丙酮誰混合物吸收塔課程設計

1、<p>　　《化工原理》課程設計說明書</p><p>　　設計題目 年產1.5×107m3丙酮吸收塔的設計 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　指導老師 </p><p>　　學 院

2、 化學化工學院 </p><p>　　專業(yè)班級 化工08級4班 </p><p>　　完成時間 2010年10月 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言4&

3、lt;/b></p><p>　　3 設計條件及設計方案說明5</p><p>　　3.3 設計方案補充說明7</p><p>　　4.1液相物性數據8</p><p><b>　　5 物料衡算8</b></p><p>　　7 附屬設備的設計17</p>&l

4、t;p>　　7.1 液體分布器簡要設計17</p><p>　　7.3塔附屬高度的計算19</p><p>　　8 其他附屬設備的選型及計算19</p><p>　　8.1 其他附屬設備的選型19</p><p>　　8.2填料塔接管尺寸計算19</p><p>　　9 計算結果總表20</p&

5、gt;<p>　　10 參考文獻20</p><p><b>　　11 后記21</b></p><p><b>　　12 附錄22</b></p><p><b>　　附錄224</b></p><p><b>　　1 前言</b>

6、</p><p>　　填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備，已有百余年的歷史，也是化工類企業(yè)中最常用的氣液傳質設備之一。吸收塔設備一般可分為級式接觸和微分接觸兩類。一般級式接觸采用氣相分散，設計采用理論板數及板效率；而微分接觸設備常采用液相分散，設計采用傳質單元高度及傳質單元數,本設計采用后者[1] 。 </p><p>　　在化學工業(yè)及同類工業(yè)中，分離工作不斷趨于采用規(guī)

7、整和散裝填料塔，這始于1973年的經濟危機，以及之后要求通過過程的優(yōu)化設計和操作來節(jié)約燃料。另一個因素是生態(tài)立法越來越嚴格，從而促進了填料塔在工業(yè)中獲得廣泛的應用。因為他們可在更為適度的條件下操作，所以滿足節(jié)能和環(huán)保的需求時，因此填料塔勝過板式塔。與板式塔相比，新型的填料塔有以下的優(yōu)點(1)生產能力大，在需要大量理論技術的分離過程中能耗小，可以更容易滿足經濟的應用熱泵的要求; （2）分離效率高；（3）壓降小；（4）操作彈性大；（5）持液

8、量小。</p><p>　　填料塔[2]的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。液體從塔頂經液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。當填料層較高時，需要進行分段，中間設置再分布裝置。液體

9、再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經液體收集器收集后，送到液體再分布器，經重新分布后噴淋到下層填料上。其中填料是填料塔的主要構建，塔的特性主要由他決定。工業(yè)上采用的填料形式分為散裝填料，規(guī)整填料和格柵填料。工業(yè)上要求填料的傳質分離效率高，壓降小，氣液相通量大。填料流體力學和傳質性能的最基本特性為比表面積和孔隙率，以及干填料因子。</p><p>　　為了使填料塔的設計獲得滿足分離要求

10、的最佳設計參數(如理論板數、熱負荷等)和最優(yōu)操作工況(如進料位置!回流比等),準確地計算出全塔各處的組分濃度分布(尤其是腐蝕性組分)、溫度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分離技術。而且,20世紀80年代以來,以高效填料及塔內件為主要技術代表的新型填料塔成套分離工程技術在國內受到普遍重視。由于其具有高效、低阻、大通量等優(yōu)點,廣泛應用于化工、石化、煉油及其它工業(yè)部門的各類物系分離。</p><p><

11、b>　　2 設計任務　　 </b></p><p>　　(1) 原料氣組成: 丙酮－空氣雙組分混合氣體 </p><p>　　丙酮含量 8%（體積%）　　 </p><p>　　(2) 處理量: 1.5Χ107 m 3 /a（標準體積流量），年開工7200小時。</p><p>　　(3) 操作條件: 連續(xù)常壓

