水吸收丙酮填料塔设计.docx

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1、水吸收丙酮填料塔设计内蒙古科技大学课程设计说明书 摘 要 空气-丙酮混合气填料吸收塔设计任务为用水吸收丙酮常压填料塔，即在常压下，从含丙酮1.82%、相对湿度70%、温度35的混合气体中用25的吸收剂清水在填料吸收塔中吸收回收率为90%丙酮的单元操作。设计主要包括设计方案的确定、填料选择、工艺计算等内容，其中整个工艺计算过程包括确定气液平衡关系、确定吸收剂用量及操作线方程、填料的选择、确定塔径及塔的流体力学性能计算、填料层高度计算、附属装置的选型以及管路及辅助设备的计算，在设计计算中采用物料衡算、亨利定律以及一些经验公式，该设计的成果有设计说明书和填料吸收塔的装配图及其附属装置图。 I 内蒙古

2、科技大学课程设计说明书 目录 摘 要 . I 水吸收丙酮填料塔设计 . 1 第一章 任务及操作条件 . 1 第二章 设计方案的确定 . 2 2.1 设计方案的内容 . 2 2.1.1 流程方案的确定. 2 2.1.2 设备方案的确定. 2 2.2 流程布置 . 3 2.3 收剂的选择 . 3 2.4 操作温度和压力的确定 . 3 第三章 填料的选择 . 4 3.1填料的种类和类型. 4 3.1.1 颗粒填料. 4 3.1.2 规整填料. 4 3.2 填料类型的选择 . 4 3.3填料规格的选择. 5 3.4填料材质的选择. 5 第四章 工艺计算 . 6 4.1 物料计算 . 6 4.1.1 进

3、塔混合气中各组分的量. 6 4.1.2 混合气进出塔的摩尔组成. 6 4.1.3 混合气进出塔摩尔比组成. 7 4.1.4 出塔混合气量. 7 4.2气液平衡关系. 7 4.3 吸收剂(水)的用量Ls . 7 4.4 塔底吸收液浓度X1 . 8 4.5 操作线 . 8 4.6 塔径计算 . 8 4.6.1采用Eckert通用关联图法计算泛点气速uF. 8 4.6.2 操作气速的确定. 9 4.6.3 塔径的计算. 9 4.6.4 核算操作气速. 10 4.6.5 核算径比. 10 4.6.6 喷淋密度校核. 10 II 内蒙古科技大学课程设计说明书 Dp）的校核 . 10 Z4.7 填料层高度

4、的确定 . 11 4.6.7 单位填料程压降kmol 混合气中水蒸气的含量= 87.050.0404=3.38kmol/h 1+0.0404m3.381860.84kgh 混合气中空气量n87.05一1.58一3.3882.09kmolh m82.09292474.24(kgh) 4.1.2 混合气进出塔的摩尔组成 y1=0.0182 1.58-(10.9)y2=0.0017487.0+53.+381.-58(10.9)6 内蒙古科技大学课程设计说明书 4.1.3 混合气进出塔摩尔比组成 若将空气与水蒸气视为惰气，则 惰气量n87.05+3.3890.43kmolh m2380.6+82.09

5、2462.69kgh Y1=1.581.58(1-0.9)=0.0175kmol 丙酮/kmol惰气Y2=0.00175 kmol丙90.4390.43酮kmol惰气 4.1.4 出塔混合气量 =90.59kmolh 出塔混合气量n=90.43+1.58 m=2462.69+91.64=2554.33kg/h 4.2气液平衡关系 当x0.1，t1545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) 液相温度 t = 25时 E=211.54 kPa m=E211.54=2.088 P101.3996.7r= =0.262 211.5418EMsH=该系统的相

6、平衡关系可以表示为y*mX=2.088X 4.3 吸收剂(水)的用量Ls Y-Y2L最小吸收剂用量 =1 *VminX1-X2 X1*=Y10.0175=0.008 3 8X2=0 m2.0880.0175-0.00175L=1.8795 V0.00838-0min7 内蒙古科技大学课程设计说明书 Lmin=1.879590.43=169.96kmolh 一般，根据生产经验，吸收剂的用量L=Lmin，故取安全系数为1.5，则L=1.5Lmin= 1.5169.96=254.94 kmolh=4588.9kg/h 4.4 塔底吸收液浓度X1 依物料衡算式： V(Y1-Y2)=L(X1-X2) X

