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1、化工原理课程设计时间：2021.03.07创作：欧阳德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13（1）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。混合气体处理量为一4000im/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清水进行吸收，要求：丙酮的回收率达到95%（二）操作条件(1)操作压力IO1.6kPa(2)操作温度25(3)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
2、方案的确定和说明(2)吸收塔的物料衡算；(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)吸收塔接管尺寸计算；(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的确定11.I装置流程的确定11.2吸收剂的选电1.3操作温度与压力的确定21.4填料的类型与选择2第2章基础物性数据与物料衡算22. 1基础物性衡算22. 1.1
3、液相物性数据23. 1.2气相物性数据34. 1.3气液相平衡数据45. 2物料衡算4第3章填料塔的工艺尺寸计算56. 1塔径的计算73. 2泛点率的校核63. 3填料规格校核63. 4液体喷淋密度校核73. 5填料塔填料高度的计算71. 5.1传质单元数的计算73. 5.2传质单元高度的计算84. 5.3填料层高度的计算103.6填料塔附属高度的计算103.7填料层压降的计算11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液体分布器的选型的4.1.2分布点密度计算124.1.3布液计豆04.2液体收集及分布装置134.3气体分布装置144.4除沫装置144. 5填料
4、支承及压紧装置144.5.1填料支承装置承4.5.2填料限定装置154.6裙座154.7人孔16第5章填料塔的流体力学参数计算165. 1吸收塔主要接管的计算165 .1.1液体进料管的计算166 .1.2气体进料管的计算165. 2离心泵和风机的计算与选型175. 21离心泵的计算与选型176. 2.2风机的计算与选取19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
5、，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。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。第1章填料塔主体设计方案的确定1.1 装置流程的确定因为逆流操作的传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，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
6、塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出。1.2 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 操作温度与压力的确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
7、尘等装置中；在散装填料中，同类填料的尺寸越小，分离效率越高，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，使塔的分离效率降低1。综上分析，本次设计采用DN38-聚丙烯阶梯环填料。第2章基础物性数据与物料衡算2.1 基础物性衡算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。由手册查得，常压、25C时水的相关物性数据如下：密度为p1.=997.043kgm?粘度为R1.=0.0008937Pas=3.217kg/(mh)则Io1.6kPa,25C时，水的粘度为r.=0.0008937X1016=0.00089
8、63Pas=3.227kg/(mh)101.3查手册3得20时丙酮在水中的扩散系数为D=I.1.6x1.9m2s=4.1.8x106m2h则25C时丙酮在水中的扩散系数为D=D(p0-)(-)3/2=1.16x10-9()x()3/2=1.19x1.O-9m2s=4.28x10-6m2h1.1.opTo101.6293.132.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mv=2Mi=0.06x58+(I-0.06)x29=30.74混合气体的平均密度为p-PMrH101.6X30.74oo.p-rv=1.22kgm3RT8.314x308.13混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得常压
9、下、20C时空气的粘度为R=1.81X10-5Pas=0.06516kg(mh)则在IOI.6kPa、25C时空气的粘度为T3(-)2(T+110.4)r7o_:_0Ro7+110.4(-)3-+1.,0.4)(298.13)3X(293.13+110.4)R=RZo=1.81x10-5x293J3VOT+110.4298.13+110.41.83x1.O-sPas=0.066kg/(mh)在IO1.3kPa,20时，查手册丙酮在空气中的扩散系数为D=110-5m2s则IO1.6kPa,25时，丙酮在空气中的扩散系数为273.13+ 25 1X 105 x( ) 1.81 x(V273.13
10、+ 20101.6)=1.03x1.O5m2s=0.0372m2h101.32.1.3气液相平衡数据查手册得，常压下20时丙酮在水中的亨利系数为E=21.1.5kPa相平衡常数为E2H.5/=2.08P101.6溶解度系数为，ai997043H=(25叫211.5x182.2物料衡算进塔气相摩尔比为06-=0.06381.-y1-0.06出塔气相摩尔比为r=y(1.-n)=0.0638x(1-0.95)=0.0031921进塔惰性气相流量为4000273.13V=Xx(1.-0.06)=148.8kmo1.h22.4273.13+35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
11、算，即m2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为0.0638-0.00319=1.976min0.0638八-02.08取操作液气比为-=1.4(1.)VVmin-=1.4X1.976=2.77V1.=2.77X148.8=412.2kmo1.hV(Y-Y)=1.(X-X)Y-X+vfy1-+M(00638000319).0.02191.1.412.2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3r=p1.=1.22x4000=4880kgh液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即31.=1.M5-412.2X18=7419.6kgh则ECkert
12、通用关联图的横坐标为3p7419.61.22一(v)o.5=X()o.5=0.0543yp1.4880997.043查图5-32得U2VP-F-FV1.I0.2=0.13gP查表5-1.1.1.W二170m-i:0.13gp,0.13x9.81x997.043、,1.,=2.5msYVP旦o.2卜170x1.x1.22x1.o.2u=0.7uF=0.7X2.5=1.75ms.m,400036000.808m,3.14x1.75圆整塔径，D=0.8m3.2 泛点率的校核4000/3600=2.21ms 0.785 X O.82221-X100%=88.4%（不在允许范围内）2.5则填料塔塔径取D
13、=900mm=1.75ms0.785X0.92175X100%=70%（在允许范围内）2.53.3 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(1.)i=0.08m(mh)查附录5得a-132.5m2m3iUy(1.)i=O.O8x132.5=1.6m3(m2h)U=74196/997。43二H70U0.785。20.785x0.92min经以上校核可知，填料塔直径选用。二90Omm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X=0.0219X2=0匕=mX=2.08x0.0219=0.046H=O2塔底吸收推动力为A彳=彳.彳=0
14、.0638-0.046=0.0178塔顶吸收推动力为AY2=Y2-h=0.00319-0=0.00319对数平均推动力为AymAY-A工J+A1.-力A Y20.0178-0.00319-in业 8 0.003190.00850气相总传质单元数为NOGy-ro.0638-0.003190.00850=7.133.5.2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:aeUj-1-ex-1.45()0.75(1.ae“旦).1.(0/)-0.05(P，2gU2、1.-)0.2pea查表5131得e=33dyncm=427680kgh液体质量流量为(m2 h)7419.6=11668.79kg/0.785X0.9211668.79132.5x3.2271.1.eXP545(a42)o.75(932731)。/(11668
