最新空气丙酮混合气填料吸收塔设计

第一章概述1.1吸收塔的概述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。

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。

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。

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，尤以填料塔的应用较为广泛。

塔填料的研究与应用已取得长足的发展：鲍尔环、阶梯环、金属环矩鞍等的出现标志散装填料朝高通量、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。

填料塔仍处于发展之中，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开发构型优越、堆积接触方式合理、流体在整个床层均匀分布的新型填料。

目前看来，填料的材质以陶瓷、金属、塑料为主，为满足化工生产温度和耐腐蚀要求，已开发了氟塑料制成的填料。

填料塔的发展，与塔填料的开发研究是分不开的。

除了提高原有填料的流体力学与传质性能外，还开发了效率高、放大效应小的新型填料。

加上塔填料本身具有压降小、持液量小、耐腐蚀、操作稳定、弹性大等优点，使填料塔开发研究达到了新的台阶。

1.3吸收过程在工业生产上应用化工生产中吸收操作广泛应用于混合气体的分离：(1)净化或精制气体，混合气体中去除杂质。

如用K2CO3水溶液脱除合成气中的CO2，丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等。

(2)制取某种气体的液态产品。

如用水吸收氯化氢气体制取盐酸。

(3)混合气体以回收所需组分。

如用汽油处理焦炉气以回收其中的芳烃。

(4)工业废气处理。

工业生产中所排放的废气中常含有丙酮，NO，NO2，HF等有害组分，组成一般很低，但若直接排入大气，则对人体和自然环境危害都很大。

因此排放之前必须加以处理，选用碱性吸收剂吸收这些有害的气体是环保工程中最长采用的方法之一。

第2章设计方案2.1设计任务处理量为21003m h空气-丙酮混合气填料吸收塔设计2.2 操作条件①混合气(空气、丙酮蒸汽)处理量：21003/m h。

②进塔混合气含丙酮1.82％(体积分数)；相对湿度:70％；温度:35℃；③进塔吸收剂(清水)的温度25℃；④丙酮回收率：90％；⑤操作压强：常压。

2.3吸收塔设备的选择对于吸收过程，一般具有操作液气比大的特点，因而更适应于填料塔。

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，以采用吸收塔的多。

本设计中丙酮气体在水中的溶解度比较大，吸收效率高，设计题目也要求采用填料塔，所以本设计选用填料塔作为气液传质设。

2.4吸收塔填料的选择（1）填料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。

① 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，以每个传质单元相当的填料层高度表示，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 ）值低的填料。

对于常用的工业填料，其HETP(或HTU)值可由有关手册或文献中查到，也可以通过一些经验公式来估算。

② 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，它的处理能力也愈大。

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，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。

对于大多数常用填料，其泛点气速或气相动能因子可在有关手册或文献中查到，也可由一些经验式来估算。

③ 填料层的压降 填料层的压降是填料的主要应用性能，压降越低，动力消耗越低，操作费用越小。

选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要。

比较填料层的压降尤两种方法：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/T p N ∆。

填料层的压降可用经验公式计算，亦可从有关图标中查出。

④ 填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作弹性，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。

（2）填料规格的分类① 散装填料规格的分类 散装填料的规格通常是指填料的公尺直径。

工业塔常用的散装填料主要有16N D 、25N D 、38N D 、50N D 、76N D 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，对塔径与填料尺寸的比值要有一定的规定。

表2-2 常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d 的推荐值填料种类D/d 的推荐值 拉西环鞍环鲍尔环阶梯环环矩鞍 D/d ≥20～25 D/d ≥15 D/d ≥10～15 D/d ＞8 D/d ＞8② 规整填料规格的分类 工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，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要求，又具有经济合理性。

应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型，不通规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料，有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。

一的原则来选择填料的规格。

③填料材质的分类设计时应灵活掌握，根据技术经济统工业上，填料的材质分为陶瓷，金属和塑料三大类。

a）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，不易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。

b）金属填料金属填料可用多种材质制成，金属材质的选择主要根据物系的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。

炭钢填料造价低，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 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，钛材，特种合金钢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（0.2～1.0mm），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。

c）塑料填料塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）及聚氯乙稀（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。

塑料填料的耐腐蚀性能好，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，聚丙烯填料在低温（低于0℃）时具有冷脆性，在低于0℃的条件下使用要慎重，可选用耐低温性能好的聚氯乙稀填料。

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。

根据以上选择，考虑到以下方面（1）选择填料材质选择填料材质应根据吸收系统的介质和操作温度而定，一般情况下，可选用塑料，金属，陶瓷等材料。

对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不锈钢等，对于温度较高的情况，应考虑材料的耐温性能。

（2）填料类型的选择填料类型的选择是一个比较复杂的问题。

一般来说，同一类填料塔中，比表面积大的填料虽然具有较高的分离效率，但是由于在同样的处理量下，所需要的塔径较大，塔体造价升高。

（3）填料尺寸的选择实践表明，填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。

一般来说，填料尺寸大，成本低，处理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加。

所以，一般大塔经常使用50mm的填料。

表2-3 填料尺寸与塔径的对应关系塔径/mm填料尺寸/mmD≤250 250≤D≤900 20～25 25～38D≥900 50～80第三章设计方案的确定采用常规逆流操作，流程如下：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。

第四章 吸收塔的工艺计算4.1基础物性数据4.1.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据。

由《化工原理》[1]查得25℃时水的有关数据如下：密度： 31000kgm ρ=粘度： 0.9027L mpa s μ=⋅表面张力： 371.610Nm σ-=⨯丙酮在水中的扩散系数： 80.580.5520.60.6,7.410()7.410(2.618.02)298 1.2210/0.8944.8B L A M M TD cm s αμν---⨯⨯⨯⨯===⨯⨯ 624.39210/m h -=⨯4.1.2气相物性数据混合气体的平均密度329273 1.1522.427335V kg m ρ=⨯=+ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查《化工原理》[1] 25℃空气粘度：0.01840.066/()V mpa s kg m h μ=⋅=⋅查《化工原理》[1]丙酮在空气中的扩散系数： 1.75 1.7522V111V222D 298()()()0.102/0.0367/D 0.122273V V D T P D cm s m h T P =⇒=⇒==35C 饱和水蒸气压强：5623.4Pa ；4.1.3气液相平衡数据当x ＜0.01，t ＝15~45℃时，丙酮溶于水其亨利常数E 可用以下经验公式计算： 1gE ＝9.171－[2040／(t 十273)]（其中t=25℃），解得：1gE=2.325，E=211.35kPa ，亨利系数H 与相平衡常数m 之间的关系：m ＝EP解得：m=2.086 * 2.086Y mX X ==当溶质在液相中的浓度较低时（x<0.05）,亨利系数E 和溶解度系数H 间的关系可表示：s pH M E=（M s ：溶剂的分子量。