7、1=VY1-VY2+LX290.430.0175-90.430.00175=0.00558 =L254.944.5 操作线 依操作线方程式： Y=LL254.94X+Y2-X2=X+0.00175 VV90.43 所以Y=2.819 X+0.00175 4.6 塔径计算 VSu塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气35)，101.3kPa，吸收液25计算D=p4u =uF 4.6.1采用Eckert通用关联图法计算泛点气速uF 4.6.1.1 有关数据计算 塔底混合气流量WL2380.6+91.64+82.09=2554.33kgh 吸收液流量 WV4588.9+1.580.958=4671.4k

8、g/h 8 内蒙古科技大学课程设计说明书 329273进塔混合气密度rG1148 kgm 22.4273+35(混合气浓度低，可近似视为空气密度) 3查化工原理附录 吸收液密度rL996.7kgm 吸收液黏度mL0.8543mPa.s 经比较，选D=50mm塑料鲍尔环(米字筋)。查化工原理教材附录可知其主要性能参数有，填料因子F =120m-1 ，比表面积at1064 m2/m3 4.6.1.2 关联图的横坐标值 1212Wr4671.41.148 LG=0.06207 Wr2554.3996.7VL4.6.1.3 关联图的纵坐标值 由图查得纵坐标值为0.19 u2ffjrG 即grL0.22

9、 =0.01369umf =0.19 L故液泛气速uF=3.73m/s 4.6.2 操作气速的确定 u0.5 uf0.63.73 1.865m/s 4.6.3 塔径的计算 D=4VS42200=0.646m=646mm pu36003.141.865取塔径为0.7m(700mm) 9 内蒙古科技大学课程设计说明书 4.6.4 核算操作气速 u=42200=1.59 m/s8 D/d8 表2散装填料泛点填料因子平均值 填料因子，1/m 填料类型 DN16 金属鲍尔环 金属环矩鞍 金属阶梯环 塑料鲍尔环 塑料阶梯环 瓷矩鞍 瓷拉西环 410 550 1100 1300 DN25 170 280 2

10、60 550 832 DN38 117 150 160 184 170 200 600 DN50 160 135 140 140 127 226 410 DN76 120 92 21 内蒙古科技大学课程设计说明书 表3 常见材质的临界表面张力值 材质 表面张力, mN /m 碳 56 瓷 61 玻璃 73 聚丙烯 聚氯乙烯 33 40 钢 75 石蜡 20 表4常见填料的形状系数 填料类型 值 球形 0.72 棒形 0.75 拉西环 1 弧鞍 1.19 开孔环 1.45 表5 散装填料分段高度推荐值 填料类型 拉西环 矩鞍 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍 h/D 2.5 58 510 815 515

11、Hmax/m 4 6 6 6 6 22 内蒙古科技大学课程设计说明书 图2 通用压降关联图 23 内蒙古科技大学课程设计说明书 致谢 本次课程设计经过两周的时间得以完成。通过本次课程设计，使我对从填料塔设计方案到填料塔设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。它相当于实际填料塔设计工作的模拟。在课程设计过程中，基本能按照规定的程序进行，先针对填料塔的特点和收集、调查有关资料，然后进入草案阶段，其间与指导教师进行几次方案的讨论、修改，再讨论、逐步了解设计填料塔的基本顺序，最后定案。设计方案确定后，又在老师指导下进行扩初详细设计，并计算物料守衡，传质系数，填料层高度，塔高等；最后进

12、行塔附件设计。 此次课程设计基本能按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。同学之间相互联系，讨论，整体设计基本满足使用要求，但是在设计指导过程中也发现一些问题。理论的数据计算不难，困难就在于实际选材，附件选择等实际问题。这些方面都应在以后的学习中得以加强与改进。 但是，课程设计的完成并不代表我自身学习的终止，在完成过程中我发现自己有很多缺点不足。如：大量的内容也暴露出自己知识面窄，对实践活动的能力不强等诸多问题，我想困难和挑战才是激发自己前进的动力，自己也将会在今后的学习和生活中，劈荆斩浪，挑战自我。化工原理课程设计的完成对我来说有深刻的意义，我衷心感谢老师的指导以及与我共同学习的同学。 24