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1、年产1002吨丙酮设计说明书 一、任务及操作条件61.1设计题目：61.2工艺操作条件：6二、设计条件及主要物性参数62.1设计条件：62.2主要的物性参数值：6三、设计方案的确定73.1设计方案的内容73.1.1流程方案的确定73.1.2设备方案的确定73.2流程布置123.3吸收剂的选择123.4操作温度和压力的确定133.5填料的选择 3.5.1填料种类的选择 133.5.3填料材质的选择 14四、填料塔工艺尺寸的计算154.1物料计算154.1.1进料塔混合气中各组分的量164.1.2混合气进出塔的摩尔组成174.1.3混合气进出塔摩尔比组成174.1.4出塔混合气量174.2气液平衡
2、关系184.3吸收剂(水)的用量184.4塔底吸收液浓度184.5操作线194.6塔径计算194.6.1采用Eckert通用关联图法计算泛点气速194.6.2操作气速的确定214.6.3塔径的计算214.6.4核算操作气速214.6.5核算径比224.6.6喷淋密度校核224.6.7单位填料程压降（）的校核224.7填料层高度的确定234.7.1传质单元高度计算234.7.2计算254.7.3计算264.7.4传质单元数计算26264.7.6填料塔附属高度计算26五、填料吸收塔的附属设备275.1填料支承板27275.2填料压板和床层限制板275.3液体分布器计算和再分布器的选择和计算285.
3、3.1液体分布器285.3.2气体进出口装置与排液装置285.3.3分布点密度及布液孔数的计算295.4塔底液体保持管高度的计算30六、辅助设备的选型306.1管径的计算316.2离心泵的选择与计算326.3筒体、钢材选型326.4封头的计算336.3封头和壁厚的校核336.4筒体与封头的连接方式以及螺栓选型346.5开孔的计算346.5.1人孔346.5.2手孔346.5.3封头开孔34工艺设计计算结果汇总与主要符号说明36一、设计概述401.1设计题目： 筛板式连续精馏塔及其主要附属设备设计401.2工艺条件:401.3工艺流程图40二、塔的工艺计算411.1查阅文献，整理有关物性数据41
4、1.1.1水和丙酮的性质411.1.2进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数432.1全塔物料衡算与操作方程442.1.1全塔物料衡算442.1.2操作线方程452.1.3操作温度、全塔效率的估算453.1实际塔板数464.1精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算464.1.1摩尔质量474.1.2平均密度计算474.1.3液体平均表面张力计算484.1.4液体平均黏度计算49505.1精馏塔的塔体工艺尺寸计算505.1.1汽、液相热负荷计算50506.1精馏段塔板工艺尺寸的计算526.1.1溢流装置计算526.1.2塔板设计536.2提馏段塔板工艺尺寸设计546.2.1溢流装置计算546.2.2塔板设
5、计546.3塔板的流体力学性能的验算546.3.1精馏段546.3.2提馏段567.1塔板负荷性能图577.1.1精馏段塔板负荷性能图57597.2.1提馏段塔板负荷性能图598.1精馏塔的主要附属设备628.1.1塔顶全凝器设计计算628.1.2.料液泵设计计算648.2.管径的计算64658.2.1塔顶蒸汽管的管径658.2.2液流管658.3材料的选择668.3.1筒体和封头材料的选择668.3.2裙座材料的选择668.3.3 接管的材料668.4厚度计算668.4.1厚度计算过程步骤668.5载荷计算678.6附件设计688.7 压力试验718.8塔总体高度72一、任务及操作条件1.1
6、设计题目： 年产1002吨丙酮设计说明书 设计一座填料吸收塔，用于吸收混于空气中的丙酮气体。混合气体的处理量为2600（m3/h），其中含空气为95，丙酮气为5（百分含量），要求丙酮回收率为96（百分含量），采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。1.2工艺操作条件：（1）操作压力为常压（2）使用微分接触式的吸收设备（3）逆流操作二、设计条件及主要物性参数2.1设计条件：（1）生产能力: 混合气处理量G=2600/h（见后面详细计算过程）（2） 原料: 以丙酮空气二元体系，进料混合气体含丙酮的体积分数为5%（3）产品要求: 塔顶逸出气体丙酮含量99%（4） 操作压力： 常压2.2主
7、要的物性参数值：（1）空气的分子量：29 ；丙酮的分子量：58 ；水的分子量：18（2）235饱和水蒸气压强为5623.4 Pa（3）常压：101.325 kPa（4）在1 atm时，水的凝固点（f.p.）为0，沸点（b.p.）为100。水在0的凝固热为5.99 kJ/mol（或80 cal/g），水在100的汽化热为40.6 kJ/mol（或540 cal/g）。三、设计方案的确定3.1设计方案的内容3.1.1流程方案的确定常用的吸收装置流程主要有逆流操作、并流操作、吸收及部分再循环操作、多塔串联操作、串联并联操作，根据设计任务、工艺特点，结合各种流程的优缺点，采用常规逆流操作的流程，传质平