12、操作 (t=20 ℃ )</p><p>　　(4) 尾氣要求: 出塔氣體中丙酮含量不大于原料氣中丙酮含量的1%. </p><p>　　(5) 吸收劑： 清 水 </p><p>　　(6) 填料：陶瓷拉西環(huán)</p><p>　　3 設計條件及設計方案說明</p><p><b>　　3.1吸收劑的選

13、擇</b></p><p>　　對填料吸收塔，其吸收裝置的流程主要有逆流操作、并流操作、吸收劑部分再循環(huán)操作、多塔串聯(lián)操作和串聯(lián)-并聯(lián)混合操作。逆流操作由于其傳質平均推動力大，傳質速率快，分高效率高，吸收劑利用率高的特點在工業(yè)生產中得到廣泛應用。</p><p>　　吸收過程是依靠氣體溶質在吸收劑中的溶解來實現的，因此，吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關鍵之一，選擇吸收劑

14、時應著重考慮以下幾方面。①溶解度 吸收劑對溶質組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的需用量。 ②選擇性 吸收劑對溶質組分要有良好地吸收能力，而對混合氣體中的其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實現有效的分離。 ③揮發(fā)度要低 操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)損失。 ④粘度 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內的流動性越好，有助于傳質速率和傳熱速率的提高。 ⑤其他 所選用的吸收劑應盡可能

15、滿足無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得以及化學性質穩(wěn)定等要求。 　　一般說來，任何一種吸收劑都難以滿足以上所有要求，選用時應針對具體情況和主要矛盾，既考慮工藝要求又兼顧到經濟合理性。</p><p>　　用水吸收丙酮屬易溶解的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收流程，因用水作為吸收劑，且丙酮不作為產品，故采用純溶劑。</p><p><b>　　3.2 填

16、料的選擇</b></p><p>　　塔填料(簡稱為填料)是填料塔中氣液接觸的基本構件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設計的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　填料的種類很多，根據裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料根據結構特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。工業(yè)上，填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料

17、三大類。工業(yè)生產對填料的基本要求如下：</p><p>　?。?）傳質分離效率高</p><p>　?、偬盍系谋缺砻娣ea大，及單位體積填料具有表面積要大，因為它是汽液兩相接觸傳質的基礎。</p><p>　?、谔盍媳砻娴陌才藕侠?，以防止填料表面的疊合和出現干區(qū)，同時有利于汽液兩相在填料層中的均勻流動并能促進汽液兩相的湍動和表面更新，從而使填料表面真正用于傳質的有效面

18、積增大，總體平均的傳質系數和推動力增高。</p><p>　?、厶盍媳砻鎸τ谝合酀櫇裥院?，潤濕性好易使液體分布成膜，增大有效比表面積。潤濕性取決于填料的材質，尤其是表面狀況。塑料的潤濕性比較差，往往需要進行適當的表面處理，金屬表面粘著的加工用油脂需經過酸洗或堿洗清除。</p><p>　　(2)壓降小，氣液通量大</p><p>　?、偬盍系目紫堵师糯髩航稻托?，通量

19、大。一般孔隙率大，則填料的比表面積小。分離效率將變差。散裝填料的尺寸大，孔隙率大，比表面積小，規(guī)整填料波紋片的峰高增大，孔隙率大，比表面積也大。如果填料的表面積安排合理，可以緩解a和ε的矛盾，達到最佳性能。</p><p>　?、跍p少流道的截面變化，可減少流體的流動阻力。</p><p>　　③具有足夠的機械強度，陶瓷填料容易破碎，只有在強腐蝕性場合才采用。</p><

20、p><b>　?、苤亓枯p，價格低</b></p><p>　?、菥哂羞m當的耐蝕性能。</p><p>　?、薏槐还腆w雜物堵塞其表面不會結垢。</p><p>　　工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應

