填料塔中水吸收丙酮的设计Word文件下载.docx
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1.1设计方案的确定………………………………………………………………1
1.2填料的选择……………………………………………………………………1
2.工艺计算…………………………………………………………………………1
2.1基础物性数据…………………………………………………………………1
2.1.1液相物性的数据………………………………………………………1
2.1.2气相物性的数据………………………………………………………2
2.1.3气液相平衡数据………………………………………………………2
2.1.4物料衡算………………………………………………………………2
2.2填料塔的工艺尺寸的计算……………………………………………………3
2.2.1塔径的计算……………………………………………………………3
2.2.2填料层高度计算………………………………………………………5
2.2.3填料层压降计算………………………………………………………7
2.2.4液体分布器简要设计…………………………………………………8
3.辅助设备的计算及选型………………………………………………………83.1填料支承设备……………………………………………………………9
3.2填料压紧装置………………………………………………………………9
3.3液体再分布装置………………………………………………………………9
4.设计一览表……………………………………………………………………9
5.后记………………………………………………………………………………10
6.参考文献…………………………………………………………………………10
7.主要符号说明……………………………………………………………………10
8.附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）
1.设计方案简介
1.1设计方案的确定
采用常规逆流操作流程．流程如下。
1.2填料的选择
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。
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；
对于水吸收丙酮的过程，操作温度及操作压力比较低，工业上通常选用塑料散装填料。
在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能比较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环材料。
填料名称
外径（mm）
比表面积（
）
空隙率
干填料因子
A
K
塑料阶梯环
38
132.5
91
170
0.204
1.75
2.工艺计算
2.1基础物性数据
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。
25℃时水的物性数据如下:
密度为
黏度为
表面张力为
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
混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查手册得25℃空气的黏度为
丙酮在空气中的扩散系数为
2.1.3气液相平衡数据
25℃下该系统的平衡关系为y=1.75x
即相平衡常数为m=1.75
亨利系数为
溶解度系数为
2.1.4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
该吸收过程属低浓度吸收，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
2.2填料塔的工艺尺寸的计算
2.2.1塔径的计算
采用EcKert通过关联图计算泛点气速
气相质量流量为
液相质量流量可以近似按纯水的流量计算即
EcKert通用关系图的横坐标为
查图得
查表得
取
圆整塔经取D=1.0m
泛点率校核
由于泛点附近流体力学性能的不稳定性，一般较难稳定操作，故一般要求泛点率在50%-80%之间，而对于易起泡的物系可低40%。
填料规格校核
（满足阶梯环的径比要求）
阶梯环的径比要求：
液体喷淋密度校核
对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小湿润速率
经以上校核可知填料塔直径选用D=1000mm合理
2.2.2填料层高度H的计算
传质单元高度oGH的计算
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算
脱吸因数为
气相总传质单元数为
液体质量通量为
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算；
所以
气膜吸收系数为
液膜吸收系数为
由
查表得
则
因为
，所以要对
校正。
，
，得
由
设计取填料塔层高度为
查得对于阶梯环填料，
，则
计算得填料层高度为5000mm，故不需分段。
2.2.3填料层压降计算
采用Eckert通用关联图计算填料层压降。
横坐标为
查表得
纵坐标为
填料层压降为
2.2.4液体分布器简要设计
液体分布器的选型
根据吸收要求和物系性质选用重力排管式液体分布器。
分布点密度计算
布液孔数应依所用填料的质量分布要求决定，喷淋点密度应遵循填料的效率越大所需的喷淋点密度越大这一规律。
由于D=900750<
D<
1200，所以42<
喷淋点密度<
所以，取布液孔数为150个/
，则总布液孔数为：
布液计算
取
，
设计
3.辅助设备的计算及选型
3.1材料支承设备
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，同时保证气液两相顺利通过。
支承若设计不当，填料塔的液泛可能首先发生在支承板上。
为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的空隙率。
此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面。
自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。
增加压强降，降低效率，甚至形成液泛。
由于填料支承装置本身对塔内气液的流动状态也会产生影响，因此作为填料支承装置，除考虑其对流体流动的影响外，一般情况下填料支承装置应满足如下要求：
1.足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量，持液量，并考虑填料隙中的持液量以及可能加于系统的压力波动，机械震动，温度波动等因素。
2.足够的开孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撑处发生液泛，为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的空隙率。
增加压强降，降低效率甚至形成液泛。
3.结构上应有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力，一般阻力不大于20Pa。
4.结构简单，便于加工制造安装和维修。
5.要有一定的耐腐蚀性。
3.2填料压紧装置
为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。
填料限定可分为类：
一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板，一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限定板。
填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。
床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其初始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。
一般要求压板和限制板自由截面分率大于70%。
3.3液体再分布装置
根据计算出的气液流量、塔径、及气液流速的综合考虑，我们选用槽式液体分布器而且安装时应高于填料100～200㎜。
4.设计一览表
题目
水吸收丙酮填料塔
流程布置
逆流
主体设备
填料塔
气液平衡关系
塔高
塔径
填料
液体分布器
重力性排管式液体分布器
填料支承板
平板型支承板
液体再分布器
槽式液体分布器
封头
标准椭圆形封头
混合气体的平均摩尔质量
31.04
混合气体的平均密度
1.268
相平衡常数
1.75
溶解度系数
0.312
进塔气相摩尔比
0.0753
出塔气相摩尔比
0.00226
进塔惰性气体流量
121.72
进塔吸收剂流量
516.397
气相质量流量
4057.6
液相质量流量
9305.48
1
泛点气速
1.905
空塔气速
1.13
泛点率校核
59.32%
脱吸因数
0.412
气相总传质单元数
5.096
传质单元高度
0.578
填料层高度
5
填料层压降
490.5
布液点数
118
布液
4.4
5后记
本塔最终塔高8米,塔径1米,使用直径为38的塑料阶梯环填料。
设计初期,查阅了大量文献,在选料前经过大量演算,最终选用此种填料,计算出来的塔径不是很大,填料高度也不高。
在填料的选型过程中,考虑到物料的特性,决定要采用塑料阶梯环。
选择液气比的时候过小，导致液体喷淋密度校核不符合。
在中间设计塔内部件时，由于知识面窄，对之了解不够深刻，个别部件设计的略显粗糙，对于最后部分塔附属高度的计算还不，甚了解，只是查阅里资料学点肤浅的东西。
最后在同学的帮助下得完成。
塔内的部件虽然经过校正都符合标，但总体来看不是很完美，考虑到第一次进行独立设计，对自己设计的图像基本满意。
在设计过程中，有很多东西书上没有，需要查阅文献，不同书上写的有略有不同，所以参数的选择上会有偏差，同时又要考虑到实际。
在设计初期，对得的一些数据没有记录号来源。
以后做设计时应避免类似错误。
6.参考文献
7.主要符号说明
E—亨利系数
—气体的粘度，
—平衡常数
—水的密度和液体的密度之比
—重力加速度，
—分别为气体和液体的密度，
—分别为气体和液体的质量流量，
—气相总体积传质系数，
—填料层高度，
—塔截面积，
—气相总传质单元高度，
—气相总传质单元数
—以分压差表示推动力的总传质系数，
—单位体积填料的润湿
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