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丙酮气体填料吸收塔的设计

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第一章丙酮气体填料吸收塔的设计1.1概述吸收是利用气体在液体中的溶解度差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。

用于吸收的设备类型很多，如我们常见的填料塔、板式塔、鼓泡塔和喷洒塔等。

但工业吸收操作中更多的使用填料塔，这是由于填料塔具有结构简单、容易加工，便于用耐腐蚀材料制造，以及压强小、吸收效果好、装置灵活等优点，尤其使用于小塔径的场合。

1.2 设备的选用在本次课设中，要求用地下水吸收丙酮气体，且丙酮含量较低，故选用填料塔。

这是由于填料塔具有结构简单、容易加工，便于耐腐蚀材料制造，以及生产能力大、压降小、吸收效果好、操作弹性大等优点。

在工业吸收操作中，填料塔被广泛应用。

填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，它的结构和安装相对于板式塔简单。

塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。

支撑板上的填料有乱堆和整砌两种方式。

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。

填料层中的液体有向塔壁流动的趋势，因此填料层较高时往往将其分为几段，每一段填料层上方设有再分布器，将沿塔壁流动的液体导向填料层内。

近些年来，由于性能优良的新型填料不断开发，改善了填料层内气液两相的分布与接触情况。

促使填料塔的应用日趋广泛。

1.3 流程方案的确定1.3.1 流程方案用地下水吸收，水来自地下或水槽，由于是逆流操作，需要泵将水抽到塔顶；还需一个泵将吸收液送走，由于丙酮不具有腐蚀性，故不需要防腐泵。

气体则需选用风机。

泵和风机一个型号需配置两台，供替换使用。

详细流程参见流程图。

1.3.2流程布置由于逆流操作时平均推动力大，吸收剂利用率高，完成一定分离任务所需传质面积小，故可以暂定为逆流。

对于无相变传热，当冷、热流体的进、出口温度一定时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流量，所需传热面积较小。

就增加传热推动力而言，逆流操作总是优于并流。

此时吸收剂用量未知，我们可以按照逆流进行物料衡算得出吸收剂用量后，以此作为一个评判标准，判断是否该用逆流。

1.3.3 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，选择吸收剂用量时应着重考虑以下几个方面：1，溶解度要大，以提高吸收率并减少吸收剂的需用量；2，选择性要好，对溶质组分以外其他组分的溶解度要很低或基本不溶；3，挥发度要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的会发；4，操作温度下吸收剂应具有较低的粘度，且不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气液接触状况；5，对设备腐蚀性小或基本无腐蚀性，尽可能无毒；6，价廉、易得、化学稳定性要好，便于再生，不易燃烧等。

由于地下水具有以上优点，因此选用地下水为吸收剂。

1.4 填料的选择1.4.1 对填料的要求在本次课设中，选用两种填料进行计算，最终根据计算结果择优。

填料塔对填料的要求表现在以下几方面：1.比表面积a要大。

t2.能提供大的流体通量。

3.液体的再分布性能要好。

4.要有足够的机械强度。

5.价格低廉。

1.4.2 填料的选取首先选择颗粒填料，这是由于规整填料在装卸、清理时相对困难，且造价也高。

其次，要进行两种填料间的比较，则应选用相同的外径，这样才具有可比性。

根据塑料材质多用于操作温度较低的吸收、水洗等操作的特点，可选用塑料材质；根据陶瓷材质耐腐蚀性、耐湿性强，价格便宜，多用于物系具有腐蚀性、操作温度高等特点，可选用陶瓷材质；选用外径为38mm的瓷质填料，虽然此时不知道塔径及径比，可填料的尺寸一旦大了，效率就变低，一般50mm以上的大填料，虽然成本合算，但通量的提高不能补偿成本的降低，大塔中常见，据此，选用38mm的填料外径。

