空气—丙酮填料吸收塔设计说明书.doc

空气空气——丙酮填料吸收塔设计丙酮填料吸收塔设计说明书说明书化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书设计题目：空气设计题目：空气- -丙酮填料塔吸收丙酮填料塔吸收设计任务及操作条件：设计任务及操作条件： 混合气（丙酮、空气）处理量：1000m3/h(标准状态) 进塔混合气中含丙酮：5%（V%）；温度：20OC 丙酮回收率：96% 进塔吸收剂（清水）温度：20OC 设计条件：操作条件：常压操作设备型式：自 选厂 址：本 地 区 设计内容：1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计(1)塔径的确定(2)填料层高度计算(3)总塔高、总压降及接管尺寸的确定4、辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、工艺流程图及换热器工艺条件图7、设计评论指导老师：（签名） 2008.6.281 1．概述．概述1 1．．1 1 吸收技术概况吸收技术概况吸收塔设备是气液接触的传质设备，一般可分为级式接触和微分接触两类一 般级式接触采用气相分散，设计采用理论板数及板效率；而微分接触设备常采 用液相分散，设计采用传质单元高度及传质单元数本设计采用后者 吸收是气液传质的过程，应用填料塔较多。

而塔填料是填料塔的核心构件，它 提供了塔内气—液两相接触而进行传质和传热的表面，与塔的结构一起决定了 填料塔的性能[1]1 1．．2 2 吸收设备的发展吸收设备的发展吸收操作主要在填料塔和板式塔中进行，尤其以填料塔的应用较为广泛 塔填料的研究与应用已获得长足的发展，鲍尔环、阶梯环、莱佛厄派克环、金 属环矩鞍等的出现标志着散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的 突破规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下，倍受重视，已 成为塔填料的重要品种其中金属与塑料波纹板造价适中，抗污力强，操作性 能好，并易于工业应用，可作为通用填料使用；栅格填料对液体负荷和允许压 降要求苛刻的过程十分有利，并具有自净机能，即使应用在污垢系统也能长期 稳定运转；脉冲填料独特的结构使之在大流量、大塔径下也不会发生偏流，极 易工业放大，从发展上看很有希望 塔填料仍处于发展之中，今后的研究方向主要是提高传质效率，同时考虑填料 的强度、操作性能及使用上的通用因素，并综合环型、鞍型及规整填料的优点， 进而开发构型优越、堆积接触方式合理、流体在整个床层能均匀分布的新型填 料就目前看，填料的材质仍以陶瓷、金属和塑料为主，特别为满足化工生产 中温度和耐腐蚀的要求，以开发并采用了氟塑料制成的填料。

填料塔原先被认为设备笨重，放大效应显著，所以常用于塔径较小的场合近 二三十年来，填料塔得到了较大的发展，特别是气液分布装置上的改进及规整 填料的开发，使塔的直径可超过 15m，在加大通量，减少压力降，提高效率及 降低能耗方面，取得了明显的经济效益 填料塔的发展，与塔填料的开发与研究是分不开的，除了提高原有填料的流体 力学与传质性能外，还开发了不少效率高、放大效益小的新型填料，加上填料 塔本身具有压降小、持液量小、耐腐蚀、操作稳定、弹性大等优点，使填料塔 的开发研究达到了一个新的高度[1]1 1．．3 3 吸收过程在工业生产中的应用吸收过程在工业生产中的应用在化学工业中，气体吸收操作广泛应用于直接生产化工产品，分离气体混合物， 原料气的精制及从废气中回收有用组分或除去有害物质等尤其是从保护环境， 防止大气污染角度出发，对废气中的 H2S、S0X、及 NOX 等有害物质吸收除去过 程的开发研究，有关着方面已提出了不少新的方法，发表了不少论著与文献 除此之外，地球化学、生物物理和生物医药工程，也要应用气体吸收的理论及 其研究成果 工业上的气体吸收过程，由于所用的吸收剂、吸收剂浓度、操作温度与压力、 再生方法等的不同，可能有各种不同的工艺流程。

