化工原理课程设计报告.doc

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1、吉林化工学院化工原理课程设计摘要 填料塔气液两相密切接触进行传质和传热，在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。它具有较高的分离效率，因此根据丙酮和空气的物理性质和化学性质分析，采用填料塔。本次设计针对二元物系的吸收问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的吸收设计过程，并通过对填料塔的计算，可以得出填料塔的各种设计参数，此设计方法被工程技术人员广泛的采用。在化学工业中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是：回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理；或除去工业放空尾气中的有害

2、物，以免污染大气。实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异而进行的。根据不同性质上的差异，可以开发出不同的分离方法。吸收操作仅为其中之一，它利用混合物中各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。在化工生产过程中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为主要设备之一，越来越受到青睐。丙酮填料吸收塔，以水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔的方法处理含有丙酮的混合物，使其达到排放标准

3、，采用填料吸收塔吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收易于进行，填料塔有通量大，阻力小，压降低，操作弹性大，塔内持液量小，耐腐蚀，结构简单，分离效率高等优点，从而使吸收操作过程节省大量人力和物力。在设计中,主要以水吸收混合气中的丙酮，在给定的操作条件下对填料吸收塔进行物料衡算。本次设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算物料衡算、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。第1章 绪 论在化学工业中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是：（1）回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；（2）除

4、去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理；或除去工业放空尾气中的有害物，以免污染大气。 实际过程往往同时兼有净化与回收双重目的。 气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理性质和化学性质的差异而进行的。根据不同性质上的差异，可以开发不同的分离方法。吸收操作仅为其中之一，它根据混合物各组分某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的。1.1吸收技术概况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。在化工生产中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体保护环境等方面得到了广泛的应用

5、。在研究和开发吸收过程中，在方法上多从吸收过程的传质速率着手，希望在整个设备中，气液两相为连续微分接触过程，这一特点则与填料塔得到了较好的结合。由于填料塔的通量大，阻力小，使得其在某些处理量大要求压降小的分离过程中备受亲睐。尤其今年高效填料塔的开发，使得填料塔在分离过程中占据了重要的地位。丙酮是一种重要的基本有机化工原料，它是制造丙酮氰醇，双酚A等化工产品的原料，也用于制造维生素C，此外还作为溶剂广泛用于醋酸纤维素胶片、塑料、涂料、医药及炼油等工业部门。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。

6、实际生产中，吸收过程所用的吸收剂常需回收利用，故一般来说，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分，因而在设计上应将两部分综合考虑，才能得到较为理想的设计结果。作为吸收过程的工艺设计，其一般性问题是在给定混合气体处理量、混合气体组成、温度、压力以及分离要求的条件下，完成以下工作：（1）根据给定的分离任务，确定吸收方案；（2）根据流程进行过程的物料和热量衡算，确定工艺参数；（3）依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计；（4）绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图；（5）编写工艺设计说明书。吸收剂将混合气体中溶质组分吸收后所得到的溶液是混合溶液,在生产中常需要使溶质从吸收后的溶液中重新释放出来,

7、实现最终分离,而液相的吸收剂又可得以再生重新使用。这种使溶质组分从溶液中脱出的过程称为解吸,是吸收的逆过程,也是一种通过相际间传质而实现物质分离的单元操作。在化工生产中,吸收和解吸是常用的联合操作,共同构成了一个完整的工艺流程。1.2吸收设备的发展吸收设备是化工、石油化工、生物化工等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可氛围板式塔和填料塔两大类。 过去由于填料本体及塔内构件的不完善，填料塔大多局限于处理腐蚀性介质或不适宜安装塔板的小直径塔。近年来由于填料结构的改进，新型的高效、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能，又保持了压力降小的特点，因此填料塔已被

8、推广到所有大型气液操作中。在某些场合，还代替了传统的板式塔。随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔已大量地用于工业生产中。由于填料塔通量大，阻力小，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造，结构简单，效率高，有利于过程节能。所以对于吸收过程来说，以采用填料塔居多。填料塔约有100年的发展史，1914年拉西环的出现使填料塔进入了科学发展的轨道，至50年代取得了很大的发展，但由于填料塔的“放大效应”，50年代后填料塔进入了缓慢发展时期，而板式塔应运而生。70年代由于世界性的能源危机后，为了节能，填料塔得到了蓬勃发展，规整填料的出现和塔内件的改进使“放大效应”问题基本解决。 填料塔的特点： 1生产能力大2

