吸收塔-丙酮

1设计方案简介1.1设计方案的确定用水吸收丙酮属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，且丙酮不作为产品，故采用纯溶剂。1.2填料的选择对于水吸收丙酮的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。2工艺计算2.1基础物性数据2.1.1液相物性的数据对低浓度吸收过程，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ρL=997.1kg/m3粘度为μL=0.0008937Pa·s=3.2173kg/(m·h)表面张力为σL=71.97dyn/cm=932731kg/h2丙酮在水中的扩散系数为DL=1.327×10-9m2/s=4.776×10-6m2/h(依D=0D0TT计算，查《化工原理》教材)2.1.2气相物性的数据进塔混合气体温度为35℃混合气体的平均摩尔质量为MVm=ΣyiMi=0.06×58.08+0.94×29=30.74g/mol混合气体的平均密度为3/K216.115.308314.874.30325.101mgRTPMmmVV混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得35℃空气的粘度为μV=1.88×10-5Pa•s=0.068kg/(m•h)查手册得丙酮在空气中的扩散系数为hmscmDV/038.0/106.022（依2/3000))((TTPPDD计算，其中293K时，100kPa时丙酮在空气中扩散系数为1×sm/1025，查《化工原理》教材）2.1.3气液相平衡数据当x0.01,t=15～45℃时，丙酮-水体系的亨利系数可用式：TE2040171.9lg计算E=211.5kPa相平衡常数为m=E/P=211.5/101.3=2.09溶解度系数为262.002.185.2111.997sLEMH)/(3mkPakmol2.1.4物料衡算进塔气相摩尔比为0638.006.0106.01111yyY出塔气相摩尔比为00383.0)94.01(0638.0)1(12YY进塔惰性气相流量为hkmolV/27.92)06.01(352732734.222400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2121min/)(XmYYYVL对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为02X96.1009.2/0638.000383.00638.0)(minVL取操作液气比为min)(8.1VLVL53.396.18.1VLhkmolL/71.32527.9253.3)()(2121XXLYYV017.07.325)00383.00638.0(27.921X2.2填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相质量流量为4.2918216.12400Vkg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即29.586902.1871.325Lkg/hEckert通用关联图的横坐标为07.0)1.997216.1(4.291829.5869)(5.05.0LVVL图一填料塔泛点和压降的通用关联图（引自《化工原理》教材）查图一得17.02.02LLVFFgu查表1170mFsmguLVFLF/868.28937.0216.111701.99781.917.017.02.02.0取smuuF/008.2868.27.07.0由muVDs65.0008.214.33600/240044圆整塔径，取D=0.7m泛点率校核：smu/73.17.0785.03600/24002%32.60%100868.273.1Fuu（在允许范围内）填料规格校核：842.1838700dD液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为hmmLw/08.03min查表3/5.1322mmathmmaLUtw23minmin/6.105.13208.0)(min23.157.0785.01.997/29.5869UU经以上校核可知，填料塔直径选用D=700mm合理。2.2.2填料层高度计算0355.0017.009.211*mXY022*mXY脱吸因数为592.071.32527.9209.2LmVS气相总传质单元数为9.4]592.0000383.000638.0)592.01ln[(592.011])1ln[(112221SYYYYSSNOG气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：})()()()(45.1exp{12.005.01.075.0222tLLLLtLLtLLctwUgUU查表2/427680/33hkgcmdync液体质量通量为)/(8.152587.0785.029.586922hmkgUL393.0})5.1329327311.9978.15258()1027.11.9975.1328.15258()2173.35.1328.15258()932731427680(45.1exp{12.0205.08221.075.0tw气膜吸收系数由下式计算：)()()(237.03/17.0RTDDUkVtVVVVtVG气体质量通量为)/(16.75877.0785.0216.1240022hmkgUV)/(0605.0)298314.8038.05.132()038.0216.1068.0()068.05.13216.7587(237.023/17.0kPahmkmolkG液膜吸收系数由下式计算：hmgDUkLLLLLLwLL/581.0)1.9971027.12173.3()10776.41.9972173.3()2173.35.132362.08.15258(0095.0)()()(0095.03/182/163/23/12/13/2由wGGakak，查表则)/(74.445.15.132362.00507.031.1kPahmkmolakakwGG1.3545.15.132393.0581.04.04.0wLLakak1/h%50%32.60Fuu由,])5.0(6.21[,])5.0(5.91[2.24.1akuuakakuuakLFLGFG得)/(613.674.4])5.06032.0(5.91[34.1kPahmkmolakG72.351.35])5.06032.0(6.21[2.2akL1/h则)/(87.353.27262.01107.5111113kPahmkmolakHakaKLGG由maPKVaKVHGYOG612.07.0785.03.10187.327.922由mNHZOGOG999.29.4612.0mZ749.3999.225.1设计取填料层高度为mZ4查表，对于阶梯环填料，15~8Dh，mmh6max。取8Dh，则mmh56007008计算得填料层高度为4000mm5600mm,故不需分段2.2.3填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降。横坐标为07.0)(5.0LVVL查表1116mP纵坐标为0422.08937.01.997204.181.9111613.12.022.0LLVPgu查图一得mPaZP/3.294/填料层压降为PaP2.117743.2942.2.4液体分布器简要设计分布器孔径由于分布器≈10cm,本设计取=7mm分布器点数的计算0d0d由HgndLs2420取mmH90,60.0则点97.7909.081.926.0007.014.324001.997/29.5869424n220HgdLs≈80点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45mm，槽高度为210mm。两槽中心矩为90mm。分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=112点。图二槽式液体分布器二级槽的布液点示意图3.辅助设备的计算及选型3.1填料支承设备填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是：有足够的机械强度;支承板的自由载面积不应小于填料层的自由截面积，以免气液在通过支承板时流动阻力过大，在支承板首先发生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。常用填料支承板有栅板型，孔管型，驼峰型等，对于本设计的散装填料类型，选用孔管型支承装置。3.2填料压紧装置为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。对于本设计的散装填料类型，选用压紧网板。3.3液体收集再分布装置由于液体从塔顶流下时有向壁流动的趋势（称为壁流效应），并造成填料层内传质面积减少，影响传质。因此，设置液体收集及再分布器来改善因壁流效应造成的液体在填料层内不均匀分布。由于槽盘式液体分布器兼有集液和分液的功能。故本设计采用槽盘式液体分布器。3.4气体和液体的进出口装置由uVds4Vs为流体的体积流量，m3/su为适宜的流体流速，m/s.常压气体进出口管气速可取10~20m/s；液体进出口速度可取0.8~1.5m/s选用气体流速为20m/s,smVs/67.03600/24003,代入上式计算得：mmd207，圆整之后，气体进出口管径为d=250mm。选液体流速为1.5m/s，由smVs/0016.0)1.9973600/(02.1871.3253代入上公式得:mmd37，圆整之后，气体进出口管径为d=40mm底液出口管径：选择mmd504.设计一览表课程设计名称水吸收丙酮填料吸收塔的设计操作条件操作温度25摄氏度操作压力：常压物性数据液相气相液体密度997.1kg/m3混合气体平均摩尔质量30.74g/mol液体粘度3.217kg/(mh)混合气体的平均密度1.216kg/m3液体表面张力932731混合气体的粘度0.068kg/(mh)丙酮在水中的扩散系数4.776×10-6m2/h丙酮在空气中的扩散系数0.038m2/h重力加速度1.27×108m/h气相平衡数据丙酮在水中的亨利系数E相平衡常数m溶解度系数H211.5kpa2.090.262)/(3mkPakmol物料衡算数据Y1Y2X1X2气相流量V液相流量L最小液气比操作液气比0.06380.003830.017092.27kmol/h325.71kmol/h1.963.53工艺数据气相质量流量（kg/h）液相质量流量（kg/h）塔径气相总传质单元数气相总传质单元高度填料层高度填料层压降2918.45869.290.7m4.90.612m4m1177.2pa填料塔附件除沫器液体分布器填料压紧装置填料支承板液体再分布器5.后记本设计主要是在填料吸收塔中脱除空气中的丙酮蒸汽，加深以及巩固化工原理课程的学习，通过整体的设计进一步对化工实际生产过程的认识。虽然学习了吸收的实验的内容，由于不能实际操作，在设计过程仍然存在不少问题，如：1.参数的查找存在较大的问题；2.对吸收的计算公式不太理解导致代入出错；3，对整个工艺生产过程较模糊，无法准确选取生产部件以及对化工生产的优化；参考文献的检索能力有待提高。因此，本次设计后，仍需要对存在的问题进一步改善以及解决。由于时间问题，除了对相关参数比较，填料规格方面对比选取，吸