综上所述，选取的两种填料见表1-1第二章工艺计算2.1 概述整个工艺计算过程包括以下几点：1. 确定气液平衡关系。

2. 确定吸收剂用量及操作线方程。

3. 填料的选择。

4. 确定塔径及塔的流体力学性能。

5. 填料层高度的计算。

6. 管路及辅助设备的计算。

2.2 气液平衡关系由于原料气组成中，丙酮占 1.5%，含量较低，属于溶解度较小的难溶气体或低浓（1.0<x ）气体混合物溶于溶剂中，用地下水吸收时不会产生热效应，对气液平衡关系和吸收速度没有明显影响，属于等温吸收。

因此吸收操作中的气液平衡关系可用亨利定律描述。

即：Ex p e = （2-1）式中：e p —— 溶质的气相平衡分压，KPa;x —— 溶质在平衡液相中的摩尔分率，无因次； E —— 亨利系数，KPa.亨利定律表明，稀溶液上方的溶质分压与该溶质在平衡液相中的摩尔分率成正比，其比例系数称为亨利系数，亨利系数越大表示溶质在溶剂中的溶解度越小。

如果溶液的浓度不用摩尔分率而改用体积摩尔浓度c 来表示，则亨利定律也可写成：e p =Hc（2-2） H —— 溶解度系数，H 越大则溶质在溶剂中的溶解度越大。

亨利定律还可表示：mx y e = （2-3）e y —— 溶质在气相中的摩尔分率，m 称为相平衡常数，m 越大溶质越难溶。

亨利系数E 和相平衡常数m 间的关系为：PEm =（2-4） p 为操作系统的总压强。

当溶质在液相中的浓度比较低时（05.0<x ),亨利系数E 和溶解度系数H 间的关系可表示为：sEM H ρ=（2-5）式中：s M ——溶质的分子量，Kmol Kg ； ρ ——溶液的密度，3m Kg2.3 平衡关系的确定操作条件下，进入吸收塔气体的摩尔流量：h Kmol V V V m 64.444.221000===标总 操作条件下，进入吸收塔惰性气体的摩尔流量：h Kmol V V 93.47)015.01(64.44)1(=-⨯=-⨯=ϕ总惰操作条件下，进入吸收塔丙酮气体的摩尔流量：h Kmol V V 67.0015.064.44=⨯=⨯=ϕ总丙酮因为气体中丙酮的体积分率为1.5%，所以015.01=y 进塔气体中丙酮的组成为（下标： 1—塔底 ； 2—塔顶）:0194.0019.01019.01111=-=-=y y Y 00194.0)9.01(0194.0)1(12=-⨯=-⨯=ϕY Y 当01.0<x 时，由以下公式计算得出亨利系数E ： ]1[)2040(165.7lg T E -= 代入数据得：)]41273(2040[165.7lg +-=E解得：KPa atm E 06.4723.10166.466.4=⨯==由公式（2-4）得：27.559.8906.472===P E m由公式m YX e 11=；（1e X — 与1Y 平衡的液相组成）得：00368.066.400194.011===m Y X e2.4 吸收剂用量及操作线的确定 2.4.1物料衡算如图2-3，对于逆流操作的吸收塔，在任意截面M-N 与塔顶或塔底作物料衡算：LX VY LX VY +=+11 或 LX VY LX VY +=+222.4.2 吸收剂用量的确定1.最小吸收剂用量2121minX X Y Y V L e ---=⎪⎭⎫ ⎝⎛（2-5）2121m in X X Y Y VL e --=（2-6）式中： V — 惰性气体流率，Kmol/h min L — 最小吸收剂用量 Y,X — 气相和液相组成 由公式（2-6）得：h Kmol X X Y Y VL e 61.29000368.000194.00194.031.612121min =-⨯=--=2.