丙酮填料塔设计.doc

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1、丙酮填料塔设计湖北大学化学化工学院2007级化工原理课程设计湖 北 大 学化学化工学院 课程设计（2）设计题目：丙酮填料塔设计任务书学生姓名 胡 斌 胡 凡 席 嶅 余 焕 专 业 化学工程与工艺 年 级 2007级 指导老师 杨世芳 日 期 2010年6月 目 录前 言2第一部分 丙酮填料塔设计3一、设计任务和操作条件3二 、设计方案的确定及流程的选择3三、 物料计算3四、热量衡算4五、 气液平衡曲线4六、 吸收剂水的用量5七、 塔径计算51、填料的选择52、塔径的校正7八、 单位填料层压强降7九、 填料层高度的计算9十、 填料吸收塔的附属设备111、分布器的设计112、风机的选取113、填

2、料支承板124、填料压板和床层限制板125、气体进出口装置和排液装置12第二部分 设计总结13第三部分 附录13前 言在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。其作用实现气液相或液液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的过程。它广泛用于蒸馏、吸收、萃取、等单元操作，随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型设计将越来越受到关注和重视。塔设备有板式塔和填料塔两种形式，下面我们就填料塔展开叙述。填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推荐用于0.6至0.7m以

3、下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。板式塔和填料塔都可用于吸收过程，此次设计用填料塔作为吸收的主设备。第一部分 丙酮填料塔设计一、设计任务和操作条件入塔气体中空气含丙酮为175g/m3干空气（标态），干空气温度为25，压力为101.3 kPa，相对湿度为70%，处理气体量6001 000m3/h。吸收剂为清水，温度为250C。出塔气体中丙酮气流量

4、分3组：（1）入塔丙酮流量 1/100（2）入塔丙酮流量 1/200（3）入塔丙酮流量 1/ 400二 、设计方案的确定及流程的选择采用常规逆流操作流程流程如下：图1 丙酮填料塔工艺流程图 流程说明:混合气体进入吸收塔，与水逆流接触后，得到净化气排放；吸收丙酮后的水，经取样计算其组分的量，若其值符合国家废水排放标准，则直接排入地沟，若不符合，待处理之后再排入地沟。3、 物料计算(1)丙酮进塔浓度由于入塔气体中含丙酮175,=58=0.06759kmol丙酮/kmol空气进塔气相摩尔比为=0.06759/(1-0.0759)=0.07249(2)出塔气体摩尔比为=(1-)=0.07249*0.0

5、05=0.0003625 出塔气体丙酮浓度为=0.0003624kmol丙酮/kmol空气同理求得 =0.0007247kmol丙酮/kmol空气 =0.00011812 kmol丙酮/kmol空气（3）进塔气体中惰性气体的流量为=36.50kmol/h（4）由于处理气体量为6001000,因此选取为800即0.22四、热量衡算液体出塔温度的变化:式中为液体进口温度 为丙酮的浓解热 取值为10460kJ/kmol为丙酮的热凝热 取值为30208.5 kJ/kmol 由于液体中丙酮浓度教稀,液体比热容假设与水相同即75.3 kJ/kmol将各值代入液体出塔温度的变化公式得:=25+=25+540

6、=25+540*0.02422=38.08 因此=+273=311.08k5、 气液平衡曲线对丙酮水体系当x0.01时,T为1545,可用下式求解 E为亨利系数,T为温度,取进口的平均值(298+311.08)/2=304.54K E=296.73kPa相平衡常数m=所以平衡线为: =2.929x平衡线及操作线的值x/KM0.000252982.92900.00125.54298.542.9292.9290.00226.08299.082.9295.8580.00326.62299.622.9298.7870.00427.16300.162.92911.7160.00527.7300.72.9

7、2914.6450.00628.24301.242.92917.5740.00728.78301.782.92920.5030.00829.32302.322.92923.432(由上表的数据即可画出平衡曲线及操作线)6、 吸收剂水的用量最小液气比 同理知 吸收剂用量L=(1.252.00)(105.94106.63)=132.425213.26在此范围内考虑过程前后工序及经济 上的合理性,选择L=172.847、 塔径计算1、填料的选择用水吸收丙酮是在t=2538.08,P=101.3kPa的条件下进行的,其操作压力较低,因此可选用陶瓷填料,其价格便宜,且具有较好的表面润湿性,陶瓷英塔洛克斯

8、鞍(矩鞍)的综合性能较好,故选用陶瓷矩鞍形填料,其基本数据如下:比表面积=118 空隙率=0.775当量直径=0.012m 堆积密度=545t=31.54时水:=955.7 =pa.s 表面张力=9227.52=N/m空气:=1.165 将气体的密度按吸收塔中的条件进行换算:(为标准状态下空气的平均密度,查表知=1.293kmol/h):入口气体中丙酮的浓度填料吸收塔中气体极限速度可由下式计算: :气体的极限空塔速度 m/s 分别为吸收剂和水在20时的黏度 pa.sA,B与填料类型有关的系数 查表知:的鞍形填料: A=-0.33 B=1.04=0.012m ,=0.775于此设计中所选的吸收剂

9、也为水.因此=1将各数据代入式中解得=4.30m/s操作速度的选取受很多因素的影响,通过几个串联的设备输送大量的气体,要求提高气体的余压,故能耗大,因而在回收丙酮时,填料的流体阻力是确定操作速度的主要因素,据此,选择操作速度为极限速度的0.20.5倍,当取w=0.5=0.5*4.30=2.15m/s由流量方程求该吸收塔径在化学工业中采用塔径1m标准系列如下:0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0综上所述知选取的塔径D为0.4m由于空塔气速u=w=2.15m/s (对于散装填料=0.5 0.85 取=0.7)故液泛速度=3.