吸收过程可以在填料塔、板式塔、鼓泡塔、搅拌反应釜等设备中进行从传质角度讲，吸收所用的是气液 接触设备，应增加气液两相的接触界面，但在吸收过程中也可能发生化学反应， 因此吸收设备与蒸馏设备及气液反应器都有许多共同之处 化学工业中的吸收操作，应用于脱除 CO2 及脱除 H2S 等装置数目为最多，开发 研究也最多工业生产中的应用主要有以下几个方面： A 制取化工产品 （1） 应用 98%硫酸吸收 SO3 制取 98%硫酸，应用 20%发烟硫酸吸收 SO3 制取 20%的发 烟硫酸 （2） 应用 93%硫酸脱除气体中的水蒸气以干燥气体 （3） 用水吸收氯化氢制取 31%的工业盐酸 （4） 用水吸收 NO2 生产 50%-60%的硝酸 （5） 用水或 37%甲醛水溶液吸收甲醛制取福尔马林溶液 （6） 氨水吸收 CO2 生产碳酸氢铵 （7） 纯碱生产中用氨盐水吸收 CO2 生成 NaHCO3 （8） 用水吸收异丙醇催化脱氢生产的丙酮 B 分离气体混合物 （1） 油吸收法分离裂解气 （2） 用水吸收乙醇氧化脱氢法制取的乙醛 （3） 用水吸收丙烯氨氧化法生产的丙烯腈 （4） 用醋酸亚铜氨液从 C4 馏分中提取丁二烯。

（5） 用水吸收乙烯氧化制取的环氧乙烷 C 从气体中回收有用组分 （1） 用硫酸从煤气中回收氨生成硫铵 （2） 用洗油从煤气中回收粗笨（B.T.X） （3） 从烟道气或合成氨原料气中回收高纯度 CO2 D 气体净化 （1） 原料气的净化其主要目的是清除后续加工时所不允许存在的杂质，它们或会使催化剂中毒，或会产生副反应而生成杂质例如，合成氨原料气的脱 CO2 和 脱 H2S，天然气、石油气和焦炉气的脱 H2S 以及硫酸原料气的干燥脱水等 （2） 尾气、废气的净化以保护环境燃煤锅炉烟气、冶炼废气等脱 SO2，硝酸尾气 脱除 NOX，磷酸生产中除去气态氟化物（HF）以及液氯生产时弛放气中脱除氯 气等 E 生化工程 生化技术过程中采用好气性菌，发酵中需要大量的空气以维持微生物的正常吸 收和代谢，要应用空气中的氧在水中的溶解（吸收）这一基本过程[1]2 2．吸收方案．吸收方案2 2．．1 1 吸收剂的选择吸收剂的选择对于吸收操作,选择适宜的吸收剂,具有十分重要的意义其对吸收操作过程的 经济性有着十分重要的影响一般情况下,选择吸收剂,要着重考虑如下问题 1.对溶质的溶解度大 所选的吸收剂多溶质的溶解度大,则单位量的吸收剂能够溶解较多的溶质,在一 定的处理量和分离要求下,吸收剂的用量小,可以有效地减少吸收剂循环量,这对 于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利。

另一方面,在同样的吸收剂用量下, 液相的传质推动力大,则可以提高吸收效率,减小塔设备的尺寸 2.对溶质有较高的选择性 对溶质有较高的选择性,即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度,而对其 他组分则溶解度要小或基本不溶,这样,不但可以减小惰性气体组分的损失,而且 可以提高解吸后溶质气体的纯度 3.挥发度要低 吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压,以避免吸收过程中吸收剂的损失,提 高吸收过程的经济性 4.再生性能好 由于在吸收剂再生过程中,一般要对其进行升温或气提等处理,能量消耗较大,因 而,吸收剂再生性能的好坏,对吸收过程能耗的影响极大,选用具有良好再生性能 的吸收剂,往往能有效地降低过程的能量消耗 以上四个方面是选择吸收剂时应考虑的主要问题,其次,还应注意所选择的吸收 剂应具有良好的物理、化学性能和经济性其良好的物理性能主要指吸收剂的 粘要小,不易发泡,以保证吸收剂具有良好的流动性能和分布性能良好的化学 性能主要指其具有良好的化学稳定性和热稳定性,以防止在使用中发生变质,同 时要求吸收剂尽可能无毒、无易燃易爆性,对相关设备无腐蚀性(或较小的腐蚀 性)吸收剂的经济性主要指应尽可能选用廉价易得的溶剂。

