水吸收丙酮填料塔设计化工课程设计.docx
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水吸收丙酮填料塔设计化工课程设计
化工设计任务书
（一）设计题目：
水吸收丙酮填料塔设计
（二）设计任务及操作条件
1）气体处理量2200Nm3/h
2）进塔气体含丙酮1.82%（Vol），相对湿度70%，湿度35。
C
3）进塔吸收剂（清水）的温度25。
C水洗
4）丙酮吸收率95%
5）操作压强：
常压
（三）设备容
1．设计方案的确定及流程说明
2．填料塔的塔径、塔高及填料层压降的计算
3．填料塔附属结构的选型及设计
4．塔的机械强度校核
5．设计结果列表或设计一览表
6．填料塔的装配图
7．对设计结果的自我评价、总结与说明
（四）设计主要参考书
[1]柴诚敬等，化工原理课程设计，天津科学技术
[2]潘国昌等，化工设备设计，清华大学
[3]顾芳珍，化工设备设计基础，天津大学，1997
[4]化工设备设计中心站，材料与零部件，上海科学技术，1982
[5]化学工业部化工设计公司主编，化工工艺算图第一册常用物料物性数据，化学工业，1982
[6]机械设计手册，化学工业，1982
[7]茅晓东，典型化工设备机械设计指导，华东理工大学，1995
[8]刁玉玮，化工设备机械基础，理工大学
[9]贺匡国，简明化工设备设计手册，化工
[10]GB150-89钢制压力容器（全国压力容器标准委员会）学苑
化原部分
[设计计算]
（一）设计方案的确定
用水吸收丙酮属易溶气体的吸收过程为提高传质效率，选用逆流吸收过程。
因用水作吸收剂，若丙酮不作为产品，则采用纯溶剂；若丙酮作为产品，则采用含一定丙酮的水溶液。
现以纯溶剂为例进行设计。
（二）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，塑料可耐一般的酸碱腐蚀，所以工业上通常选用塑料散装填料。
在塑料散装填料中，阶梯环填料气体通量大、流动阻力小、传质效率高，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。
（三）基础物性数据
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[1]查得，25℃时水的有关物性数据如下：
密度为
粘度为
表面力为
查手册[2]丙酮在水中的扩散系数为：
[3]
式中
————丙酮在水中的扩散系数，
T————温度，K；
————溶液的黏度，
；
————容积的摩尔质量，
；
—————溶质的摩尔体积，
————溶剂的缔合因子（水为2.26）
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
混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，由化工原理（上册）附录五查得30℃空气的粘度为
查手册并计算得丙酮在空气中的扩散系数为
————扩散系数，
；
P————总压强，
；
T————温度，K；
————分别为AB两种物质的摩尔质量，kg/kmol；
————分别为A，B两物质的分子体积，
3.气液相平衡数据
化工单元操作设计手册（化学工业部化学工程设计技术中心站主编）表2--1查得常压下25℃时丙酮在水中的亨利系数为[4]
相平衡常数为
溶解度系数：
（四）物料衡算
进塔气相摩尔比为
出塔气相摩尔比为
——丙酮的回收率（95%）
进塔惰性气体流量为
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
由题意知，操作液气比为
35℃进塔气体体积流量Vs=V0
M3/h
（五）填料塔的工艺尺寸的计算
1.塔径计算
采用Eckert通用关联图计算泛点气速。
气相质量流量为
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即
Eckert通用关联图的横坐标为
查通用关联图得
查散装填料泛点填料因子平均值表得
取
由
圆整塔径，取
泛点率校核：
填料规格校核：
液体喷淋密度校核：
取最小润湿速率为
查常用[5]散装填料的特性参数表得
化原下册表3——5查得
经以上校核可知，填料塔直径选用
合理。
2.填料层高度计算
=2.088×0.00689=0.0439
=0
脱吸因数为
气相总传质单元数为
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：
查常见材质的临界便面力值表得
[6]水表面力为
（聚氯乙烯）
水粘度为
液体质量通量为
气膜吸收系数由下式计算：
气体质量通量为
液膜吸收系数由下式计算：
由
，查常见填料的形状系数表得
（开孔环）
则
由
，
得
则
由
由
.
