年生产1002吨丙酮设计说明书.doc

年产 1002 吨丙酮设计说明书、任务及操作条件1.1 设计题目：年产 1002 吨丙酮设计说明书设计一座填料吸收塔， 用于吸收混于空气中的丙酮气体 混合气体的处理量 为2600 （m3/h）,其中含空气为95%，丙酮气为5%（百分含量），要求丙酮回 收率为 96％（百分含量），采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的 1.5倍1.2 工艺操作条件：1） 操作压力为常压2） 使用微分接触式的吸收设备3） 逆流操作、设计条件及主要物性参数2.1 设计条件 ：1）生产能力 :3混合气处理量 G=2600m3/h （见后面详细计算过程）2）原料 : 以丙酮—空气二元体系，进料混合气体含丙酮的体积分数为 5%3） 产品要求 : 塔顶逸出气体丙酮含量 99%4） 操作压力： 常压2.2 主要的物性参数值：（ 1）空气的分子量： 29 ；丙酮的分子量： 58 ；水的分子量： 18（2） 235E饱和水蒸气压强为 5623.4 Pa（ 3）常压： 101.325 kPa（4）在1 atm时，水的凝固点（f.p.）为00,沸点（b.p.）为100C水在0C 的凝固热为5.99 kJ/mol （或80 cal/g ）,水在100C的汽化热为 40.6 kJ/mol（或 540 cal/g ）。

三、设计方案的确定3.1 设计方案的内容流程方案的确定常用的吸收装置流程主要有逆流操作、并流操作、吸收及部分再循环操作、 多塔串联操作、串联一并联操作，根据设计任务、工艺特点，结合各种流程的优 缺点，采用常规逆流操作的流程，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高， 吸收及利用率高设备方案的确定本设计要求的是选用填料吸收塔，填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设 备，它的结构和安装比板式塔简单它的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气 液通过支撑板上的填料有整砌或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在填料层上尾气*填V料A■a4XF媛冲器 凤机丁液俸再分布器离心泵卫靑水＞排入地沟阳#塔底取样图1.1常规逆流操作附：填料塔的主体结构与特点结构：气体捕沫器液体iIlBMllli1・■■III・・・ ■ ・・・III illliii-iilii dii|iiiii!填料压板塔壳填料压板填料支承板填料填料支承板液体再分布器气体Ilf液体3.2流程布置吸收装置的流程布置是指气体和液体进出吸收塔的流向安排 本设计采用的是逆流操作，即气相自塔底进入由塔顶排出，液相流向与之相反，自塔顶进入由 塔底排出。

逆流操作时平均推动力大，吸收剂利用率高，分离程度高，完成一定 分离任务所需传质面积小，工业上多采用逆流操作3.3吸收剂的选择吸收剂性能的优劣是决定吸收操作效果的关键之一， 吸收剂的选择应考虑以下几方面：(1) 溶解度：吸收剂对溶质的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的 用量2) 选择性：吸收剂对溶质组分有良好的溶解能力，对其他组分不吸收或甚 微3) 挥发度：操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收和再生过程中的 挥发损失4) 粘度 : 吸收剂在操作温度下粘度要低， 流动性要好， 以提高传质和传热 速率5) 其他： 所选用的吸收剂尽量要无毒性、 无腐蚀性、 不易爆易燃、不发泡、 冰点低、廉价易得及化学性质稳定一般来说，任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求， 选用是要针对具体情 况和主要因素， 既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性， 综上因素的考虑， 本次设 计任务选用清水做吸收剂3.4 操作温度和压力的确定(1) 温度：低温利于吸收，但温度的底限应由吸收系统决定，本设计温度选25 C(2) 压力：加压利于吸收，但压力升高操作费用、能耗增加，需综合考虑， 本设计采用常压3.5 填料的选择3.5.1 填料种类的选择填料种类的选择要考虑分离工艺的要求 ,还要确保有较高的传质效率 . 除此 之外, 还应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料 ,这样可以使通量增大 , 塔的处理能力也增大 . 通常考虑以下几个方面。

① 传质效率， 传质效率即分离效率， 它有两种表示方法： 一是以理论级进行计算 的表示方法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即 HETP值；另一是以传质 速率进行计算的表示方法，以每个传质单兀相当的填料层高度表示，即 HTL值在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即 HETP或HTU值)低的填料 对于常用的工业填料，其HETP或HTU值可由有关手册或文献中查到，也可通过 一些经验公式来估算② 通量， 在相同的液体负荷下， 填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大， 则通 量愈大，塔的处理能力亦越大因此，在选择填料种类时，在保证具有较高传质 效率的前提下， 应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料 对于大多数常 用填料，其泛点气速或气相动能因子可由有关手册或文献中查到， 也可通过一些 经验公式来估算③ 填料层的压降， 填料层的压降是填料的主要应用性能， 填料层的压降愈低， 动 力消耗越低，操作费用愈小选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要 比较填料的压降有两种方法，一是比较填料层单位高度的压降△ P/Z;另一是比较填料层单位传质效率的比压降△ P/NT填料层的压降可用经验公式计算，亦可 从有关图表中查出。

