水吸收丙酮填料塔课程设计

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1、齐 齐 哈 尔 大 学 化工原理课程设计 题 目 水吸收丙酮填料吸收塔设计 学 院 化学与化学工程学院 专业班级 制药工程 学生姓名 指导教师 成 绩 年 月 日 摘 要 吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的差异来分离气态均相混合物的 一种单元操作。在化工生产中主要用于原料气的净化，有用组分的回收等。 填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备。塔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和乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布 装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。 本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔的方法处理含有丙 酮的混合物，使其达到排放标准。

2、在设计中,主要以水吸收混合气中的丙酮，在给定的 操作条件下对填料吸收塔进行物料衡算。本次设计包括设计方案的选取，主要设备的 工艺设计计算物料衡算、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，工艺流程图， 主要设备的工艺条件图等内容。 关键词：水；填料塔；吸收；丙酮；低浓度 Abstract Absorption is the unit operation Of using mixed gas in the liquid component in the solubility of isolated differences to a gaseous mixture of homogeneous . In

3、 the production ,it is being used in producing of chemical raw materials, gas purification and recycling of useful components and so on. The absorption chamber was mad that the fluid assumes the continuous contact the gas fluid mass transfer equipment. On base plates padding has entire builds with t

4、he chaotic pile of two ways. The padding levels place above has the liquid to distribute the installment, thus causes the liquid to spray evenly on the padding level. The chemical principle curriculum projects goal is to use the padding absorption tower according to the design requirements method pr

5、ocessing to include the acetone mixture. In the design, mainly by the water absorption mixture airs in acetone, under the operating condition which assigns to the padding absorption tower carries on the material balance. This design including design proposal selection, major installations technologi

6、cal design , equipments structural design and craft size design calculation, flow chart, major installations contents and so on technological conditions chart. Key words：Water;Absorption chamber;Absorption;Acetone;Low concentration 目 录 摘 要 .I Abstract II 第 1 章 绪论.1 1.1 吸收技术概况1 1.2 吸收设备的发展2 1.3 吸收在工业

7、生产中的应用4 1.3.1 吸收的应用 4 1.3.2 塔设备在化工生产中的作用和地位 5 1.3.3 化工生产对塔设备的要求 5 第 2 章 设计方案.7 2.1 吸收剂的选择7 2.2 吸收工艺流程确定8 2.3 吸收塔设备及填料选择9 2.3.1 吸收塔的设备选择 9 2.3.2 填料的选择 .10 2.4 操作参数的选择.11 2.4.1 操作温度的选择 .11 2.4.2 操作压力的选择 .11 第 3 章 吸收塔的工艺计算.12 3.1 基础物性数据.12 3.1.1 液相物性数据 .12 3.1.2 气相物性数据 .12 3.1.3 气液相平衡数据 .12 3.1.4 物料衡算

8、.13 3.2 填料塔的工艺尺寸的计算14 3.2.1 塔径的计算 .14 3.2.2 泛点率校核 .15 3.2.3 填料规格核算 .15 3.2.4 液体喷淋密度校核 .15 3.3 填料塔填料高度计算.16 3.3.1 传质单元高度计算 .16 3.3.2 传质单元数的计算 .18 3.3.3 填料层高度的计算 .18 3.3.4 填料塔附属高度计算 .19 3.4 填料层压降计算.19 3.4.1 填料层压降 .19 3.4.2 气体进出管压降 .21 3.4.3 其他塔内件压降及总压降 .21 3.5 进出管工艺尺寸计算.21 3.5.1 液体进出料管.22 3.5.2 气体进出料管

9、 .22 3.6 液体分布器.22 3.7 其他附属塔内件的选择.23 3.7.1 填料支承板的选择 .23 3.7.2 除沫器的选择 .23 工艺设计计算结果汇总 .24 设计总结 .25 参考文献 .26 致 谢 .27 第 1 章 绪论 1.1 吸收技术概况 在化工生产中,经常要处理各种原料、中间产物、粗产品。这些物料几乎都是混合 物,而且大部分都是均相物系,往往不能满足生产要求,需要把它们分离成较为纯净的物 质1。为了实现这种分离,常利用均相物系中不同组分的某种性质差异,使其中的一种组 分(或几种组分),在分离设备所提供的两相物系界面上,通过充分的接触,从一相转移到 另一相,其它组分仍

10、保留在原物系中,从而实现了分离2。这种分离是物质在相际间的转 移过程,即物质传递过程,也是化工生产中的单元操作。吸收就是这种以物质分离为目 的的单元操作。 吸收是用来分离气体混合物的,是利用混合气体中各组分在吸收剂中的溶解度的差 异而实现分离的操作。在吸收过程中,混合气体与合适的液体吸收剂在吸收设备中充分 接触,气体中易溶解的组分被溶解,不能溶解的组分仍保留在气相中,这样混合气体就实 现了分离3。 吸收作为一种重要的物质分离操作被广泛地应用在化工、石化等工业生产过程中。 通过吸收可以回收混合气体中的有用组分,例如用液态烃吸收石油裂解气中的乙烯和丙 烯,用洗油吸收焦炉煤气中的芳烃物质,用硫酸处理

