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1、化工原理课程设计水吸收丙酮填料塔的设计学院医药化工学院专业应用化学（精细化工方向）课程设计任务书（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_3000_m3/ho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350采用25清水进行吸收。要求：丙酮的回收率达至L96%一塔顶排放气体中丙酮含量低于。（说明：和条件满足其一）（二）操作条件（1）操作压力101.6kPa（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
2、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1前言I2设计方案的确定和填料的选择I2.1 设计方案的确定12.2 填料的选择13基础物性数据I3.1 液相物性数据I3.2 气相物性数据23.3 气液相物性数据34吸收塔的物料衡算35填料塔的工艺尺寸的计算45.1 塔径计算45.2 填料层高度计算65
3、.2.1 传质单元数NOG的计算65.2.2 传质单元高度Hog的计算65.3 填料层的分段86填料层压降的计算87液体分布器简要设计97.1 液体分布器的选型97.2 分布点密度计算97.3 布液计算97.4 液体保持管高度IO8绘制液体分布器施工图Il9其他填料塔附件的选择119.1 填料支承设备Il9.2 填料压紧装置119.3 液体再分布器129.4 除沫装置1210塔的总高度计算12Il吸收塔接管尺寸的计算1211.1 液体进料管1311.2 气体进料管1312泵和风机的计算和选型1312.1 离心泵的选型和计算1312.2 风机的计算和选型1413设计参数一览表1514对设计过程的
4、评述和有关问题的讨论16参考文献171前言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。该吸收任务的设计思路是首先要进行物料核算，再选用合适的回流比确定出吸收剂的用量，并根据所选填料类型确定塔高及塔径，其次根据压降及风量确定泵和风机的选型，进而可依照吸收任务和物系特点选用合适的吸收塔附件，最后结合所得数据和设备特征绘制工艺流程图和主设备图，具体的计算和参数参考各种设计手册。2设计方案的确定和填料的选择2.1 设计方案的确定用水吸收丙酮属低浓度吸收，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用清水作为吸收剂，用量很大，丙酮为单一吸收组分，故可认为是单组分、低浓度、等温吸收
5、过程。2.2 填料的选择对于水吸收丙酮的过程，操作温度及操作压力较低，且考虑到丙酮成本和性能的问题，工业上通常选用塑料散装填料，润湿性较差。在塑料散装填料中，塑料阶梯环的综合性能较好，故选用DN38的聚丙烯阶梯环填料，堆积方式为乱堆。3基础物性数据空气的分子量：29；丙酮的分子量：58.079；水的分子量：18.015常压：101.325kPa；操作温度：25操作压力：101.6kPa3.1液相物性数据因进口混合气中含丙酮蒸汽6%（体积百分数），属低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得,25C时水的有关物性数据如下:密度为0=748kgm3黏度为A=0-8904mPa
6、s=3.205kg(mh)表面张力为1=71.97dyncw=932731.200Ag/查得20。C时丙酮在水中的扩散系数为Do=I.16x10s,因吸收剂清水的用量很大，且丙酮的浓度较低，故溶液在不同温度下的黏度可近似取为溶剂即水相应温度下的黏度，查得20。C时水的黏度为LOO2mFas则由校正公式可得25。C时丙酮在水中的扩散系数为：D,=1.16X1092711525xl002=13276x109m2/s=4.779106w2/?l273.15+200.89043.2气相物性数据该混合气可视为理想气体，等温等压下，体积分数等于摩尔分数，即进口混合气中丙酮的摩尔分数为6机混合气体的平均摩尔
7、质量为Mvm=ZyM=0.0658.079+0.9429=30.745混合气体的平均密度为PMv v =-Vm RT101.630.7458.314308.15= 1.219kgm3混合气体的黏度可近似取为空气的粘度，查手册得35。C时空气的黏度为：yf=0.0185mPas=0.067kg(mh)因找不到条件合适的扩散系数，故可借助麦克斯韦尔-吉利兰公式进行估算：J3559XuY73.15。5严58.079+29“殷XlMgS101.6(44.2,z3+29.9,z3)258.07929其中丙酮的分子体积可由原子体积加和求得，即：vbA=14.63+3.76+7.4=44.2cn,/tnol