9、分离效率高3压力降小4操作弹性大5 . 持液量小对于吸收过程，能够完成分离任务的塔设备有多种，如何从众多的塔设备中选择合适类型是进行工艺设计的首要任务。而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后，并经多方面对比方能得到满意的结果。一般而言，吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求，用较小直径的塔设备完成规定的处理量，塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，具有合适的操作弹性，结构简单，造价低，便于安装、操作和维修等。但是吸收过程，一般具有液气比大的特点，因而更适用填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能。所以对于吸收过程来说，以采用填料塔居多。近年来随着化工产业的

10、发展，大规模的吸收设备已经广泛用于实际生产当中。具有了很高的吸收效率，以及在节能方面也日趋完善。填料塔的工艺设计内容是在明确了装置的处理量，操作温度及操作压力及相应的相平衡关系的条件下，完成填料塔的工艺尺寸及其他塔内件设计。在今后的化学工业的生产中，对吸收设备的要求及效率将会有更高的要求，所以日益完善的吸收设备会逐渐应用于实际的工业生产中。1.3吸收在工业生产中的应用气体吸收在化工生产中的应用大致有以下几种。 (1) 净化或精制气体。 混合气的净化或精制常采用吸收的方法。如在合成氨工艺中，采用碳酸丙烯酯(或碳酸钾水溶液)脱除合成气中的二氧化碳等。 (2) 制取某种气体的液态产品。气体的液态产品

11、的制取常采用吸收的方法。如用水吸收氯化氢气体制取盐酸等。(3) 回收混合气体中所需的组分。回收混合气体中的某组分通常亦采用吸收的方法。如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃等。 (4) 工业废气的治理。 在工业生产所排放的废气中常含有少量的SO2、H2S、HF等有害气体成分，若直接排入大气，则对环境造成污染。因此，在排放之前必须加以治理，工业生产中通常采用吸收的方法，选用碱性吸收剂除去这些有害的酸性气体。第二章 设计方案2.1吸收剂的选择吸收是气体溶质在吸收剂中溶解的过程。因此，吸收剂性能的优劣往往是决定吸收效果的关键。选择吸收剂应注意以下几点。 (1) 溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度越大，则传

12、质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少。 (2) 选择性 吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。 (3) 挥发度 在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和。故在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小，以减少吸收剂的损失量。 (4) 粘度 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高。 (5) 其它 所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。工业上常用吸收剂溶质吸收剂氨丙酮蒸气氯化氢二氧化碳二氧化硫硫化氢苯蒸气丁二烯二氯化碳

13、一氧化碳水、硫酸水水水、碱液、碳酸丙烯酯水碱液、砷碱液、有机溶剂煤油、洗油乙醇、乙腈煤油铜氨液 采用水来吸收丙酮。2.2 吸收流程的选择气体吸收过程通常按以下方法分类。 (1) 单组分吸收与多组分吸收:吸收过程按被吸收组分数目的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收。若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶（或微溶）于吸收剂，这种吸收过程称为单组分吸收。反之，若在吸收过程中，混合气中进入液相的气体溶质不止一个，这样的吸收称为多组分吸收。 (2) 物理吸收与化学吸收: 在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，可以把吸收过程看成是气体溶质单纯地溶解于液相溶剂的物理过程，则称为物理吸

14、收。相反，如果在吸收过程中气体溶质与溶剂(或其中的活泼组分)发生显著的化学反应，则称为化学吸收。 (3) 低浓度吸收与高浓度吸收: 在吸收过程中，若溶质在气液两相中的摩尔分率均较低（通常不超过0.1），这种吸收称为低浓度吸收；反之，则称为高浓度吸收。对于低浓度吸收过程，由于气相中溶质浓度较低，传递到液相中的溶质量相对于气、液相流率也较小，因此流经吸收塔的气、液相流率均可视为常数。 工业上吸收装置的流程主要有以下几种： (1)逆流操作气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操

15、作。 (2)并流操作气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流曰对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛， (3)吸收剂部分再循环操作在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平衡常数m值很小的情况，通过吸收液的部分再循环，

