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1、 .wd.?化工原理?课程设计清水吸收丙酮填料塔的设计学院 医药化工学院 专 业 高分子材料与工程 班级 高分子材料与工程131班姓 名 李凯杰 学号 13155301xx指导教师 严明芳、龙春霞 年月日设计书任务（一） 设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除空气中的丙酮蒸汽。混合气体处理量为_4000_m3/h。进口混合气中含丙酮蒸汽_6_体积百分数；混合气进料温度为35。采用25清水进展吸收，要求：丙酮的回收率到达_95%_二操作条件1操作压力 101.6 kPa2操作温度 253吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定4塔型与填料自选，物性查阅相关手册。三设计内容1设计方案确实定和说明2吸收塔
2、的物料衡算；3吸收塔的工艺尺寸计算；4填料层压降的计算；5液体分布器简要设计；6绘制液体分布器施工图；7其他填料塔附件的选择；8塔的总高度计算；9泵和风机的计算和选型；10吸收塔接收尺寸计算；11设计参数一览表；12绘制生产工艺流程图A3号图纸；13绘制吸收塔设计条件图A3号图纸；14对设计过程的评述和有关问题的讨论。目录前言1第1章填料塔主体设计方案确实定21.1 装置流程确实定21.2 吸收剂的选择21.3 操作温度与压力确实定21.4 填料的类型与选择2第2章根基物性数据与物料衡算22.1 根基物性衡算32.1.1 液相物性数据32.1.2 气相物性数据32.1.3 气液相平衡数据42.
3、2 物料衡算4第3章填料塔的工艺尺寸计算53.1 塔径的计算53.2 泛点率的校核63.3 填料规格校核73.4 液体喷淋密度校核73.5 填料塔填料高度的计算73.5.1 传质单元数的计算73.5.2 传质单元高度的计算83.5.3 填料层高度的计算93.6 填料塔附属高度的计算103.7 填料层压降的计算10第4章填料塔附件的选择与计算114.1 液体分布器简要设计114.1.1 液体分布器的选型114.1.2 分布点密度计算114.1.3 布液计算124.2 液体收集及分布装置124.3 气体分布装置134.4 除沫装置144.5 填料支承及压紧装置144.5.1 填料支承装置144.5
4、.2 填料限定装置144.6 裙座144.7 人孔15第5章填料塔的流体力学参数计算155.1 吸收塔主要接收的计算155.1.1 液体进料管的计算155.1.2 气体进料管的计算165.2 离心泵和风机的计算与选型165.2.1 离心泵的计算与选型165.2.2 风机的计算与选取18设计参数一览表20对设计过程的评述和有关问题的讨论24参考文献25前言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别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
5、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，使其到达排放标准。在设计中,主要以清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展物料衡算。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、设备的构造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。第1章 填料塔主体设计方案确实定1.1装置流程确实定因为逆流操作的传质平均推动力大，传质速率快，别离效率高，吸收剂利用率高。因此本次设计采用逆流操作，即气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出。1.
6、2 吸收剂的选择由设计任务书可知，本次设计用清水做吸收剂，故采用纯溶剂。1.3 操作温度与压力确实定由设计任务书可知，本次设计操作温度为25，操作压力为101.6kPa1.4 填料的类型与选择填料的种类有很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料，其造价较高，因此从实际出发，本次设计采用散装填料。在散装填料中，阶梯环填料具有气通量大、气流阻力小、传质效率高等特点，是目前所使用的环形填料中最为优良的一种；从填料的材质考虑，塑料填料具有质轻、价廉、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中；在散装填料中，同类填料的尺寸
7、越小，别离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加，而大尺寸的填料应用于小直径塔中有会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的别离效率降低1。综上分析，本次设计采用DN38-聚丙烯阶梯环填料。第2章 根基物性数据与物料衡算2.1 根基物性衡算2.1.1 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2查得，常压、25时水的相关物性数据如下：密度为外表张力为粘度为那么101.6kPa，25时，水的粘度为查手册3得20时丙酮在水中的扩散系数为那么25时丙酮在水中的扩散系数为2.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为混合气体的平均密度为混合气体的粘度可近似取为空气
