填料吸收塔设计

1、水吸收丙酮填料塔设计设计用水吸收丙酮常压填料塔，其任务及操作条件为混合气(空气、丙酮蒸汽)处理量： 1450 。进塔混合气含丙酮 2.13(体积分数)；相对湿度： 70；温度： 35；进塔吸收剂(清水)的温度：25；丙酮回收率： 93；操作压强： 常压操作。设计计算一、吸收工艺流程的确定采用常规逆流操作流程流程说明从略。二、物料计算l. 进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为101.325kPa，故：混合气量 n 1450* 57.38 (kmolh)混合气中丙酮量n 5738×0.0213 1.22 (kmolh) m 1.22×5870.89 (kgh)查化工原理

2、附录，35饱和水蒸气压强为56234Pa，则每kmoI相对湿度为70的混合气中含水蒸气量=0.0404 kmol水气/ kmol（空气十丙酮）混合气中水蒸气含量n2.23 （kmolh） m223×1840.14 (kgh)混合气中空气量n57.38一1.222.2353.93（kmolh）m53.93×291563.97 (kgh)2混合气进出塔的摩尔组成 0.0213 =0.001523混合气进出塔的比摩尔组成若将空气与水蒸气视为情气，则情气量n53.93十2.2356.16 （kmolh） m1563.97十40.141604.11 (kgh)0.0217 (kmol

3、丙酮kmol情气)0.00152 (kmol丙酮kmol情气)4出塔混合气量出塔混合气量n56.16十1.22*(1-0.93)56.25 （kmolh） m1604.11十70.89*0.071609.07 (kgh)三、热量衡算热量衡算为计算液相温度的变化以判明是否为等温吸收过程，假设丙酮溶于水放出的热量全被水吸收，且忽略气相温度变化及塔的散热损失(塔保温良好)。查手册，丙酮的微分溶解热(丙酮蒸气冷凝热及对水的溶解热之和)： =30230十104675=406975 (kJkmol)吸收液(依水汁)平均比热容75366 kJ(kmol*)，依式56 对低浓度气体吸收，吸收液浓度很低时，依惰

4、性组分及比摩尔浓度计算较方便，故式56也可写为； 依上式，可在x0000001之间，设系列x值，求出相应x浓度下吸收液的温度，计算结果列于表1第l，2列中。由表中数据可见，浓相浓度x变化0.001时，温度升高0.54，依此求取平衡线。表1 各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据XtEmY*lgE025211.52.087302.3253620.00125.54217.62.14750.00214752.3377450.00226.08223.92.20970.00441942.3500820.00326.62230.12.27090.00681272.3623760.00427.16236.92

5、.3380.00935212.3746250.00527.7243.72.40510.01202572.386830.00628.24250.62.47320.01483942.3989910.00728.78257.72.54330.01780312.4111090.00829.32264.962.6150.02091962.423183注：（1）气相浓度相平衡的液相浓度X10.0072，故取0.008； （2）平衡关系符合亨利定律，与液相平衡的气相浓度可用y*mX表示； （3）吸收剂为清水，x0，X0；（4）近似计算中也可视为等温吸收。四、气液平衡曲线 由式52可知，当x0.1，t1545

6、时，丙酮溶于水其亨利常数E可用下式计算： 1gE9.171一2040(t十273)由前设X值求出液温，依上式计算相应E值，且m，分别将相应E值及相平衡常数m值列于表517中第3、4列。由y*mX求取对应m及X时的气相平衡浓度y*，结果列于表517第5列。根据Xy*数据，绘制XY平衡曲线OE如图1所示。图1 气液平衡线与操作线(丙酮一水)五、吸收剂(水)的用量Ls 由图1查出，当Y10.0217时,X1*=0.008247,计算最小吸收剂用量=56.16*(0.0217-0.00152)/ 0.008247 137.42 (kmolh)取安全系数为1.8，则Ls18×137.42247