11、焦炉气以回收其中的氨等;还可以通 过吸收除去混合气体中的有害组分使其净化,例如用水或碱液除去合成氨原料气中的二 氧化碳,用丙酮除去石油裂解气中的乙炔,以及除去工业废气中的二氧化硫、硫化氢等 有害物质。有时还通过吸收来直接生产化工产品,例如用水吸收二氧化氮以制取硝酸, 用水吸收氯化氢以制取盐酸,用水吸收甲醛以制取福尔马林溶液等4。 吸收剂将混合气体中溶质组分吸收后所得到的溶液是混合溶液,在生产中常需要使 溶质从吸收后的溶液中重新释放出来,实现最终分离,而液相的吸收剂有可得以再生重 新使用。这种使溶质组分从溶液中脱出的过程称为解吸,是吸收的逆过程,也是一种通 过相际间传质而实现物质分离的单元操作。

12、在化工生产中,吸收和解吸是常用的联合操 作,共同构成了一个完整的工艺流程5。 可用于吸收操作的设备种类很多，如填料塔、板式塔、喷洒塔等，工业上较多的 使用填料塔。适用于吸收操作的设备同样也适用于解吸操作。目前，解吸设备也多用 填料塔。填料塔的结构简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造，尤其近年来国内外 对填料的研究与开发技术较快，一些性能优良的新型填料不断涌现，对大型填料的理 论与应用研究也不断深入。所以，填料塔的应用前景也将更加广阔。 1.2 吸收设备的发展 1813 年 Celler 提出泡罩塔,1832 年开始用于酿造工业。1881 年工业规模的填料塔 开始用于蒸馏操作,当时的填料是碎砖瓦

13、、小石块和管子短节等。二十世纪初期,随着 炼油工业的发展和石油化学工业的兴起,塔设备被广泛使用。当时炼油工业多采用泡罩 塔,无机工业以填料塔为主。二十世纪中期,为了适应各种化工产品的生产,开发了一些 新型塔盘,如条形泡罩塔盘、S 形塔盘、筛板塔盘、浮阀塔盘、舌形塔盘等。这一时期 填料塔也在瓷环填料被广泛采用的基础上开发了鲍尔环填料、狄克松环填料、麦克马 洪填料、矩鞍形填料等。从六十年代起,随着化学及炼油工业的大型发展,塔设备的单 塔规模也随之增大。直径在 10 米以上的板式塔已经出现,塔板数多达上百块,塔的高度 达 80 余米,重量达几百吨;填料听的最大直径已达 15 米,高达 100 米6。

14、 目前,我国常用的板式塔仍为泡罩塔、筛板塔、浮阀塔和舌形塔盘塔。近年来,开 发使用了斜孔塔盘、导向筛板、网孔塔盘、大孔筛板、浮阀-筛板复合塔盘以及浮动喷 射塔板、旋流塔板等7。填料塔所用填料,对于乱堆填料除拉西环、鲍尔环外,阶梯环、 金属矩鞍环已大量采用,由于金属丝网及金属板波纹填料规整填料的使用,并配合新型 塔内件结构使填料塔的效率大为提高,因此应用范围日益扩大。 自从 1914 年出现拉西环填料以后，填料塔的发展进入了科学的轨道8。1914 年瓷 质拉西环的问世,标志着填料塔进入了科学发展的年代。1914 年第一代有规填料拉西环 （Raschingring）的出现，使填料塔的发展进人了科学

15、轨道。1914 年 Rachig 环问世,标 志着第一代乱堆填料的诞生,但实际生产效果仍没有很大的提高,人们开始意识到汽液 分布性能对填料塔操作的重要性。 1937 年斯特曼填料的出现，使填料和填料塔又进入了现代发展时期。 1950 年后，填料塔进入了缓慢发展时期，在这个时期内，人们注意了对塔内件的 研究，力图解决填料塔的放大问题，但由于各种板式塔的出现及其成功应用，使填料 塔倍受冷落。1950 年 以后，填料塔进入了缓慢发展时期，在这个时期内，人们注意了 塔内件的研究，力图解决填料塔的放大问题，但由于各种板式塔的出现极其成功应用， 使填料 塔受到了冷落9。 在 1951 年 Danckwer

16、ts侧针对渗透理论假定旋涡在界面上停留一个固定的时间的 不合理性，特别对搅拌槽、乱堆填料塔、鼓泡塔、喷雾塔，其中的气泡和液滴有较宽 的尺度分布，对渗透理论进行改进，提出了表面更新理论。 1966 年,用于分离水和重水的第一个苏尔采填料塔在法国投产。自 1966 年世界上 建立起莽一批网波填料塔以来,十多年的实践证明,风波填料具有效率高、负荷大、压 降低、滞液星小、几乎无放大效应以及易于机械化加工等优点,因此其应用得到了迅速 发展。 1969 年，Viviantl 将一个填料塔固定在大离心机的旋转臂上，首次测定了离心加速 度对传质效率的 影响。 1970 年，我国建成第一座金属丝网波纹填料塔，20 多年来估计有数百座金属丝网 波纹填料塔投人生产。 1971 年 Spaay 等采用不同材质、不同尺寸的拉西环较为详尽地研究了脉冲填料塔 的两相流动、轴向混合和传质特性，给出了特性速度、液滴直径的经验关联式。 到 1972 年苏尔采公司已