21、用于小直徑塔中，又會產生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值列于表1。 </p><p>　　表1 塔徑與填料公稱直徑的比值D/d的推薦值</p><p>　　對于水吸收丙酮氣體的過程，操作溫度及操作壓力較低，故此采用拉西環(huán)DN50填料</p>

22、<p>　　3.3 設計方案補充說明</p><p>　　在該填料塔中，丙酮和空氣混合后， </p><p>　　經由填料塔的下側進入填料塔中，與從 </p><p>　　填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料</p><p>　　的作用下進行吸收。經吸收后的混合氣</p><p>　　體由塔頂排出，吸收

23、了丙酮的水由填料</p><p>　　塔的下端流出。（如右圖1所示） </p><p>　　圖1 逆流吸收塔 </p><p>　　4 基礎物性數據 </p><p><b>　　4.1液相物性數據</b></p><p>　　對低濃度吸收過程，溶液的物性數據

24、可近似取純水的物性數據。由手冊查得，20℃時水的有關物性數據如下： 密度為 </p><p>　　粘度為 表面張力為 </p><p>　　丙酮在水中的擴散系數為4.2氣相物性數據 混合氣體的平均摩爾質量為 </p><p>　　混合氣體的平均密度為 </p><p>　　混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得

25、20℃空氣的粘度為 查手冊得丙酮在空氣中的擴散系數為 </p><p>　　4.3 氣液相平衡數據 由手冊查得，常壓下20℃時丙酮在水中的亨利系數為 </p><p><b>　　相平衡常數為 </b></p><p><b>　　溶解度系數為 </b></p><p

26、><b>　　5 物料衡算</b></p><p>　　進塔氣相摩爾比為 </p><p>　　出塔氣相摩爾比為 </p><p>　　進塔惰性氣相流量為 </p><p>　　該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算，即 對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成為

27、 取操作液氣比為 </p><p>　　全塔物料衡算數據如下表2：</p><p>　　表2 全塔物料衡算總表</p><p>　　6 填料塔的工藝尺寸的計算 [3]-[5]6.1塔徑計算 采用圖2 Eckert通用關聯(lián)圖計算泛點氣速。 氣相質量流量為 液相質量流量可近似按純水的流量計算，即 </p><

28、p>　　圖2 Eckert通用關聯(lián)圖</p><p>　　Eckert通用關聯(lián)圖的橫坐標為</p><p><b>　　查圖2得：</b></p><p>　　散裝填料泛點填料因子平均值由下表3可得（填料規(guī)格為DN50）</p><p>　　表3 散裝填料泛點填料因子平均值</p><p

29、>　　所以 取由圓整塔徑，取。 泛點率校核： (在允許范圍內)填料規(guī)格校核： 液體噴淋密度校核： 取最小潤濕速率為 查拉西環(huán)（DN50）的比表面積為 </p><p>　　經以上校核可知，填料塔直徑選用合理。 6.2 填料層高度計算 脫吸因數為 氣相總傳質單元數為 氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯(lián)

30、式計算： </p><p>　　查表4常見材質的臨界表面張力值得 </p><p>　　表4 常見材質的臨界表面張力值</p><p>　　液體質量通量為 </p><p>　　氣膜吸收系數由下式計算：</p><p>　　氣體質量通量為 </p><p>　　液膜吸

31、收系數由下式計算： </p><p>　　由，查表5得 </p><p>　　表5 常見填料的形狀系數</p><p>　　則 </p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　， </b></p>&l

32、t;p><b>　　，</b></p><p><b>　　得 :</b></p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　由</b></p

33、><p><b>　　，得 </b></p><p>　　設計取填料層高度為 </p><p><b>　　查表6，</b></p><p>　　表6 散裝填料分段高度推薦值</p><p>　　對于拉西環(huán)填料，。 </p><p><b>

34、;　　由，則 </b></p><p>　　計算得填料層高度為，分2段。 </p><p>　　6.3 填料層壓降計算 采用圖2計算填料層壓降。 橫坐標為 查表7得，</p><p>　　表7 散裝填料壓降填料因子平均值</p><p>　　縱坐標為 查圖2得 填料層壓降為 </p>