16、提高吸收剂的使用效率。应予指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需设置循环泵，操作费用增加。 (4)多塔串联操作若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大空间，输液、喷淋、支承板等辅助装置增加，使设备投资加大。 (5)串联一并联混合操作若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小（否则易引起塔的液泛），塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大

17、而气相流量很大时，可采用液相作串联、气相作并联的混合流程。 总之，在实际应用中，应根据生产任努、工艺特点，结合各种流程的优缺点选择适宜的流程布置。 此设计采用的是逆流操作流程。2.3 吸收塔设备及填料的选择1.吸收塔的选择吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。填料塔由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。

18、填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0512m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度为68m3/(m2h)以保证填料润湿，液气比控制在210L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。板式塔是在塔内装有一层层的塔板，液体从塔顶进入，气体从塔底进入，气液的传质、传热过程是在各个塔板上进行。板式塔种类很多，大致可分为二类：一类是降液管式，如泡罩塔、筛孔板塔、浮阀塔、S形单向流板塔、舌形板

19、塔、浮动喷射塔等；另一类是穿流式板塔，如穿流栅孔板塔(淋降板塔)、波纹穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。工业生产对塔设备的性能有着严格的要求，主要有以下几个方面： (1)具有良好的操作稳定性这是保证正常生产的先决条件。一个性能良好的塔设备，首先要保证塔设备在连续生产中的稳定操作，具有一定的操作弹性。在允许的工艺波动范围内，设备本身的操作弹性必须大于等于生产中可能产生的工艺波动率。(2)具有较高的生产效率和良好的产品质量该项是设备设计制造核心。没有良好的产品质量，说明该设备不能胜任其相应的工艺操作。当然，仅有较高的产品质量，而没有较高的生产率也是不可取的。一个好的设计应使两者兼顾，在保证产

20、品质量的前提下，尽可能提高产品生产效率。(3)结构简单，制造费用低塔设备在能保证满足相应的要求的前提下，尽量采用简单的结构，降低设备材料、加工制作和日常维护的费用。设备尽可能采用通用材料，特殊场合如遇到盐酸、加氢反应、高温高压等比较苛刻的条件下，也应尽可能采用复合材料，以便降低塔设备的制造成本。(4)塔设备的寿命、质量与运行安全化工设备一般要求其使用寿命在10年以上。在设计时，要能考虑选用材料的成本、设备的运行安全、制造质量和其一次性投资等之间的关系，不要一味追求高寿命，并应注意塔设备在运行使用中的安全性和操作的方便性，不能出现任何在操作中可能导致操作失误的结构和部件。本设计采用填料塔，填料塔

21、结构简单，生产能力大，分离效率高，持液量小，操作弹性大。 2.填料的选择塔填料（简称为填料）是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。 （1）填料的类型 填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较典型的散装填料。 1)拉西环填料拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷

22、、塑料、金属等材质制造。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已很少应用。 2)鲍尔环填料鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，其通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。 3)阶梯环填料阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边

23、。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边木仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。 4)弧鞍填料弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度

24、较差，容易破碎，工业生产中应用不多。 5)矩鞍填料将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。 6)环矩鞍填料环矩鞍填料(国外称为Intalox)是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯坏，是工业应用最为普遍的一种金属散装填料。 规整填料 规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填

25、料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料两大类，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。加工中，波纹与塔轴的倾角有300和450两种，倾角为300以代号BX(或X)表示，倾角为450以代号CY(或Y)表示。 金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，是由金属丝网制成的。其特点是压降低、分离效率高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因性能优良仍得到了广泛的应用。金属板波纹填料是板波纹填料的主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多船mm帕mm的

26、小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大。其缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。(2)种类的选择填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：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，以每个传质单元相

27、当的填料层高度的表示，即HTU值。在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即HETP(或HTU)值较低的填料。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，应选择具有较高的泛点气速或气相动能因子的填料。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。填料的操作性能填料的操作性能主要是指操作弹性、

28、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）填料规格的选择通常，散装填料与规整填料的规格表示方法不同，选择的方法亦不尽相同。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。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，

29、对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于表2-2。 塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值填料种类 D/d推荐值拉西环 D/d2030鞍环 D/d15鲍尔环 D/d1015阶梯环 D/d8环矩鞍 D/d8规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法有很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足工艺

