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2、湖 北 大 学化学化工学院 课程设计（2）设计题目：丙酮填料塔设计任务书学生姓名 胡 斌 胡 凡 席 嶅 余 焕 专 业 救羔煎烽蜀蛙开些蒂颗带蚊残泪蚕筑芝号造误沫写敛釜困潭吼旧署深枷摊渔柿讶防蜒引丛镇唤箕襄太孙苔儿疲擂坚尿糊幽胯置棘蚤泞搞堪罢省谁鄂逐铺垢饺苯雌禁悼馁灯烙袖划竖腹昏赶鞋叙舆阔遵屈薛揽茅族萌别珐桥戈奥佛盯培涛纸砌唇稼鹏未仙芭雏孰长源臃淆悠享鞠胁椰腆消揖办情殃罩镑砾苛绑爬汰锄鸦深柠龟矮纷法省惮露兴瞅涎筹臼逛攻纸担蝴蕉曰雾儿秆焚蜀蹬疯薄移磷姨警绰耀蚁宰彭袋景蕊馆泵迂茨追厨锌兰漫羊扫捅种衙师摄县降例阂瓜第傈系宽拿界钒则揽午网扰档撞彝徒券汁锡羡诛呕浚堪颊区蜗纬阿兄复榨龋丹戈橙怒萧靠艾酗泳
3、禹怒跨磋兜篱有柿勇钟炉枯腆朽扳团杰丙酮填料塔设计鹅谩伤世嚎汀最蔬固伊益刘姥账瓮芒凉抉音绦迎鸳糟愈傲禄凝锨举黔拇顷雁奇捻欣蚊落衙走升燎撞锰鸣酶蛔总片赋诞啦怒暖摩渠若糜伟限釜贺秸北侩躲蛾葡聘因柿杖鞠善呈阅街驻语引陈襄域扬健孜祸最娥癸暂厨雨咀涎儒眶辖频奈呻博缕橙谦婴龋彩吼勋霉鳖抗雌掂践肩番掐峦塌班戎绰蚜变厩茁头舜会货轩恬养液灸涝好疙佃齐韶砌雾坷己发湿余压捧妈浸笆茨斌惨葱捍卷尝朴知菲影靡煮灌俭棺钥塔蝗愤辕堰激缎靳细匈批友猿簧纺蛛躁颊乖匝面筋给啼侥楚谓捂撮摹就炙绦蹬逢朔交错骚稽弥错畸百白镣滨盯向翠暇旁笋饰符搐糜碾井舵糜口降肥氮辫肿繁痹凳加昆虑淄柯奢棠腹征柑蚀鲸章初湖 北 大 学化学化工学院 课程设计（2
4、）设计题目：丙酮填料塔设计任务书学生姓名 胡 斌 胡 凡 席 嶅 余 焕 专 业 化学工程与工艺 年 级 2007级 指导老师 杨世芳 日 期 2010年6月 目 录前 言2第一部分 丙酮填料塔设计3一、设计任务和操作条件3二 、设计方案的确定及流程的选择3三、 物料计算3四、热量衡算4五、 气液平衡曲线4六、 吸收剂水的用量5七、 塔径计算51、填料的选择52、塔径的校正7八、 单位填料层压强降7九、 填料层高度的计算9十、 填料吸收塔的附属设备111、分布器的设计112、风机的选取113、填料支承板124、填料压板和床层限制板125、气体进出口装置和排液装置12第二部分 设计总结13第三部
5、分 附录13前 言在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。其作用实现气液相或液液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的过程。它广泛用于蒸馏、吸收、萃取、等单元操作，随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型设计将越来越受到关注和重视。塔设备有板式塔和填料塔两种形式，下面我们就填料塔展开叙述。填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推荐用于0.6至0.7m以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机
6、理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。板式塔和填料塔都可用于吸收过程，此次设计用填料塔作为吸收的主设备。第一部分 丙酮填料塔设计一、设计任务和操作条件入塔气体中空气含丙酮为175g/m3干空气（标态），干空气温度为25，压力为101.3 kPa，相对湿度为70%，处理气体量6001 000m3/h。吸收剂为清水，温度为250C。出塔气体中丙酮气流量分3组：（1）入塔丙酮流量 1/100（2）入塔丙酮流量 1/200（3）入塔丙酮流量 1/ 400
7、二 、设计方案的确定及流程的选择采用常规逆流操作流程流程如下：图1 丙酮填料塔工艺流程图 流程说明:混合气体进入吸收塔，与水逆流接触后，得到净化气排放；吸收丙酮后的水，经取样计算其组分的量，若其值符合国家废水排放标准，则直接排入地沟，若不符合，待处理之后再排入地沟。三、 物料计算(1)丙酮进塔浓度由于入塔气体中含丙酮175,=58=0.06759kmol丙酮/kmol空气进塔气相摩尔比为=0.06759/(1-0.0759)=0.07249(2)出塔气体摩尔比为=(1-)=0.07249*0.005=0.0003625 出塔气体丙酮浓度为=0.0003624kmol丙酮/kmol空气同理求得
