水吸收丙酮的填料塔设计说明.docx
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水吸收丙酮的填料塔设计说明
大学京江学院
填料吸收塔课程设计说明书
专业
班级
姓名
班级序号
指导老师
日期
成绩
前言…………………………………………….…………..………2
水吸收丙酮填料塔设计………………………………….……………2
一任务及操作条件………………………………….….…………….2
二吸收工艺流程的确定……………………………………………...2
三物料计算……………………………………………………………3
四热量衡算…………………………………………….…………......4
五气液平衡曲线…………………………………………………...…5
六吸收剂（水）的用量Ls……………………………….……………...5
七塔底吸收液浓度X1…………………………………………..…….6
八操作线…………………………………………….......…………….6
九塔径计算……………………………………………………………6
十填料层高度计算………………………………...………………….9
十一填科层压降计算…………………………………………...........13
十二填料吸收塔的附属设备……………………….…………..…….13
十三课程设计总结………………………………...………………….15
十四主要符号说明……………………………………...………….....16
十五参考文献………………………………………..………………..17
十六附图………………………………………………………………18
前言
塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。
根据塔气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。
板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。
工业上对塔设备的主要要求：
（1）生产能力大
（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等。
塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。
板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。
填料塔由填料、塔件及筒体构成。
填料分规整填料和散装填料两大类。
塔件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。
与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：
生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。
水吸收丙酮填料塔设计
一任务及操作条件
混合气（空气、丙酮蒸汽）处理量：
8000。
进塔混合气含丙酮15％（体积分数）；相对湿度:
70％；温度:
25℃；
进塔吸收剂（清水）的温度25℃；
丙酮回收率：
95％；
操作压力为常压。
二吸收工艺流程的确定
采用常规逆流操作流程．流程如下。
三物料计算
（l）.进塔混合气中各组分的量
近似取塔平均操作压强为101.3kPa，故：
混合气量＝8000（273/273+25）×＝327.18kmol／h
混合气中丙酮量＝327.18×0.15＝49.08kmol／h
＝49.08×327.18＝16058kg／h
查附录，25℃饱和水蒸气压强为3168.4Pa，则相对湿度为70％的混合
气中含水蒸气量＝=0.0224kmol（水气）/kmol（空气十丙酮）
混合气中水蒸气含量＝＝7.17kmol／h（《化工单元操作及设备》P18916-23）
＝7.17×18＝129.03kg／h
混合气中空气量＝327.18－49.08-7.17＝270.93kmol／h
＝270.93×29＝7856.97kg／h
（2）．混合气进出塔的（物质的量）成
＝0.15,则
==0.0087
（3）．混合气进出塔（物质的量比）组成
若将空气与水蒸气视为惰气，则
惰气量＝270.93十7.17＝278.1kmol／h
＝7856.93＋129.03＝7985.96kg／h
Y1==0.176kmol（丙酮）/kmol（惰气）
Y2==0.0088kmol（丙酮）/kmol（惰气）
（4）．出塔混合气量
出塔混合气量=278.1+49.08×0.05=280.55kmol/h
=7985.96+16058×0.05=8788.86kg/h
四热量衡算
热量衡算为计算液相温度的变化以判明是否为等温吸收过程。
假设丙酮溶于水放出的热量全被水吸收，且忽略气相温度变化及塔的散热损失（塔的保温良好）。
查《化工工艺算图》第一册，常用物料物性数据，得丙酮的微分溶解热（丙酮蒸气冷凝热及对水的溶解热之和）：
=30230＋10467.5=40697.5kJ／kmol
吸收液（依水计）平均比热容＝75.366kJ／kmol·℃，通过下式计算
对低组分气体吸收，吸收液浓度很低时，依惰性组分及比摩尔浓度计算较方便，故上式可写为：
依上式，可在x＝0．000~0.009之间，设系列x值，求出相应x浓度下吸收液的温度，计算结果列于表1第l，2列中。
由表中数据可见，浓相浓度x变化0.001时，温度升高0.54℃，依此求取平衡线。
表1各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据
X
t
E
m
Y*×103
0
25
211.5
2.088
0
0.001
25.54