吸收剂用量min min)0.2~1.1()0.2~1.1(L L V L V L =⎪⎭⎫⎝⎛=或 取min 5.1L L =，即：h Kmol L L 91.43561.2905.15.1min =⨯==2.4.3 操作线方程的确定由以上计算得操作可得操作线方程为：⎪⎭⎫⎝⎛-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=2211X V L Y X V L Y X V L Y X V L Y 或 由于是清水吸收，故2X =0,代入数据得操作线方程为： 00194.011.7031.6191.43500194.031.6191.435+=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-+=X X Y 平衡线方程为：X mX Y e 27.5==出塔液相丙酮的摩尔比为：0025.0)00194.00194.0(91.43531.61)(2211=-⨯=+-=X Y Y L V X出塔液相中丙酮的摩尔分数：0025.00025.010025.01111=+=+=X X x 2.5 物性参数的计算 2.5.1气相密度的计算塔底混合气摩尔质量：mol M M M g 55.2929981.008.58019.0985.0015.01=⨯+⨯=⨯+⨯=空气丙混塔底混合气密度：311kg 014.1314314.855.2959.89m RT PM V =⨯⨯==混ρ 塔顶混合气摩尔质量：0019.000194.0100194.01222=+=+=Y Y y mol g M 06.292900194.0108.5800194.02=⨯-+⨯=）（混塔顶混合气密度：==RTPM V 22混ρ0.997 kg/m 3气相密度：=+=221V V V ρρρ 1.066kg/m 32.5.2 液相密度塔顶液的密度：324.999m kg L ==水ρρ塔底液密度：kg m 58.79081891.4359.008.5819.1=⨯+⨯⨯=总3928.74.9991891.43508.8049.008.5819.1m m m V =⨯+⨯⨯=+水水丙酮丙酮总＝ρρ31/55.997928.758.7908m kg V m L ===总总ρ液相密度;221L L L ρρρ+==3/48.998255.9974.999m kg =+ 2.5.3液体粘度塔顶液粘度：查资料得：s mPa L ⋅==2363.12水μμ 塔底液粘度:查资料得：=丙酮μ0.379mPa ·s由公式[]2111lg )1lg lg 水丙酮（μμμx x L -+=可得塔底液粘度1L μ； 代入数据得：=1L μs mPa ·2327.1液体粘度：=+=221L L L μμμs mPa ·2345.122363.12327.1=+2.5.4 气体粘度查表可得：C o 时，=丙酮μ；s mPa ⋅=0129.0空气μ∑∑=21211iii i i V My M y μμs mP ·001912.0299981.008.580019.02901915.09981.008.580082.00019.02/12/12/12/1=⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯===∑∑21212iii i i V My M y μμs mP ·01885.029981.008.58019.02900915.0981.008.580082.0019.02/12/12/12/1=⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=+=221V V V μμμs Pa ·10899.1201912.001885.05-⨯=+2.5.5液体的质量流量：塔顶的质量流量：=⨯=水M L W L 2h kg /38.78461891.435=⨯塔底的质量流量：=+=ϕ丙酮丙酮M V W W L L 21h kg /58.79089.019.108.581891.435=⨯⨯+⨯液体的质量流量：=+=221L L L W W W h kg /48.7877238.784658.7908=+2.5.6气体的质量流量塔底的质量流量：=+=空气空气丙酮丙酮M V M V W V 1h kg /11.184708.5819.12931.61=⨯+⨯塔顶的质量流量：=-=ϕ丙酮丙酮M V W W V V 12h kg /90.1784气体的质量流量:=+=221V V V W W W h kg /01.1816290.178411.1847=+2.6 塔径的计算 2.6.1 泛点气速填料塔塔径的大小是根据生产能力与空塔气速来计算的。