工业上常选用水做二氧化硫的吸收剂除了物理吸收可能还会发生化学反应2 2．．2 2 吸收流程的选择吸收流程的选择用水吸收丙酮属中等溶解度的吸过程，为提高传质效率，采用逆流吸收流程 因用水作为吸收剂，且丙酮不作为产品，故采用纯溶剂2．2．1 吸收工艺流程图及工艺过程说明2 2．．3 3 吸收塔设备及填料的选择吸收塔设备及填料的选择各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况 选择不同的塔填料在选择塔填料时，应该考虑如下几个问题： 1．面积大 比表面积是指单位堆积体积填料所具有的表面积； 2．布性能要好 主要有如下三个方面： A．填料在塔内装填之后，整体结构均匀 B．填料在塔内堆放形状应有利于液体向四周均匀分布 C．减轻液体想避面偏流 3．填料材质的选择该流程处理量不大，所以所用的塔径不会太大，以采用填料塔比较适宜，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 考虑使用同时金属填料可制成薄壁结构，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，应用范围最为广泛4．填料类型的选择 填料类型的选择是一个比较复杂的问题。

一般来说，同一类填料塔中，比表面 积大的填料虽然具有较高的分离效率，但是由于在同样的处理量下，所需要的 塔径较大，塔体造价升高 由于本次设计是在常压（101.3Kpa）,常温（20°C）下进行的，故本次设计采 用 16 金属鲍尔环填料，其主要性能参数为 ： 填料类型公称直径填料个数堆积密度空隙率比表面积泛点填料 因子金属鲍尔环16mm24680/m-3365kg/m30.96239m2/m3410/m-12 2．．4 4 操作参数的选择操作参数的选择温度为 20℃，炉气流量为 1000m3/h，丙酮摩尔分率为 0.05，要求回收率不小 于 96%，实际液气比为最小液气比的 1.5 倍3 3．吸收塔的工艺计算．吸收塔的工艺计算3 3．．1 1 基础物性数据基础物性数据3 3．．1 1．．1 1 液相物性数据液相物性数据20℃时水的相关物性 ρ=998.2㎏/m3, 黏度 μ=1.0050mpa.s=3.6㎏/(m.h), 表面张力 б=72.6mN/m=940869㎏/h2 丙酮在水中的扩散系数为：表常见溶剂的缔合因子 溶剂名称水甲醇乙醇苯非缔合溶剂 缔合因子2.61.91.51.01.0由参考书查得正常沸点下的分子体积得: 3.1.23.1.2 气相物性数据气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为 =0.05×58.08+0.95×28.95=30.41Kg/Kmol 混合气体的平均密度为 =1.266㎏/m3 混合气体的黏度可近似取为空气的黏度,查手册得 20℃空气的黏度为 μv=1.73×10-5Pa。

s 丙酮在空气中的扩散系数为：由查参考书查的分子扩散体积是:3 3．．1 1．．3 3 气液相平衡数据气液相平衡数据由亨利系数经验公式 求得常压 20℃丙酮在水中的亨利系数： E=161.6377KPa=161.6 KPa 相平衡常数 m= =1.60 溶解度系数 =0.343kmol/(kpa. M3)3 3．．2 2 物料衡算物料衡算进塔气相摩尔比为 =0.05/(1-0.05)=0.0526 出塔气相摩尔比为 Y2=Y1×(1-ФA)=0.0526×(1-0.96)=0.0021 进塔惰性气相流量为 kmol/s 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 X2=0通常 =（1.1～2.0）( )min 取操作液气比为最小液气比的 1.5 倍，即 =1.5( ) min=1.5×1.536=2.304 所以 L=2.304×0.01098=0.02529 kmol/s 由全塔物料衡算式 得吸收液出塔浓度 33 3．．3 3 填料塔的工艺尺寸的计算填料塔的工艺尺寸的计算3 3．．3 3．．1 1 塔径的计算塔径的计算图 2 通用压降关联图1.u 的确定通常由泛点气速来确定空塔操作气速，泛点气速是填料塔操作气速的上限，填 料塔的操作气速必须小于泛点气速。

操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率对散装填料，其泛点率的。