8、均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收及利用率高。3.1.2设备方案的确定本设计要求的是选用填料吸收塔，填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，它的结构和安装比板式塔简单。它的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。支撑板上的填料有整砌或乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒在填料层上。图1.1 常规逆流操作附：填料塔的主体结构与特点结构：3.2流程布置吸收装置的流程布置是指气体和液体进出吸收塔的流向安排。本设计采用的是逆流操作，即气相自塔底进入由塔顶排出，液相流向与之相反，自塔顶进入由塔底排出。逆流操作时平均推动力大，吸收剂利用率高，分离程度高，完成一定分离任务所需
9、传质面积小，工业上多采用逆流操作。3.3吸收剂的选择 吸收剂性能的优劣是决定吸收操作效果的关键之一，吸收剂的选择应考虑以下几方面：(1)溶解度: 吸收剂对溶质的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量。(2)选择性: 吸收剂对溶质组分有良好的溶解能力，对其他组分不吸收或甚微。(3)挥发度：操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收和再生过程中的挥发损失。(4)粘度: 吸收剂在操作温度下粘度要低，流动性要好，以提高传质和传热速率。 (5)其他： 所选用的吸收剂尽量要无毒性、无腐蚀性、不易爆易燃、不发泡、冰点低、廉价易得及化学性质稳定一般来说，任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用是要针对具
10、体情况和主要因素，既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性，综上因素的考虑，本次设计任务选用清水做吸收剂。3.4操作温度和压力的确定 (1)温度：低温利于吸收，但温度的底限应由吸收系统决定，本设计温度选25(2)压力：加压利于吸收，但压力升高操作费用、能耗增加，需综合考虑，本设计采用常压。3.5填料的选择 3.5.1填料种类的选择 填料种类的选择要考虑分离工艺的要求,还要确保有较高的传质效率.除此之外,还应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料,这样可以使通量增大,塔的处理能力也增大.通常考虑以下几个方面。 传质效率，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
11、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，以每个传质单元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，塔的处理能力亦越大。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由有关手册或文献中查到，也可通过一些经验公式来估算。 填料层的
12、压降，填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降愈低，动力消耗越低，操作费用愈小。选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要。比较填料的压降有两种方法，一是比较填料层单位高度的压降P/Z；另一是比较填料层单位传质效率的比压降P/NT。填料层的压降可用经验公式计算，亦可从有关图表中查出。 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。同时，还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度的变化。 此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。 3.5.2填料规格的选择 填料按规格规格通常分为散
13、装填料与规整填料：散装填料规格的选择 散装填料的规格通常是指填料的公称直径。工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。（一般推荐：300时，选25的填料；时，选2538的填料;时，选用的填料，但一般大塔中常用的填料。）规整填料规格的选择 工业上常用规整填料习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格。3.5.3填料材质的选择 工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。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常见的各种无机酸、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
14、料。陶瓷填料因其质脆、易碎，不宜在高冲击强度下使用。陶瓷填料价格便宜，具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。 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。碳钢填料造价低，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Cl-以外常见物系的腐蚀，但其造价较高；钛材、特种合金钢等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，工业应用主要以金属填料为主。 塑料填料：塑料填料的材