设计取填料层高度为
≤6m
，故不需分段。
（六）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
查散装填料压降填料因子平均值表得
纵坐标为
查埃克特通用关联图得
填料层压降为
（七）液体分布器简要设计
1、液体分布器的选型
液体负荷
较小，故选用排管式喷淋器
2、分布点密度计算
按Eckert建议值，D为700mm时，可取n=246点/m2
[7]喷淋密度=246×（0.785×0.72）=70，得布液点数n=70，
布液计算：
由
式中
：
小孔直径，m
n：
布液点个数，个
：
孔流系数（雷诺数大于1000的情况下，可取0.60~0.62）
g：
重力加速度，m/s2
h：
液位高度，m
取
，
则
因为液体负荷较小，所以可采用排管式喷淋器
得布液点数n=70，喷淋密度=70/（0.785×0.72）=246点/m2
查手册【8】
塔直径主管直径排数（支管）排管外缘直径最大流量m3/h
7005046607
支承板型号支承板外径支承板分块数支承板圈厚度支承板圈宽度
梁型气体喷68021040
射式支承板
进气管：
进出口气速按12~15m/s设计
取14m/s计算：
查手册得：
用一般中低压无缝钢管：
液体进料管：
流速按3~5计算
化机部分
一、设计条件
塔体与裙座的机械设计条件如下：
（1）塔体径
，塔高取H=9000mm：
圆筒：
7425mm，裙座：
1400mm
（2）计算压力
，设计温度t=35℃
（3）设置地区：
基本风压值
，地震设防烈度为8度，场地土壤：
Ⅱ类，设计地震分组第二组，设计基本地震加速度为0.40g
（4）塔装有塑料聚氯乙烯阶梯环散堆填料4.0m，填料密度为57.5kg/m3
（5）在卸料口处和塔顶各加一个圆形平台。
平台宽度：
B=800mm，高度H=1000mm。
（6）在裙座上开一个检查孔，在填料层下端、进气管上部开两个手孔，裙座高度取1400mm，圆筒形。
（7）塔体与封头材料选用Q235-B，其
，
。
（8）裙座材料选用Q235-B，
。
（9）塔体与封头对接焊接，塔体焊接接头系数φ=0.85
（10）塔体、封头与裙座壁厚附加量C=2mm。
二、按计算压力计算塔体与封头厚度
1、塔体厚度计算：
考虑到壁厚附加量C=2mm，运输、安装等，经圆整。
取
。
2、封头厚度计算
采用标准椭圆封头：
考虑到壁厚附加量C=2mm，运输、安装等，经圆整取
三、塔设备的质量载荷计算
1、筒体圆筒、封头和裙座质量
说明：
（1）塔体圆筒总高度
（2）查得DN=700mm，厚度8mm的圆筒质量为139kg/m
（3）查得DN=700mm，厚度8mm的封头质量为37.7kg（封头曲面深度175mm，直边高度25mm）。
（4）裙座高度1400mm，（厚度按8mm计）。
2、塔构件质量
说明：
支承装置近似按筛板塔盘质量计算为65kg/m2
3、平台、扶梯质量
说明：
由手册查得，平台质量：
，笼式扶梯质量：
，笼式扶梯总高
，平台数量：
n=2.
4、操作时物料质量
说明：
5、附件质量
按经验取附件质量为
6、充水质量
7、各种质量载荷汇总（将全塔分成3段）
塔段
0~1
1~2
2~3
合计
塔段长度
700
700
7600
9000
手孔与平台数
1
0
3
4
填料层
0
0
1
1
97.3
135
1107.7
1340
——
——
169
169
28
28
1450
1461
——
55
452
507
24.3
33.8
276.9
335
——
55
2902
2957
149.6
251.8
3410.6
3812
各塔段最小质量
149.6
196.8
2868.4
3170
全塔操作质量
全塔最小质量
水压试验时最大质量
四、风载荷与风弯矩计算
1、风载荷计算
查表得，
设笼式扶梯与塔顶管线布置成90°，取下列两式中的较大者：
式中：
式中：
式中：
取两者中的较大值，故取
（1）式中的
所以
同理
各段风载荷计算结果
计算段
平台数
1
700
300
0.7
1.7
1.00
0.7
0
0
1116
279
2
700
300
0.7
1.7
1.00
1.4
0
0
1116
279
3
7600
300
0.7
1.7
1.00
9.0
2
421
1721
4669
2、风弯矩计算
截面0——0
截面1——1
截面2——2
五、地震弯矩计算
取第一振型阻尼比（脉动增大系数）为
则衰减指数
塔的总高度H=9000mm
全塔操作质量
=3816.6kg
重力加速度g=9.81m/s2
地震影响系数
[10]查手册得
查手册得
计算截面距地面高度h：
0——0截面：
h=0
1——1截面：
h=700mm
2——2截面：
h=1400mm
地震弯矩计算
截面0——0
截面1——1
截面2——2
六、各种载荷引起的轴向应力
1、计算压力引起的轴向拉应力
其中，
2、操作质量引起的轴向压应力
截面0——0
截面1——1
式中，
截面2——2
式中
3、最大弯矩引起的轴向应力
截面0——0
其中
截面1——1
其中
截面2——2
其中
七、塔体与裙座危险截面的强度与稳定校核
1、塔体的最大组合轴向拉应力校核
截面2——2
塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作时的2——2截面上。
其中
满足要求。
2、塔体与裙座的稳定校核
截面2——2
塔体2——2截面上的最大组合轴向压应力
满足要求。
其中
截面1——1
塔体1——1截面上的最大组合轴向压应力
满足要求。
其中，
截面0——0
塔体0——0截面上的最大组合轴向压应力
满足要求。
其中
各危险截面强度与稳定校核汇总
项目
计算危险截面
0——0
1——1
2——2
塔体与裙座有效厚度
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