坐标为 查表7得，表7 散装填料压降填料因子平均值填料类型填料因子,1/mDN16D

17、N25DN38DN50DN76金属鲍尔环金属环矩鞍306-138114 93.498 71- 36金属阶梯环-11882-塑料鲍尔环34323211412562塑料阶梯环-17611689-瓷 矩 环700215140160-瓷拉西环1050576450288-纵坐标为 查图2得 填料层压降为 7 附属设备的设计7.1 液体分布器简要设计（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。（2） 分布点密度计算按Eckert建议值，D=750时，喷淋点密度为 170 点/m2，因该塔液相负荷较大，当D=700时设计取喷淋点密度为210点/m2。布液点数为 点，

18、液体分布器的简要设计6如下图3： 按分布点集合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五道，在槽侧面开孔，槽宽度为70 mm，槽高度为210 mm，两槽中心距为140 mm。分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=80点。7.2 布液计算由取， 圆整取7.3塔附属高度的计算塔上部空间高度可取1.0m.液体分布器高度约为1.0m.液体再分布器所占空间高度取0.63m.考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取1.3m.若塔底液相停留时间按1min考虑，则塔釜液所占空间高度为：取h=0.19 m所以塔的附属高度为得塔总高度: 即塔总高为10.03m8 其他附属设备的选型及计算8

19、.1 其他附属设备的选型在对填料塔的附属设备选择中，依次选用丝网除沫器，床层限制板，孔管型支承装置，截锥式再分布器。8.2填料塔接管尺寸计算为防止流速过大引起管道冲蚀，磨损，震动和噪音，液体流速一般为0.53m/s ，气体流速一般为10-30m/s。由于该填料塔吸收在低浓度下进行，故气液体进出口的管径相同。丙酮与空气混合气体：由于气体流量为2083.33m3/h，取u=20m/s，所以由公式：查表（GB8163-87）管子规格表，可选取219mm×9.5mm的无缝钢管，内径为：对气体流速进行校核：对于液体进出口，取液体流速为1.0m/s，  所以由公式：查表（GB8163-

20、87）管子规格表，可选取45mm×2.5mm的无缝钢管，内径为：对液体流速进行校核：9 计算结果总表表8 计算结果总表项目数 据各段平均压强P/kPa104.06各段平均温度 tm/20塔径 D/mm700塔高 h/mm10030空塔流速/(m/s)1.82填料层压强 P/Pa2736.99气相总传质单元数NOG8.408气相传质单元高度HOG/m0.5032布液点数n/点80孔径d0 /mm 510 参考文献1 石油化学工业规划设计院。塔的工艺计算。北京：石油化工工业出版社，1997 2 王树楹。现代填料塔技术指南.中国石化出版社，1997 2 贾绍义，柴诚敬。化工原理课程设计.天

21、津大学出版社20023 柴诚敬，刘国维，李阿娜，化工原理课程设计，天津，天津科学技术，19954 潘国昌，郭庆丰.化工设备设计. 清华大学出版社19965 大连理工化工原理教研室,化工原理课程设计,大连，大连理工大学出版社, 19946 王志魁。化工原理.北京：化学工业出版社,200411 后记在经历了一个月的学习与计算，课程设计现在终于接近尾声了。回想设计过程的始末，我感觉收获很多，感触也颇深。上个学期，在赵老师的的精心辅导下，我学习了化工原理这一门课程。在课程上，赵老师为我们详细的介绍了流体输送、流体流动、机械分离、传热、传质过程导论、吸收、蒸馏、气-液传质设备，以及干燥等内容。而这些内容

22、却同样也是我们课程设计的主要内容，是我们今后进入社会必然认识与接触的操作设备。这次系统的学习，为我这次的设计奠定了坚实的基础。学期末，老师们更是不辞劳苦的带领全班同学前往岳阳氮肥厂进行见习。通过零距离的观察企业的运作过程，我不仅学到了实践知识，同时进一步加深了对理论知识的记忆与理解，使理论与实践知识都有所提高。同时也使我深刻的反省到自身在本专业学习过程缺乏宝贵的实践经验。所以尽管见习只有短短的三天，但是却让我真正的衡量了一下自己的份量，对比实践与理论的联系与差距，让我看到在学校看不到的东西，让我感受到在学校感受不到的地方，让我渴望的种子埋得更加的坚定。见习对于我是一个缓冲，亦是一件幸事。但是要

23、真正的领悟到化工操作过程所遇到的问题和锻炼自己的动手与思考的能力，单靠系统的学习与纯粹的见习是远远不够的。这次的课程设计给了我锻炼的平台。我无比的珍惜这次来之不易的机会，力求将设计做到最好。但是看似简单的设计过程也会有意想不到的难题。尽管困难摆在眼前，但是我有明确的目标，我把自己的行动与目标不断加以对照，不断提醒自己自己的行进速度与目标之间的距离，从而使我的信心得到维持和加强，自觉地去克服困难，努力达到目标。同时，我频繁的与同学进行相互交流与学习，共同讨论在设计过程中遇见的困难与问题，努力寻求解决的最佳途径。而遇到不能解决的难题，老师又可以提供最为有效的解决方法。尽管是通过相互交流合作完成的设计计算，但是，交流合作并不意味着缺乏独立思考。在整个设计过程中，每一步公式的编写与计算，每一种条件的确立与选择，都经历了综合了每一种可能方案的优劣，资料的仔细查阅，系统的分析等环节，最后选择最佳方案。这次课程设计为我提供了一个锻炼自己的平台。他让我了解到在整个设计环节中要努力去发现问题，研究问题，解决问题，认真、细心的去发现、去解决。他让我更加理智的调整自己的学习方法与人生态度。学习过程中不能存有侥幸的心理，抛掉传统的应试教育观念。考试只是检测，临时抱佛脚是不可取的，看