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1、1 湖南师范大学化工原理课程设计说明书设计题目年产 1.5107m3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 06 级 4 班完成时间2008 年 10 月2 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5 100 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 (8 环矩鞍D/d8 9 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
3、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3998.2/lkgm粘度为LPaskgmh表面张力为272.6/940896/Ldyncmkgh丙酮在水中的扩散系数为92621.310/4.6810/LDmsmh4.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为0.0858.080.922931.33/VmiMyiMkgkmol10 混合气体的平均密
4、度为3/(101.32531.33)/ (8.314293)1.303/VmVmPMRTkgm混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20空气的粘度为51.81100.065/()vPaskgmh查手册得丙酮在空气中的扩散系数为5221.0310/0.037/VDmsmh4.3 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161.6EkPa相平衡常数为161.61.6 101.325Em P溶解度系数为3998.20.343/() 161.618.02LHkm olkpm EM s5 物料衡算进塔气相摩尔比为1 110.080.0870 110.08yY y出塔气相摩尔比为
5、2 220.00080.0008 110.0008yY y11 进塔惰性气相流量为2083.33273(10.08)79.725/ 22.427320Vkm olh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12min12/YYLVYmX对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为20Xm in0.08700.00081.585 0.0870 /1.60LV取操作液气比为min1.9()LLVV()1.91.5853.012LV3.01279.725240.13/Lkm olh1212()()VYYLXX179.725(0.08700.0008) 0.02862 240.13X
6、12 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0 水中丙酮的量399.156 kg/h 水的量4327.14 kg/h 水的量4327.14 kg/h INPUT 7042.015 kg/h OUTPUT 7042.025 kg/h 7042.0257042.015100% 7042.015IN PU TOU TPU T与的 误 差0.00014%6填料塔的工艺尺寸的计算3-56.1塔径计算采用图 2 Ecker
7、t通用关联图计算泛点气速。气相质量流量为12083.331.3032714.58Vwkgh13 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即1240.1318.024327.14Lwkgh图 2Eckert 通用关联图Eckert 通用关联图的横坐标为0.50.5 4327.141.303 0.05759 2714.58998.2VLVLww查图 2 得：2 0.20 . 1 8VFF LLuu g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）1410Fm14 表 3 散装填料泛点填料因子平均值填料类型填料因子,1/m DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 金属鲍尔环金
8、属环矩鞍306 - - 138 114 93.4 98 71 - 36 金属阶梯环- - 118 82 - 塑料鲍尔环343 232 114 125 62 塑料阶梯环- 17611689 - 瓷 矩 环700 215 140160 - 瓷拉西环1050 576 450 288 - 所以10. 20. 20 . 1 80 . 1 89 . 8 19 9 8 . 21 . 8 1 6 4 1 011 . 3 0 31L FFVLgums u取10.850.851.8161.544Fuums由442083.33 / 36000.6910 3.141.544sVD u圆整塔径 ，取0.7Dm。泛点率校
9、核：22 0 8 3 . 3 3/ 3 6 0 01 . 5 0 4 0 . 7 8 50 . 7u1 . 5 0 48 2 . 8 2 % 1 . 8 1 6Fuu(在允许范围内 )填料规格校核 ：700 14 50Dd液体喷淋密度校核 ：取最小润湿速率为15 3min()0 . 0 8/WLmmh查拉西环（ DN50）的比表面积为2393/tamm32 m in()0.08937.44/WtULammhmin24 3 2 7 . 1 4 /9 9 8 . 21 1 . 2 77 . 4 4 0 . 7 8 50 . 7UU经以上校核可知，填料塔直径选用700Dmm合理。6.2 填料层高度计
10、算*111.60.028620.04579YmX* 220YmX脱吸因数为1 . 67 9 . 7 2 50 . 5 3 1 2 2 4 0 . 1 3mVS L气相总传质单元数为*12*221ln(1) 1O GYY NSS SYY10.08700ln(10.5312)0.53128.408 10.53120.00080气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：0. 10. 20.750.052221e x p1 . 4 5wcLtLLtLtLLLLtaUUUag查表 4 常见材质的临界表面张力值得261/790560/cdyncmkgh表 4 常见材质的临界表面张力值材质碳瓷玻璃聚丙烯聚
11、氯乙烯钢石蜡表面张力， dyn/cm56 61 73 33 40 75 20 16 液体质量通量为2124327.1411249.6 0.7850.7LUkgmh0.050.20.750.1222879056011249.611249.69311249.61exp1.45 940896933.6998.21.2710998.294089693wtaa0.5408气膜吸收系数由下式计算：0.71 / 30.237VVtVGtVVVUa D k aDRT气体质量通量为222083.331.3037057.17/ () 0.7850.7VUkgmh0.71/ 3 7057.170.065930.03
12、70.237 930.0651.3030.0378.314293Gk2= 0 . 0 5 1 4 k m o l / ( mhk P a )液膜吸收系数由下式计算：1/ 32/ 31/ 28611249.63.63.61.27100.0095 0.5408933.6998.24.6810998.2=0.4134m/h由1.1 GGwk aka，查表 5 得=1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0.72 0.75 1 1.19 1.45 17 则1.1GGWk ak a1.120.05140.54089312.535/ (mhkPa)km ol0.4LLwkaka0.4
13、0.41390.540893120.82 / h82.82%50%Fuu由，得 :1.4219.5(0.82820.5)2.5357.597/ (mh kPa)Gk akmol2.212.6(0.82820.5)20.8225.486 / Lk ah则314.065/ ()117.5970.34325.486km olmhkPa18 由279.7 2 50.5 032 4.0 6 5101.3 2 50.7 850.7m由0.50328.4084.231OGOGZHNm，得1.254.2315.29Zm设计取填料层高度为6Zm查表 6，表 6 散装填料分段高度推荐值填料类型h/D hmax拉西
14、环2.54m 鞍环58 6m 鲍尔环510 6m 阶梯环815 6m 环矩鞍815 6m 对于拉西环填料，m ax2.5,4hhm D。由2.5hD，则600400mmmm计算得填料层高度为300 mm，分 2 段。19 6.3 填料层压降计算采用图 2 计算填料层压降。横坐标为0.50.5 4 3 27.1 41.3 030.0 5 759 27 14.5 89 98.2VLVLww查表 7得，1288Pm表 7 散装填料压降填料因子平均值填料类型填料因子,1/m DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 金属鲍尔环金属环矩鞍306 - - 138 114 93.4 98 71 -
15、36 金属阶梯环- - 118 82 - 塑料鲍尔环343 232 114 125 62 塑料阶梯环- 17611689 - 瓷 矩 环700 215 140160 - 瓷拉西环1050 576 450 288 - 纵坐标为22 0.20.21.50428811.303 10.0867 9.81998.2VLLug查图 2 得/9.39.8 191 2.3 3/PZP am填料层压降为9 12.3 33273 6.9 9PP a20 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 Ec
16、kert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20.7850.721081点，液体分布器的简要设计6如下图 3：图3 槽式液体分布器二级槽的布液点示意图21 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202 4gHLdn取0.6，140Hmm12042sLd ngH1244327.14 / 998.236000.0044 3.14800.629.810.14m圆整取05dmm7.3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