10、07m/s2、塔径的校正 泛点率标核: (在允许范围内)填料规格标核:液体喷淋密度的标核:对于直径不超过75mm的散装填料,可取最小湿润速率经以上校核可知,填料塔直径选用D=400mm合理。8、 单位填料层压强降采用Eckert通用关联图计算填料层压降图2 Eckert通用关联图横坐标为纵坐标为:填料因子=215 :填料形状系数=1.19 u=2.15m/s查图知 因此填料层的压降为=1211.89s=142.74pa9、 填料层高度的计算由于V()=L() 脱吸因素 气体总传质单元数气相总传质单元高度的恩田关联式计算:查表知:液体流量的质量通量为:气膜吸收系数:气体的质量通量为其中=59.2

11、 液膜吸收系数:由 查表知=1.19所以传质单元高度当时 , 取 则设计填料塔层高度为10、 填料吸收塔的附属设备1、分布器的设计由于所选吸收剂不带压,塔径较小,故选用筛孔盘式分布器,D=400时,分布盘直径为345mm,围环高度75mm。 分布器密度计算:按 Eckert建议值.当D=400时,喷淋点密度为330点/,因该塔 气相负荷较大,设计取喷淋点密度为330点/。布液点数n= 实际取37点 布液计算: (布液能力计算公式):孔径 n:点数 :孔流系数0.60.65 取0.6 :开孔上方液位高数,一般为120150 mm以上,取150 mm 取5mm再分布器的设计:槽式盘式再分布器具有1

12、:液体收集,液体分布,气体分布三种功能 2:防止液沫夹带 3:排液孔开于升气管中部,不易堵塞 4:高度较低 5:液相负荷,操作弹性大等优点查得D=400 mm分布盘外径D=392mm.升气管数量为22、风机的选取25空气,800kmol/h 风压为250mm,气压101.325kPa 要求选择叶轮在转出口位置90的风机根据工况要求的风量和内压,考虑力10%的附加值即 风机使用的工况的空气密度=1.18 风机实测标准状态为 空气密度 将使用工况状态下的风量和风压换算为实测标准状态下的风量和风压 选择型号:查离心式风机性能表.选择一般用途离心通风机 右3、填料支承板分为两类：气液逆流通过平板型支承

13、板，板上有筛孔或栅板式;气体喷射型，分为圆柱升气管式的气体喷射型支承板和梁式气体喷射型支承板。4、填料压板和床层限制板在填料顶部设置压板和床层限制板。有栅条式和丝网式。5、气体进出口装置和排液装置 填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500mm直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制 成下弯的锥形扩大器。气体出口既要保证气流畅通，又要尽量除去夹带的液 沫。最简单的装置是除沫挡板（折板），或填料式、丝网式除雾器。液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压

14、吸收塔可采用液封装置。第二部分 设计总结结束语这次设计总体来说还比较合理，各项设计结果均符合设计要求，详见设计结果总汇表及填料塔配图。由于该类型填料塔的一些物性参数均非化工手册中未能查到的确切数据，是通过分析计算得到的，这给计算带来了一定的误差。这次课程设计，自己收获颇多。课程设计可谓是理论联系实际的桥梁，是我们学习化工设计基础的初步尝试。通过课程设计，使我们能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成了指定的化工设计任务，从而得到了化工程序设计的初步训练。通过课程设计，使我们更加深刻的了解了工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养了我们分析和解决

15、工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使我们树立正确的设计思想，培养实事求是，严肃认真，高度负责的工作作风。综上所述，这次课程设计对自己来说是一个提高的过程。在做课程设计的过程中，几次频繁的去图书馆找寻资料，不仅让自己现在能够熟悉查阅文献资料，还丰富了自己的课外知识。两个星期内，同学之间热烈讨论，各寝室间交流密切，极大增进了同学之间的友谊，这可算上是此次课程设计的额外收获。对于化工单元操作 ，从开始的陌生到现在的一知半解，有自己的努力，也有很多他人的帮助。在这次设计中我要感谢我们的杨世芳老师，谢谢您的的悉心指导 。 第三部分 附录丙酮填料塔装配图（见附录）.参考文献：1 任晓光 编.化工原理课程设计指导 北京：化学工业出版社，20092 柴诚敬 编.化工原理课程设计 天津：天津科学技术出版社，19943 路秀林，王者相编.塔设备 北京：化学工业出版社，20024 匡国柱，史启才编.化工单元过程及设备课程设计 北京：化学工业出版社，2001第 14 页 （共 14 页）