35、;<p>　　7 附屬設備的設計</p><p>　　7.1 液體分布器簡要設計</p><p>　?。?）液體分布器的選型</p><p>　　該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器。</p><p>　　（2） 分布點密度計算</p><p>　　按Eckert建議值，D=

36、750時，噴淋點密度為 170 點/m2，因該塔液相負荷較大，當D=700時設計取噴淋點密度為210點/m2。布液點數為 點，液體分布器的簡要設計[6]如下圖3：</p><p>　　按分布點集合均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為二級槽共設五道，在槽側面開孔，槽寬度為70 mm，槽高度為210 mm，兩槽中心距為140 mm。分布點采用三角形排列，實際設計布點數為n=80點。</p>

37、<p><b>　　7.2 布液計算</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　取，</b></p><p><b>　　圓整取</b></p><p>　　7.3塔附屬高度的計算</p><

38、p>　　塔上部空間高度可取1.0m.</p><p>　　液體分布器高度約為1.0m.</p><p>　　液體再分布器所占空間高度取0.63m.</p><p>　　考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取1.3m.</p><p>　　若塔底液相停留時間按1min考慮，則塔釜液所占空間高度為：</p><p&

39、gt;<b>　　取h=0.19 m</b></p><p>　　所以塔的附屬高度為</p><p><b>　　得塔總高度: </b></p><p>　　即塔總高為10.03m</p><p>　　8 其他附屬設備的選型及計算</p><p>　　8.1 其他附屬設

40、備的選型</p><p>　　在對填料塔的附屬設備選擇中，依次選用絲網除沫器，床層限制板，孔管型支承裝置，截錐式再分布器。</p><p>　　8.2填料塔接管尺寸計算</p><p>　　為防止流速過大引起管道沖蝕，磨損，震動和噪音，液體流速一般為0.5–3m/s ，氣體流速一般為10-30m/s。由于該填料塔吸收在低濃度下進行，故氣液體進出口的管徑相同。<

41、/p><p>　　丙酮與空氣混合氣體：由于氣體流量為2083.33m3/h，取u=20m/s，所以由公式：</p><p>　　查表（GB8163-87）管子規(guī)格表，可選取219mm×9.5mm的無縫鋼管，內徑為：</p><p>　　對氣體流速進行校核：</p><p>　　對于液體進出口，取液體流速為1.0m/s，  &l

42、t;/p><p><b>　　所以由公式：</b></p><p>　　查表（GB8163-87）管子規(guī)格表，可選取45mm×2.5mm的無縫鋼管，內徑為：</p><p>　　對液體流速進行校核：</p><p><b>　　9 計算結果總表</b></p><p>

43、　　表8 計算結果總表</p><p><b>　　10 參考文獻</b></p><p>　　[1] 石油化學工業(yè)規(guī)劃設計院。塔的工藝計算。北京：石油化工工業(yè)出版社，1997 </p><p>　　[2] 王樹楹。現代填料塔技術指南.中國石化出版社，1997 [2] 賈紹義，柴誠敬?；ぴ碚n程設計.天津大學出版社2002</p>

44、;<p>　　[3] 柴誠敬，劉國維，李阿娜，化工原理課程設計，天津，天津科學技術，1995</p><p>　　[4] 潘國昌，郭慶豐.化工設備設計. 清華大學出版社1996</p><p>　　[5] 大連理工化工原理教研室,化工原理課程設計,大連，大連理工大學出版社, 1994</p><p>　　[6] 王志魁?；ぴ?北京：化學工業(yè)出版社,

45、2004</p><p><b>　　11 后記</b></p><p>　　在經歷了一個月的學習與計算，課程設計現在終于接近尾聲了?；叵朐O計過程的始末，我感覺收獲很多，感觸也頗深。</p><p>　　上個學期，在xx老師的精心輔導下，我學習了《化工原理》這一門課程。在課程上，xx老師為我們詳細的介紹了流體輸送、流體流動、機械分離、傳熱、傳質