217.6
2.148
2.148
0.002
26.08
223.9
2.210
4.420
0.003
26.62
230.1
2.272
6.816
0.004
27.16
236.9
2.338
9.352
0.005
27.7
243.7
2.406
12.025
0.006
28.24
250.6
2.474
14.844
0.007
28.78
257.7
2.544
17.808
0.008
29.32
264.96
2.616
20.928
0.009
29.86
272.27
2.909
24.192
注：
（1）气相浓度相平衡的液相浓度X1＝0.0049，故取＝0.009；
（2）平衡关系符合亨利定律，与液相平衡的气相浓度可用y*＝mX表示；
（3）吸收剂为清水，x＝0，X＝0；
（4）近似计算中也可视为等温吸收。
五气液平衡曲线
当x＜0.01，t＝15~45℃时，丙酮溶于水其亨利常数E可用下式计算：
1gE＝9.171－[2040／（t十273）]
由前设X值求出液温℃，依上式计算相应E值，且m＝，分别将相应E值及相平衡常数m值列于表1中第3、4列。
由y*＝mX求取对应m及X时的气相平衡浓度y*，结果列于表1第5列。
根据X—y*数据，绘制X—Y平衡曲线OE如附图所示。
六吸收剂（水）的用量Ls
由图1查出，当Y1＝0.176时,X1*=0.0070,计算最小吸收剂用量
=278.1×＝6646kmol／h（《化工单元操作及设备》P20416-43a）
取安全系数为1.8，则
Ls＝1.8×6646＝11963.8kmol／h
＝11963.8×18＝215349kg/h
七塔底吸收液浓度X1
依物料衡算式：
（）＝（）
=278.1×=0.0039
八操作线
依操作线方程式
=X+0.0087
Y=43.02X+0.0087
由上式求得操作线绘于附图中。
九塔径计算
塔底气液负荷大，依塔底条件（混合气25℃），101.325kPa，查表1，吸收液28.51℃计
图2通用压降关联图
算。
u=（0.6~~0.8）（《化工单元操作及设备》P20616-45）
（1）.采用Eckert通用关联图法（图2）计算泛点气速
有关数据计算
塔底混合气流量V`S＝7856.97＋16058＋129.03＝24044kg／h
吸收液流量L`＝215349＋49.08×0.95×58＝218053kg／h
进塔混合气密度＝×＝1.19kg／（混合气浓度低，可近似视为空气的密度）
吸收液密度＝996kg/
吸收液黏度＝0.895mPa·s
经比较，选DG50mm塑料鲍尔环（米字筋）。
查《化工原理》教材附录可得，其填料因子=120，比表面积A＝106.4
关联图的横坐标值
（）1/2=（）1/2=0.313
由图2查得纵坐标值为0.13
即0.2=0.2=0.0143=0.15
故液泛气速==3.24m/s
（2）．操作气速
u＝0.7＝0.7×3.24＝2.268m/s
（3）.塔径
==1.117m=1117mm
取塔径为1.2m（＝1200mm）
（4）．核算操作气速
U==1.966m/s<
（5）．核算径比
D/d＝1200/50＝24，满足鲍尔环的径比要求。
（6）．喷淋密度校核
依Morris等推专，d＜75mm约环形及其它填料的最小润湿速率（MWR）为0.08／（m·h）,由式（4-12）：
最小喷淋密度＝0.08×106.4＝8.512/（m2·h）
因＝＝193.7/（m·h）
故满足最小喷淋密度要求。
十填料层高度计算
计算填料层高度，即
Z＝
（1）．传质单元高度计算
=，其中=|
（《化工单元操作及设备》P20916-7）
本设计采用（恩田式）计算填料润湿面积aw作为传质面积a，依改进的恩田式分别计算及，再合并为和。
①列出备关联式中的物性数据
气体性质（以塔底25℃，101.325kPa空气计）：
＝1.19kg/（前已算出）；＝0.01885×（查附录）；＝1．09×（依翻Gilliland式估算）；
液体性质（以塔底27．16℃水为准）：
＝996kg/；＝0.895×Pa·s；=1.344×（以式计算）（《化学工程手册》10-89），式中为溶质在常压沸点下的摩尔体积，为溶剂的分子量，为溶剂的缔合因子。
＝71．6×N／m（查化工原理附录）。
气体与液体的质量流速：
LG`==53.6
VG`==5.9
塑料鲍尔环（乱堆）特性：
＝50mm＝0.05m;A＝106.4;=40dy/cm=40×10-3N/m;查《化学工程手册，第12篇，气体吸收》，有关形状系数，=1.45（鲍尔环为开孔环）
依式
={-1.45（）0.75（）0.1（）-0.05（）0.2}
={-1.45（0.646）（0.47）（1.19）（0.82）}
=（-0.429）=0.349
故==0.349×106.4=37.1
依式
KL=0.0051（）2/3（）1/\3（）1/3（atdp）0.4
=0.0051（）2/3（）1/3（）1/3（5.32）0.4
=0.0051×137.6×0.0396×0.02066×1.95=1.12×10-3m/s
依式
kG=5.23（）0.7（）1\3（）（atdp）
=5.23（）0.7（）1/3（）（5.32）
=5.23（267.9）（1.133）（4.681×10-7）（5.32）
=3.953×10-3kmol/（m2·S·kPa）
故=1.12×10^-3×37.1=0.0415（m/s）
=3.953×10-3×37.1=0.1467
（2）计算
＝，而，H=（（《化工单元操作及设备》P18916-21a）。
由于在操作围，随液相组成和温度的增加，m（E）亦变，故本设计分为两个液相区间，分别计算（
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