填料塔设计

第1页xxxxx大学化工原理课程设计任务书专业:班级:组长:成员:设计日期:设计题目:空气丙酮填料塔的吸收设计条件:空气-丙酮体系混合气：丙酮蒸气和空气吸收剂：清水（25℃）处理量：1500m3/h(标准状态)相对湿度：70%温度：20O℃含量：进塔混合气中含丙酮：1.82%（V%）要求：丙酮回收率：90%操作条件：常压操作厂址地区：任选设备型式：自选设计内容：相关说明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指导教师:xxxx第2页目录第一节概述------------------------------------------41.1吸收技术概况------------------------------------------41.2吸收设备的发展------------------------------------------41.3吸收过程在工业生产中的应用------------------------------------------51.4丙酮的相关资料------------------------------------------6第二节设计方案的确定-----------------------------------------72.1吸收剂的选择--------------------------------------------72.2吸收流程的选择----------------------------------------82.3吸收塔设备及填料的选择-------------------------------------------------92.4操作参数的选择------------------------------------------92.5设计模型图------------------------------------------10第三节吸收塔的工艺计算----------------------------------------113.1基础性数据--------------------------------------------113.2物料计算-------------------------------113.3填料塔工艺尺寸的计算--------------------------------------------12第四节设计后的感想-------------------------------------------------184.1对设计过程的评述和有关问题的讨论-------------------------------------------------184.2设计感想-------------------------------------------------------------------------------------------18附录：参考文献-----------------------------------------------------------------------------------20第3页第一节概述1．1吸收技术概况吸收的依据即为混合气体中各组分在同一种液体中的溶解度差异。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。1．2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，加上填料第4页塔本身具有压降小、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。1．3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，对废气中的硫化氢，硫氧化物，氮氧化物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。第5页（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]。1.4丙酮的相关资料丙酮概述丙酮，也称作二甲基酮，饱和脂肪酮系列中最简单的酮。熔点-95度，沸点56度，无色液体，有特殊气味，能溶解醋酸纤维和硝酸纤维，丙酮对人体没有特殊的毒性，但是吸入后可引起头痛，支气管炎等症状。如果大量吸入，还可能失去意识。丙酮的一些物化性质密度0.788（25℃）溶水性易溶于水熔点-94℃自燃点465℃沸点56.48℃爆炸极限2.6%~12.8%饱和蒸汽压53.32(kPa)燃烧热值1792千焦/摩尔吸收过程的描述第6页折光率1.3588挥发性易挥发闪点-17.78℃第二节设计方案的确定2．1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。第7页因用水作为吸收剂，且丙酮不作为产品，故采用纯溶剂。2．3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．填料材质的选择陶瓷：耐腐蚀、耐热，价格便宜，润湿性能好；质脆、易碎是其最大缺点；金属：通量大、阻力小，抗冲击性好，能在高温、高压下使用，应用范围最广；塑料：耐腐蚀好，可长期在100C以下使用，质轻、价廉，耐冲击、不易碎，可以制成薄壁结构。缺点是表面润湿性能差。综合三种材质，考虑到该流程处理量不大，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．填料类型的选择从华东理工大学出版社出版的化工原理教材中查到一些参考数据填料名称评估值语言值排序丝网波纹填料0.86很好1孔板波纹填料0.61相当好2