30、要求，又具有经济合理性。（4）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。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。金属填料金属填料可用多种材料制成，金属材料的选择主要根据物质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

31、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（0.21.0 mm），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。塑料填料塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国内一般多采用聚丙烯材料。塑料材料的耐腐蚀性能良好，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100以下使用。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

32、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。填料材质评估表填料名称评估值对评估植的评价排序丝网波纹填料0.86很好1孔板波纹填料0.61相当好2金属Intalox0.59相当好3金属鞍形环0.57相当好4金属阶梯环0.53一般好5金属鲍尔环0.51一般好6瓷Intalox0.41较好7瓷鞍形环0.38略好8瓷拉西环0.36略好9综合考虑以上各个方面，本设计选用聚丙烯塑料阶梯环DN38，其特性数据如下表： 聚丙烯塑料阶梯环特性数据填料外径mm高厚mmmm比表面积m2/m3空隙率m3/m3个数个/m3堆积密度kg/m3干填料因子m-1填料因子m-150251.5114.

33、20.9271074054.3143.11002.4吸收剂再生方法的选择依据所用的吸收剂的不同可以采用不同的再生方法，工业上常用的吸收剂再生方法主要有减压再生，加热再生及气提再生等。(1)减压再生（闪蒸）吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得溶于吸收剂中的溶质得以再生。该方法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需在真空条件下进行，则过程可能不够经济。(2)加热再生加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再生塔内并加热使其

34、升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于解吸温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于于常温的吸收操作，否则，若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高的能量。一般采用水蒸汽作为加热介质，加热方法可以依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用间接蒸汽加热。(3)气提再生气提再生是在再生塔的底部通入惰性气体，使吸收剂表面溶质的分压降低，使吸收剂得以再生。常用气提气体是空气和水蒸气。本设计采用加热再生的方法再生吸收剂。2.5操作参数的选择操作温度的选择 对于物理吸收而言,降低操作温度,对吸收有利。但低于环境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的,所以一般情况下,

35、取常温吸收较为有利。对于特殊条件的吸收操作必须采用低于环境的温度操作。对于化学吸收,操作温度应根据化学反应的性质而定,既要考虑温度对化学反应速度常数的影响,也要考虑对化学平衡的影响,使吸收反应具有适宜的反应速度。对于再生操作,较高的操作温度可以降低溶质的溶解度,因而有利于吸收剂的再生。操作压力的选择 对于物理吸收,加压操作一方面有利于提高吸收过程的传质推动力而提高过程的传质速率,另一方面,也可以减小气体的体积流率,减小吸收塔径。所以操作十分有利。但工程上,专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下,一般是以前道工序的压力作

36、为吸收单元的操作压力。对于化学吸收,若过程由质量传递过程控制,则提高操作压力有利,若为化学反应过程控制,则操作压力对过程的影响不大,可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压力,但加大吸收压力依然可以减小气相的体积流率,对减小塔径仍然是有利的。对于减压再生(闪蒸)操作,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定,逐次或一次从吸收压力减至再生操作压力,逐次闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果。第3章 吸收塔的工艺计算3.1基础物性数据3.1.1 液相物性数据对于空气中含有较少丙酮气体的低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得25时水的有关物性数据如下：密度为：粘度为： 表面张力

37、： 丙酮在水中的扩散系数： 3.1.2 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： 混合气体中丙酮含量较低，则可认为混合气体的粘度近似为空气的粘度，查化工手册得25时空气的粘度 丙酮在空气中的扩散系数： 3.1.3 气液相平衡数据25下该系统的平衡关系为：y=1.75x即相平衡常数为：m=1.75则亨利系数为： 故溶解度系数为： 3.2物料衡算进塔气相摩尔比：出塔气相摩尔比：进塔惰性气相流量为： 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： 则 故取操作液气比为：所以，吸收液组成：3.3 填料塔的工艺尺寸的计算3

38、.3.1塔径的计算填料塔直径采用式来计算（1）空塔气速的确定（泛点气速法） 泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作空塔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。 对于散装填料，其泛点率的经验值为 对于规整填料，其泛点率的经验值为 填料的泛点气速常采用贝恩-霍根关联式计算：其中 取DN38聚丙烯塑料阶梯环，查手册得：代入关联式有 解得 对于散装填料，取 圆整取 （2）填料规格校核： ，符合（3）泛点校核： 则 ，符合（4）液体喷淋密度校核：对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率（LW）min=0.08m3/(mh)最小喷淋密度 则液体喷淋密度 ，符合。综上，取