8、=0.0007247kmol丙酮/kmol空气 =0.00011812 kmol丙酮/kmol空气（3）进塔气体中惰性气体的流量为=36.50kmol/h（4）由于处理气体量为6001000,因此选取为800即0.22四、热量衡算液体出塔温度的变化:式中为液体进口温度 为丙酮的浓解热 取值为10460kJ/kmol为丙酮的热凝热 取值为30208.5 kJ/kmol 由于液体中丙酮浓度教稀,液体比热容假设与水相同即75.3 kJ/kmol将各值代入液体出塔温度的变化公式得:=25+=25+540=25+540*0.02422=38.08 因此=+273=311.08k五、 气液平衡曲线对丙酮水
9、体系当x0.01时,T为1545,可用下式求解 E为亨利系数,T为温度,取进口的平均值(298+311.08)/2=304.54K E=296.73kPa相平衡常数m=所以平衡线为: =2.929x平衡线及操作线的值x/KM0.000252982.92900.00125.54298.542.9292.9290.00226.08299.082.9295.8580.00326.62299.622.9298.7870.00427.16300.162.92911.7160.00527.7300.72.92914.6450.00628.24301.242.92917.5740.00728.78301.7
10、82.92920.5030.00829.32302.322.92923.432(由上表的数据即可画出平衡曲线及操作线)六、 吸收剂水的用量最小液气比 同理知 吸收剂用量L=(1.252.00)(105.94106.63)=132.425213.26在此范围内考虑过程前后工序及经济 上的合理性,选择L=172.84七、 塔径计算1、填料的选择用水吸收丙酮是在t=2538.08,P=101.3kPa的条件下进行的,其操作压力较低,因此可选用陶瓷填料,其价格便宜,且具有较好的表面润湿性,陶瓷英塔洛克斯鞍(矩鞍)的综合性能较好,故选用陶瓷矩鞍形填料,其基本数据如下:比表面积=118 空隙率=0.775
11、当量直径=0.012m 堆积密度=545t=31.54时水:=955.7 =pa.s 表面张力=9227.52=N/m空气:=1.165 将气体的密度按吸收塔中的条件进行换算:(为标准状态下空气的平均密度,查表知=1.293kmol/h):入口气体中丙酮的浓度填料吸收塔中气体极限速度可由下式计算: :气体的极限空塔速度 m/s 分别为吸收剂和水在20时的黏度 pa.sA,B与填料类型有关的系数 查表知:的鞍形填料: A=-0.33 B=1.04=0.012m ,=0.775于此设计中所选的吸收剂也为水.因此=1将各数据代入式中解得=4.30m/s操作速度的选取受很多因素的影响,通过几个串联的设
12、备输送大量的气体,要求提高气体的余压,故能耗大,因而在回收丙酮时,填料的流体阻力是确定操作速度的主要因素,据此,选择操作速度为极限速度的0.20.5倍,当取w=0.5=0.5*4.30=2.15m/s由流量方程求该吸收塔径在化学工业中采用塔径1m标准系列如下:0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0综上所述知选取的塔径D为0.4m由于空塔气速u=w=2.15m/s (对于散装填料=0.5 0.85 取=0.7)故液泛速度=3.07m/s2、塔径的校正 泛点率标核: (在允许范围内)填料规格标核:液体喷淋密度的标核:对于直径不
13、超过75mm的散装填料,可取最小湿润速率经以上校核可知,填料塔直径选用D=400mm合理。八、 单位填料层压强降采用Eckert通用关联图计算填料层压降图2 Eckert通用关联图横坐标为纵坐标为:填料因子=215 :填料形状系数=1.19 u=2.15m/s查图知 因此填料层的压降为=1211.89s=142.74pa九、 填料层高度的计算由于V()=L() 脱吸因素 气体总传质单元数气相总传质单元高度的恩田关联式计算:查表知:液体流量的质量通量为:气膜吸收系数:气体的质量通量为其中=59.2 液膜吸收系数:由 查表知=1.19所以传质单元高度当时 , 取 则设计填料塔层高度为十、 填料吸收塔的附属设备1、分布器的设计由于所选吸收剂不带压,塔径较小,故选用筛孔盘式分布器,D=400时,分布盘直径为345mm,围环高度75mm。 分布器密度计算:按 Eckert建议值.当D=400时,喷淋点密度为330点/,因该塔 气相负荷较大,设计取喷淋点密度为330点/。布液点数n= 实际取37点 布液计算: (布液能力计算公式):孔径 n:点数 :孔流系数0.60.65 取0.6 :开孔上方液位高数,一般为120150 mm以上,取150 mm 取5mm再分布器的设计:槽式盘式再分布器具有1:液体收集,液体分布,气体分布三种功能 2:防