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水吸收丙酮填料吸收塔课程设计

水吸收丙酮填料吸收塔课程设计

目录第1章概述 .................................................................................- 1 -1.1吸收塔的概述....................................................................... - 1 -1.2吸收设备的发展 .................................................................... - 1 -1.3吸收过程在工业生产上应用....................................................... - 2 - 第2章设计方案............................................................................- 3 -2.1设计任务 ............................................................................ - 3 -2.2吸收剂的选择....................................................................... - 3 -2.2吸收流程的确定 .................................................................... - 4 -2.3吸收塔设备的选择 ................................................................. - 5 -2.4吸收塔填料的选择 ................................................................. - 5 - 第3章吸收塔的工艺计算.................................................................- 9 -3.1基础物性数据....................................................................... - 9 -3.1.1液相物性数据................................................................ - 9 -3.1.2气相物性数据................................................................ - 9 -3.1.3气液相平衡数据 ........................................................... - 10 -3.2物料衡算 .......................................................................... - 10 -3.3填料塔的工艺尺寸的计算 ....................................................... - 11 -3.3.1塔径的计算 ................................................................ - 11 -3.3.2填料层高度计算 ........................................................... - 12 -3.4填料层压降的计算 ............................................................... - 14 - 第4章塔件及附属设备的计算 ......................................................... - 15 -4.1液体分布器的计算 ............................................................... - 15 -4.2填料塔附属高度的计算 .......................................................... - 15 -4.3填料支撑板........................................................................ - 16 -4.4填料压紧装置..................................................................... - 16 -4.5液气进出管的选择 ............................................................... - 17 -4.6液体除雾器........................................................................ - 17 -4.7筒体和封头的设计 ............................................................... - 18 -4.8人孔的设计........................................................................ - 19 -4.9法兰的设计........................................................................ - 19 - 第5章设计总结.......................................................................... - 21 -符号说明 ................................................................................... - 23 -参考文献 ................................................................................... - 23 -第1章概述1.1吸收塔的概述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。

水吸收丙酮吸收塔设计

水吸收丙酮吸收塔设计

目录目录 (I)摘要.............................................................. I 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 (1)1.3吸收在工业生产中的应用 (2)第2章设计方案 (3)2.1 吸收剂的选择 (3)2.2 吸收流程的选择 (3)2.3吸收塔设备及填料的选择 (4)2.4 吸收参数的选择 (5)第3章吸收塔的工艺计算 (6)3.1 基础物性数据 (6)3.1.1 液相物性数据 (6)3.1.2 气相物性数据 (6)3.1.3 气液相平衡数据 (6)3.2 物料衡算 (7)3.3 填料塔的工艺尺寸的计算 (7)3.3.1 塔径的计算 (7)3.3.2 填料塔填料层高度的计算 (9)3.4 塔附属高度的计算 (12)3.5 液体初始分布器和再分布器的选择与计算 (12)3.5.1 液体分布器 (12)3.5.2 液体再分布器 (12)3.5.3 塔底液体保持管高度 (13)3.6 其他附属塔内件选择的选择 (13)3.7 吸收塔的流体力学参数计算 (13)3.7.1 吸收塔的压力降 (13)3.7.2 吸收塔的泛点率 (14)3.7.3 气体动能因子 (14)3.8 附属设备的计算与选择 (15)3.8.1 离心泵的选择与计算 (15)3.8.2 吸收塔的主要接管尺寸的计算 (16)结论 (18)主要符号说明 (19)主要参考文献 (20)附录 (21)结束语 (23)教师评语 (24)摘要气液两相的分离是通过它们密切的接触进行的，在正常操作下，气相为连续相而液相为分散相，气相组成呈连续变化，气相中的成分逐渐被分离出来，属微分接触逆流操作过程。

填料塔具有较高的分离效率，因此根据丙酮和空气的物理性质和化学性质分析，应该采用填料塔来分离气相中的丙酮。

本次设计任务是针对二元物系的吸收问题进行分析、设计、计算、核算、绘图，是较完整的吸收设计过程，并通过对填料塔及其填料的计算，可以得出填料塔和填料及附属设备的各种设计参数。

填料吸收塔工艺设计框

填料吸收塔工艺设计框

填料吸收塔工艺设计框①n=0.6～0.8水吸收丙酮填料吸收塔1、设计用水吸收丙酮常压填料塔，其任务及操作条件。

（1）混合气（空气，丙酮，蒸气）处理量1000m/h。

（2）进塔混合气含丙酮体积分数1.65%，相对温度70%，温度35%。

（3）进塔吸收剂（清水）的温度25%。

（4）丙酮回收率82%。

（5）操作压力为常压操作。

2、吸收工艺流程的确定采用常规逆流操作流程，流程说明从略3、物料计算（1）进塔气体中各组分含量近似取塔平均操作压 混合气量n=1000× 273 kmol/h 273+35混合气体中丙酮含量n=39.57*0.0165=0.65kmol/h M=0.56*58=37.7kg/h 查附录（化工原理），35C 饱和水蒸汽压强为5623.4Pa ，则每Kmol 相对温度为70%的混合气体中含水蒸汽量。