8、则35C时丙酮在空气中的扩散系数为：Dv=1.1962XK)T机2/s=o.o43z112/。3.3气液相物性数据查得25时丙酮相平衡常数为ah=1.75则在水中的亨利系数为E=wp=1.75101.6=177.SkPa溶解度系数997.048177.8x18.015=0. 470kmol(kPam3)4吸收塔的物料衡算进塔气相摩尔比为=0三8出塔气相摩尔比为Y2=Y1(1-)=0.0638(1-0.96)=0.00255人丙酮的回收率(96%)进塔惰性气相流量为300027315V=(1-0.06)=H5.337kmoVh22.4273.15+25该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小
9、液气比可按下式计算，即nun二 fYJtn-X2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=OJ、0.0638-0.00255“八()min=1.680V0.0638/1.75-0取操作液气比为=25min=2.5x1.680=4.2(经后续的推算得知实际液气比要取到最小液气比的2.5倍)吸收剂进塔流量L=4.2X115.337=484.415kmolhV(Y1-Y2)=L(X1-X2)出塔液相组成_V(r,-r2)_115.337X(0.0638-0.00255)_nn1lr0rU=U.U1L484.4155填料塔的工艺尺寸的计算5.1 塔径计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速。气相质量流
10、量为wv=30001.219=3657kgh因丙酮含量很低，故液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即Wi=18.015484.415=8726.736Ag/hL219 产 997 .(H8= 0.086Eckert通用关联图的横坐标为：wkjA)0.5=8726/736WVPL3567查通用关联图得=0,143gPl查散装填料泛点填料因子平均值表得f=170tw,因液相密度近似取纯水的密度，故液相密度校正系数为W=PQPL=2.628?/sO.143g0_I0.1439.81997.048fPvJl2V17O11.219O.89O4o2取u=0.7uf=0.72.628=.ms(对于散装填料，
11、其泛点率的经验值为%=0.50.85)=0.76() mD=/4Vs./4x3000/3600VuV3.141.840圆整塔径，取D=0.8m泛点率校核:3000/36000.785 0.82=1.659/77 / S=L负2X100%=63.13%(在允许范围内)UF2.628填料规格校核:=警238液体喷淋密度校核:对于直径不超过75mm的散装填料,取最小润湿速率为(AV)min=8/m/查常用散装填料的特性参数表国得at=132,5m2m3最小喷淋密度Umin=(Zw)mint=0.08132.5=10.6m3/(m2h)U=WjPL=8726.736/99Z048一17422U0.78
12、5D20.7850.82m经以上校核可知，填料塔直径选用D=800mm合理。5.2 填料层高度计算5.2.1 传质单元数NOG的计算R=燧l=l.75X0.0146=0.0256=fnX2=0脱吸因数为484.415气相总传质单元数为Y-YInLT+S= 4.645L2-21-0.4175.2.2 传质单元高度HOG的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：区=1exp-1.45（丝严5（旦严（空尸。5（工_产4OL4MPigPLOL%J查常见材质的临界表面张力值表得r=33n/cm=427680kgh2（聚丙烯塑料阶梯环DN38）且前面已知t=71.97dyncm=932731.2k
13、gh2b=0.89046Pas=3.205kg（mh）al=132.5m2/m=997.048kgnf液体质量通量为ULWL?267逅=17370.096kg/(m2h)0.7850.82= l-exp-1.45(427680932731.2z 17370.096 x0()132.5x3.205z 17370.0962132.5 LOO5X () U3 X997.04821.2710817370.0960.21997.048x932731.2x132.5,=0.072气膜吸收系数由下式计算:kG =0.237(旦产(也 a,v pvDv RT气体质量通量为wv _3657D2 0.7850.8
14、2 4=7279.06 Ikg / (m2 h)7*曲 =0.0648液膜吸收系数由下式计算:后乙=0.0095(-=-户缰户44 PLDL Pl= 0.00917370.096 YzY 3.2050.072x132.5x3.205； 1997.048 4.77910-6,z7 3.205x1.27x1()8、997.0481/3=1.864由kGa=kGay查常见填料的形状系数表得=1.45(开孔环)kca=kcawu=0.06480.072132.5X1.45u=0.930kmoV(m3hkPa)kla=1.8640.072X132.5X1.45=20.6321/h=63.13%50%UF由k6a=l+9.5(-0.5)14IkGa