7、.4 (kmolh) 247.4×184453.2 (kg/h)六、塔底吸收液浓度X1依物料衡算式()（）=56.16（0.0217-0.00152）/247.4=0.0046七、操作线依操作线方程式 =（247.4/56.16）X+0.00152Y=4.4X+0.00152由上式求得操作线绘于图1中，如BT所示八、塔径计算塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气35)，101.325kPa，查表1，吸收液27.16计图2 通用压降关联图算。 u =（0.60.8）1.采用Eckert通用关联图法(图2)计算泛点气速(1)有关数据计算塔底混合气流量V1563.97十70.89十40.141

8、675 (kgh)吸收液流量L5099.4十1.22×0.93×585165.2 (kgh)进塔混合气密度29*273/22.4/（273+35）115 (kg) (混合气浓度低，可近似视：查化工原理附录 吸收液密度996.7kg吸收液黏度0.8543mPa.s经比较，选Dg50mm塑料鲍尔环(米字筋)。查化工原理教材附录可得，其填料因子=120，比表面积A1064 (2)关联图的横坐标值 =0.105(3)由图2查得纵坐标值为0.13 即 =0.0137=0.13故液泛气速=3.082操作气速 u060.6×3.08 1.85 (m/s)3.塔径= = 0.52

9、7 m=527mm取塔径为0.6m(600mm)4核算操作气速=1.425(m/s) < 5核算径比Dd6005012，满足鲍尔环的径比要求6喷淋密度校核依Morris等推专，d75mm约环形及其它填料的最小润湿速率(MWR)为0.08(m·h),由式5一14：最小喷淋密度0.08×10648512 (m·h)因 4453.2kgh158(m·h)故满足最小喷淋密度要求。九、填料层高度计算计算填料层高度，即 Z 1传质单元高度计算 =，其中=，(1)本设计采用恩田式计算填料润湿面积aw作为传质面积a，依改进的恩田式分别计算及，再合并为和。列出备关联

10、式中的物性数据气体性质(以塔底35，101.325kPa空气计) 115 kg (前已算出) 0.01885* (查化工原理附录) 109×（依翻Gilliland式估算)液体性质(以塔底2716水为准) 9967 kg 08543×Pa·s =1.344* (以式计算)，式中为溶质在常压沸点下的摩尔体积，为溶剂的分子量，为溶剂的缔合因子。 716×Nm(查化工原理附录)气体与液体的质量流速：4.38 1.65 塑料鲍尔环(乱堆)特性： 50mm005m A1064 = =1.45（鲍尔环为开孔环）依式=-0.637=0.471故=0.471*106.4

11、=50.1 （）依式=1.95* (m/s)依式=2.032*故=1.95*50.1=9.77*(m/s)=2.032*50.1=1.02*(2)计算 ，而，H=。由于在操作范围内，随液相组成和温度的增加，m (E)亦变，故本设计分为两个液相区间，分别计算(I)和(II) 区间I X00040.002(为(I) 区间II X0.0020 (为(II)由表1知230*kPa , =0.241 =2.18* kPa, =0.254 1.405=7.12=.P=7.12*101.325=0.0721=1.383*=7.23=7.23*101.32=0.0732(3)计算0.766m0.754m2传质

12、单元数计算在上述两个区间内，可将平衡线视为直线，操作线系直线，故采用对数平均推动力法计算。两个区间内对应的X、Y、Y*浓度关系如下：IIIX0.0040.0020.0020Y0.019120.010320.010320.00152Y*0.0093520.0044190.00441900.0077=1.14=0.0032=2.753填料层高度z计算 ZZ1十Z2+ 0.766×1.14十0.754×2.752.95m取25富余量，则完成本设计任务需Dg50mm塑料鲍尔环的填料层高度z125×2.95=3.68m。十、填科层压降计算取图2(通用压降关联图)横坐标值0.105(前已算出)；将操作气速(1425m/s) 代替纵坐标中的查表，Dg50mm塑料鲍尔环(米字筋)的压降填料因子125代替纵坐标中的则纵标值为： =0.031查图2(内插)得 =24*9.81=235.4Pa/m