46、過程導論、吸收、蒸餾、氣-液傳質設備，以及干燥等內容。而這些內容卻同樣也是我們課程設計的主要內容，是我們今后進入社會必然認識與接觸的操作設備。這次系統(tǒng)的學習，為我這次的設計奠定了堅實的基礎。學期末，老師們更是不辭勞苦的帶領全班同學前往岳陽氮肥廠進行見習。通過零距離的觀察企業(yè)的運作過程，我不僅學到了實踐知識，同時進一步加深了對理論知識的記憶與理解，使理論與實踐知識都有所提高。同時也使我深刻的反省到自身在本專業(yè)學習過程缺乏寶貴的實踐經驗。所

47、以盡管見習只有短短的三天，但是卻讓我真正的衡量了一下自己的份量，對比實踐與理論的聯(lián)系與差距，讓我看到在學?？床坏降臇|西，讓我感受到在學校感受不到的地方，讓我渴望的種子埋得更加的堅定。見習對于我是一個緩沖，亦是一件幸事。</p><p>　　但是要真正的領悟到化工操作過程所遇到的問題和鍛煉自己的動手與思考的能力，單靠系統(tǒng)的學習與純粹的見習是遠遠不夠的。這次的課程設計給了我鍛煉的平臺。我無比的珍惜這次來之不易的機會，

48、力求將設計做到最好。但是看似簡單的設計過程也會有意想不到的難題。盡管困難擺在眼前，但是我有明確的目標，我把自己的行動與目標不斷加以對照，不斷提醒自己的行進速度與目標之間的距離，從而使我的信心得到維持和加強，自覺地去克服困難，努力達到目標。同時，我頻繁的與同學進行相互交流與學習，共同討論在設計過程中遇見的困難與問題，努力尋求解決的最佳途徑。而遇到不能解決的難題，老師又可以提供最為有效的解決方法。盡管是通過相互交流合作完成的設計計算，但是，

49、交流合作并不意味著缺乏獨立思考。在整個設計過程中，每一步公式的編寫與計算，每一種條件的確立與選擇，都經歷了綜合了每一種可能方案的優(yōu)劣，資料的仔細查閱，系統(tǒng)的分析等環(huán)節(jié)，最后選擇最佳方案。</p><p>　　這次課程設計為我提供了一個鍛煉自己的平臺。他讓我了解到在整個設計環(huán)節(jié)中要努力去發(fā)現問題，研究問題，解決問題，認真、細心的去發(fā)現、去解決。他讓我更加理智的調整自己的學習方法與人生態(tài)度。學習過程中不能存有僥幸的心

50、理，拋掉傳統(tǒng)的應試教育觀念?？荚囍皇菣z測，臨時抱佛腳是不可取的，看清楚深層次的一面，彌補當前不足，知己知彼。無論何時，都要堅守著自己的目標，否則就將迷失在自己的不思進取，在前進的路上慘淡經營。前進的辛苦程度與欲望的指向緊密相連，沉迷得有多深，前進的路途就有多辛苦；只有超然的多廣，前進的路途才會陽光明媚。</p><p>　　一個海浪打上礁石,海鳥驚逃,以為是一次謀殺; 一個海浪撲上海灘,孩子喜歡,以為是大海開出了

51、鮮花。同樣的事物,不同的感受,所以世界是什么樣子, 往往取決于你對待事物的心。認真、用心、虔誠的對待每一件事，不放棄、不氣餒，毫不遲疑的前進、前進、再前進。 </p><p>　　總而言之，這次的設計讓我學到很多，也讓我改變很多。它讓我更加的熱愛化工這個專業(yè)，讓我理解磨難和挫折，也是一種給予。在今后的學習中，我將努力保持良好心態(tài)積極參與互動，充分體驗學習樂趣。堅定決心，相信自己。爭取在今后的學習與生活方面又