④ 填料的操作性能，填料的操作性能主要指操作弹性、抗污堵性及抗热敏性等 所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气液负荷发生波动时维持操作稳 定同时，还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度 的变化此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修3.5.2 填料规格的选择填料按规格规格通常分为散装填料与规整填料：①散装填料规格的选择 散装填料的规格通常是指填料的公称直径工业塔常用的散装填料主要有 DN16、DN25 DN38 DN50 DN76等几种规格一般推荐：D 300时，选25mm的填 料;300mm D 900mm 时，选 25— 38 mm的填料;D 900mm时，选用 50 70mm 的填料，但一般大塔中常用50mm的填料)②规整填料规格的选择 工业上常用 规整填料习惯用比表面积表示，主要有 125、150、250、350、500、700等几种 规格3.5.3 填料材质的选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类① 陶瓷填料： 陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性， 一般能耐除氢氟酸以 外的常见的各种无机酸、 有机酸的腐蚀， 对强碱介质， 可以选用耐碱配方制造的 耐碱陶瓷填料。

陶瓷填料因其质脆、易碎，不宜在高冲击强度下使用陶瓷填料 价格便宜，具有很好的表面润湿性能，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、 液体萃取等过程② 金属填料： 金属填料可用多种材质制成， 金属材质的选择主要根据物系的 腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑 碳钢填料造价低， 且具有良好的表面 润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用; 不锈钢填料耐腐蚀性强， 一般能耐除 Cl- 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高;钛材、特种合金钢等材质 制成的填料造价极高， 一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用 金属填料可制成 薄壁结构 (0.2~1.0mm) ，与同种类型、同种规格的陶瓷、塑料填料相比，它的通 量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下 使用，工业应用主要以金属填料为主③ 塑料填料：塑料填料的材质主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯 (PVC)等，国内一般多采用聚丙烯材质塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般 的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀其耐温性良好，可长期在 100C以下使用聚丙烯填料在低温(低于0C)时具有冷脆性，在低于0C的条件下使用要慎重，可 选用耐低温性能好的聚氯乙烯填料。

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、除尘等装置中塑料填料的缺点是表面润 湿性能差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能综合以上：本设计中选择塑料鲍尔环散装填料 DN50四、填料塔工艺尺寸的计算4.1物料计算如图所示，对于逆流操作的吸收塔,在任意截面M-N与塔顶或塔底作物料衡VY LX1 VY1 LX 或 VY LX2 VY2 LX吸收塔的逆流物料衡算示意图如下:吸收塔的逆流物料衡算示意图进料塔混合气中各组分的量本设计任务是年产1002吨丙酮，丙酮含量为99%年生产时间为7200小时,所给原料中空气含量为95%丙酮含量为5%且丙酮的回收率为96%所以:1002 10007200 0.96 0.052900 kg h考虑到生产过程中存在的损失，所以将本设计任务的质量流量扩大到3000kg. h （本设计进料温度为60度，实际操作温度为35度）29 273混合气密度G上9 273 1.418kg m322.4 273 35 所以混合气处理量 G为：2600 m3.hG 混合气总含量 3000 kg h密度 1.148 kg m3近似取塔平均操作压强为101.3kPa，故：混合气量n = 2600273 1）- 103kmolh273 35 22.4混合气中丙酮量n103 0.55 5.15kmol h5.15 58 298 kg h查资料可知，在35 r的时候，饱和水蒸气压强为5623.4Pa，则每kmoI相对湿度为70%的混合气中含水蒸气量为:5623.4 0.7门 101.3 103 0.7 5623.4=0.0404kmol （水汽）/kmol （空气 + 丙酮）混合气中水蒸气的含量1030.0404 3.9kmolh1 0.04043.9 18 70.2 kg h混合气中空气量n 1035.15 3.9 93.95kmol hm 93.95 29 2724.55kg h混合气进出塔的摩尔组成y1 0.055.15 （1 0.96）y2 0.002103混合气进出塔摩尔比组成若将空气与水蒸气视为惰气，则m 2724.55 70.2 2794.75kg hYi丫25.1597.850.053丙酮kmo惰气5.15 (1-0.96)97.850.0021丙酮kmol惰气出塔混合气量出塔混合气量n97.85 5.15 (1 0.96) 98.06kmol. hm 2794.75 11.95 2806.7 kg h4.2气液平衡关系当xv 0.1 , t = 15~45C时，丙酮溶于水其亨利常数 E可用下式计算:1gE = 9.171 一［2040 / （t 十 273）］液相温度 t = 35 C 时 E=211.54 kPaE211.54 ccccm —P2.088101.3H= =EMs996.7 =0.262211.54 18该系统的相平衡关系可以表示为 y* = mX 2.088X4.3吸收剂（水）的用量Ls最小吸收剂用量丫1 丫2minX1X2X10.053-0。