39、DN38聚丙烯塑料阶梯环填料，取塔径D=400mm合理。3.3.2传质单元高度计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：液体的质量通量为：查得聚丙烯的临界表面张力c=33mN/m=427680kg/h则 气体质量通量为：气膜吸收系数： 液膜吸收系数： 查手册得，开孔塑料阶梯环形状系数 则 又,需按下式进行校正： 则总传质单元高度： 3.3.3传质单元数的计算 脱吸因数为 气相总传质单元数： 3.3.4填料层高度 采用传质单元数法计算填料层的高度： 填料层的设计高度一般为 取 设计取填料层高度为 ，故需分段。对于阶梯环填料，取，则 ，所以分两段，分别取 3.4塔附属高度的计算塔上部空间高度

40、，可取为1.2m，液体再分布器的空间高度约为1m，塔底液相停留时间按5min考虑，则塔釜液所占空间高度为： 考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取1.5m，所以塔的附属空间高度可以取为3.7m。3.5液体分布器的计算3.5.1液体分布器液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。工业应用以管式、槽式及槽盘式为主。 管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其突出的特点是结构简单，供气体流过的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，操作弹性一般较小。管式液体分布器多用于中等以下液体负荷的填料塔中。在减压精馏及丝网波纹填料塔中，由于液体负荷较小，设计中通常用管式液体分布器。 槽式液体

41、分布器是由分流槽（又称主槽或一级槽）、分布槽（又称副槽或二级槽）构成的。一级槽通过槽底开孔将液体初分成若干流股，分别加入其下方的液体分布槽。分布槽的槽底（或槽壁）上设有孔道（或导管），将液体均匀分布于填料层上。槽式液体分布器具有较大的操作弹性和极好的抗污堵性，特别适合于大气液负荷及含有固体悬浮物、粘度大的液体的分离场合，应用范围非常广泛。 槽盘式分布器是近年来开发的新型液体分布器，它兼有集液、分液及分气三种作用，结构紧凑，气液分布均匀，阻力较小，操作弹性高达10：1，适用于各种液体喷淋量。近年来应用非常广泛，在设计申建议优先选用。 性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点： （1）液体分布均

42、匀 评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。 （2）操作弹性大 液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为24，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊设计。 (3)自由截面积大 液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积的比值。根据设计经验，性能优良的液俸分布器，其自由截面积为50%。70qo。设计中，自由截面积最小应在35%以上。 (4)其他 液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便。该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽

43、式液体分布器。按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽度为80 mm，槽高度为210 mm，两槽中心矩为160 mm。分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=42点，布液点示意图： 3.5.2液体再分布器前已述及，为减小壁流现象，当填料层较高时需进行分段，故需设置液体收集及再分布装置。最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器。截锥式再分布器结构简单，安装方便，但它只起到将壁流向中心汇集的作用，无液体再分布的功能，一般用于直径小于0.6 m的塔中。 在通常情况下，一般将液体收集器及液体分布器同时使用，构成液体收集及再分布装置。液体收集器的作用

44、是将上层填料流下的液体收集，然后送至液体分布器进行液体再分布。常用的液体收集器为斜板式液体收集器。前已述及，槽盘式液体分布器兼有集液和分液的功能，故槽盘式液体分布器是优良的液体收集及再分布装置。3.5.3布液孔数根据该物系性质可选用管式液体分布器。 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔 径，mm分布点密度，点/m2塔截面D=400D=750D120033017042根据上表，塔径D=400mm时，取布液孔数为300个/ m2，则总布液孔数为：个3.5.4塔底液体保持管高度孔径：取，由 有 设计取d0=4mm保持管高度： 对于雷诺数的情况，可取，取k=0.61 由上式有：对于重力型液体分布器，液位保持管的高度由液体最大流率下的最高液位决定，一般取最高液位的倍则液体保持管高度为：3.6 其他附属塔内件选择1.填料支承装置 填料支承装置的作用是支承塔内的填料。常用的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等。对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型支承装置；对于规整填料，通常选用栅板型支承装