8、的粘度，查手册3得常压下、20时空气的粘度为那么在101.6kPa、25时空气的粘度为在101.3kPa，20时，查手册3丙酮在空气中的扩散系数为那么101.6kPa，25时，丙酮在空气中的扩散系数为2.1.3 气液相平衡数据查手册4得，常压下20时丙酮在水中的亨利系数为相平衡常数为溶解度系数为2.2 物料衡算进塔气相摩尔比为出塔气相摩尔比为进塔惰性气相流量为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为取操作液气比为第3章 填料塔的工艺尺寸计算3.1 塔径的计算采用Eckert通用关联图3计算泛点气速气相质量流量为液相质量流量可近似按纯水
9、的流量计算，即那么Eckert通用关联图的横坐标为查图5-323得查表5-111得取由圆整塔径，取3.2 泛点率的校核不在允许范围内那么填料塔塔径取在允许范围内3.3 填料规格校核3.4 液体喷淋密度校核对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率为查附录51得经以上校核可知，填料塔直径选用合理3.5 填料塔填料高度的计算3.5.1 传质单元数的计算塔底吸收推动力为塔顶吸收推动力为对数平均推动力为气相总传质单元数为3.5.2 传质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式1计算：查表5-131得液体质量流量为填料的润湿比外表积为气膜吸收系数由下式计算：气体质量通量为液膜吸收系数
10、有下式计算：由，阶梯环填料是开孔环，查表5-141得，那么修正的恩田公式只使用于的情况，当时，需要按下式进展校正，即气相总体积传质系数为气相总传质单元高度为3.5.3 填料层高度的计算采用上述方法计算出填料层高度后，还应保存一定的安全系数，那么设计取填料层高度为查表5-161，对于阶梯环填料，。取,那么计算得填料层高度为12000mm7200mm，依据表5-161阶梯环填料的分段要求，可将填料层分为两段设置，每段6m，两段之间设置一个液体再分布器。3.6 填料塔附属高度的计算塔的附属空间高度包括塔上部空间高度、安装液体分布器和液体再分布器包括液体收集器所需要的高度、塔底部空间高度以及塔裙座高度
11、5。本次设计塔上部空间高度，可取为1.2m，液体再分布器的空间高度约为1m，塔底液相停留时间按5min考虑，那么塔釜液所占空间高度为考虑到气相接收所占空间高度，底部空间高度可取1.0m，所以塔的附属高度为不含裙座高度3.7 填料层压降的计算散装填料的压降值由Eckert通用关联式计算，那么横坐标为查表5-181得，纵坐标为查图5-323得那么填料层压降为第4章 填料塔附件的选择与计算4.1 液体分布器简要设计4.1.1 液体分布器的选型液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。因槽式液体分布器具有较大的操作弹性、优良的布液性能、极好的抗堵塞、构造简单、气相阻力小等优点，故
12、本设计选用槽式分布器。4.1.2 分布点密度计算液体喷淋密度越小，分布点密度越大。喷淋点密度为，因该塔喷淋电密度较小，设计去喷淋点密度为100点/m2布液点数为按分布点几何均匀与流量均匀的原那么，进展布点设计。设计结果为：二级槽共设5道，在槽侧面开孔，槽宽度为40mm，槽高度为200mm，两槽中心距为170mm。分布点采用三角形排列，实际设计布点数为66点，布液点示意图如图4-1所示。图4-1槽式液体分布器二级槽的布液点示意图4.1.3 布液计算液体体积流量为取，那么布液孔径为设计取4.2 液体收集及分布装置为减小壁流现象，当填料层较高时需进展分段，本次设计填料层高度Z=12m，故需分成2段，
13、两段之间设置液体收集及再分布装置。多孔盘式液体再分布器是集液体收集和在分布功能于一体的液体收集和再分布装置，其具有构造简单、紧凑、安装空间高度低等优点。故本次设计采用多孔盘式液体再分布器作为液体收集及分布装置。多孔盘式液体再分布器如图4-2所示。图4-2多孔盘式液体再分布器4.3 气体分布装置为了实现气相均匀分布，设置性能良好的气相分布装置是十分重要的。通常情况下，对于直径小于2.5m的小塔多采用简单的气体分布装置，本次设计填料塔塔径D=0.9m，可采用如图4-3所示的简单的气体分布装置。图4-3小塔气体分布装置4.4 除沫装置除沫装置的作用是为了进展气液别离，出去气体夹带的雾沫，保证后续设备
14、的正常操作。除沫装置可以安装在塔内或塔的上部，也可以作为独立的气液别离设备。丝网除沫器具有除沫效率高、压降小的特点，因此本次设计采用丝网除沫器作为除沫装置。4.5 填料支承及压紧装置4.5.1 填料支承装置填料支承装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量，一般情况下填料支承装置应具备足够的强度和刚度、开孔率，以支持填料及其所持液体的重量，防止在支撑板发生液泛，构造上应简单易于加工制造和安装，有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力。气体喷射式填料支承装置具有气体流通量自由截面率大、阻力小、承载能力强、气液两相分布效果好等特点，因此本次设计采用气体喷射式填料支承装置。4.5.2 填料限定装置为保证填料塔在工作状态下填料床层能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层构造，甚至造成填料损失，在填料层顶部设置填料限定装置。填料限定装置分为填料压板和床层限定板。填料压板常用于陶瓷填料，床层限定板多用于金属和塑料填料。本次设计选用DN38-聚丙烯阶梯环塑料填