/Kmol （空气+丙酮）=1.54（Kmol/h ） m=1.54×18=27.72 （Kg/h ）混合气体中空气量n=39.57-0.65-1.54=37.38 （Kmol/h ） m=37.38×29=1084.02 （Kg/h ） （2）混合气体进出塔（物质的量）组成 已知：y 1=0.0165 Y 2=0.003（3）混合气体进出塔（物质的量）组成若将气体与水蒸气视为惰性气体，则惰性量n=37.38+1.542=38.92（Kmol/h ） m=1084.02+27.72=1111.74（Kg/h ）Y 丙酮/ KmolY =0.003 Kmol/h 丙酮/ Kmol （4×（1-0.82）=39.037（Kmol/h ）M=1111.74+37.7×0.18=1118.53（Kg/h ） 4、热量衡算热量衡算为计算液相对温度的变化，以判断是否为等温吸收过程，假设丙酮溶于水放出的热量全部被水吸收，且本略气相温度变化及塔的散热损失（塔的保温良好）查于（化工工艺算图）常用物料物性数据。

丙酮气体吸收装置的工艺设计

丙酮气体吸收装置的工艺设计

塔填料的选择是填料塔设计中最重要的一环，一般要求塔填料具有较大的通量，较低的压强，较高的传质效率，同时操作弹性大，性能稳定，能满足物系的腐蚀性，污堵性，热敏性等特殊要求，填料的强度要求高，便于塔的拆装，检修，并且价格要低廉。

为此填料应具有较大的比表面积，较高的空隙率，结构要敞开，死角空隙小，液体的再分布性能好，填料的类型，尺寸，材质选择恰当。

一填料类型现代工业填料按形状和结构可分为规整填料和颗粒型填料两大类型。

（一）颗粒型填料（乱堆填料）颗粒型填料一般为湿法或干法乱堆的散装的填料。

•拉西环拉西环是应用最早的一种填料。

其结构简单，价廉，可用陶瓷，钢材，硅，有色金属，塑料等多种材料制造。

拉西环在塔内易产生壁流效应和内部沟流，其通量与传质效率均逊于其他颗粒填料，目前应用也日趋减少。

•鲍尔环鲍尔环是在拉西环壁上加开一层或两层长方形内弯的小窗。

与拉西环相比，鲍尔环由于环壁开孔，对气流的阻力较小，通量大，传质效率高，操作弹性大。

可用金属，塑料，陶瓷制造，是目前应用最多的一种填料，但价格较拉西环高。

•矩鞍填料矩鞍填料是在弧鞍填料基础上改进的一种敞开式填料。

矩鞍填料在填料床层中相互重叠部分比弧鞍填料明显少，床层均匀，空隙率大，对气流的较拉西环小，传质效率高，多用陶瓷制作。

•阶梯环阶梯环是近年开发的一种填料。

填料高度为鲍尔环高度的一半，在一端环壁上开有长方形孔，环内有两层交错45 ° 的十字形翅片，另一端为喇叭口。

由于绕填料外壁流过的气体平均路径较鲍尔环短，而喇叭口又增加了填料的非对称性，使填料在床层中以点接触为主，床层均匀，空隙率大，气流阻力小，点接触利于下流液体的汇聚与分散，利于液膜的表面更新，故传质效率高，通量较鲍尔环提高 10% ，压强减少约 25% 。

阶梯环可用陶瓷，塑料，金属材料制作。

•金属环矩鞍金属环矩鞍填料是介于开孔环填料与矩鞍填料之间的一种新型颗粒填料。

它既有类似开孔环形填料的圆形开孔和内伸舌片，又有类似矩鞍填料的侧面，使其侧壁极开放，利于气液通过，内部滞液死角极少，填料层内液体分布状况改善，壁流减少，气液阻力小，通量大，效率提高。