环境工程原理课程设计 丙酮吸收填料塔要点

查手册[8]得丙酮在空气中扩散系数为：
故35℃时丙酮在空气中的扩散系数为：
3.1.3
由 可知：
常压下25℃时丙酮在水中的亨利系数为：
相平衡常数为：
溶解度系数为：
3.2
进塔气相摩尔比为：
出塔气相摩尔比为：
进塔惰性气体流量为：
该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：
对于纯吸收过程，进塔液相组成为：
气体质量通量为
液膜吸收系数由下式[10]计算：
由 ，查附表3得
则
由 ， ，得
则
由
由 ，得
设计取填料层高度为
查附表4，对于环矩鞍填料， ，
取 ，则
计算得填料层高度为 ，故不需分段。
3.
3.
采用Eckert通用关联图计算填料层压降。
横坐标为
查附表5得，
纵坐标为
查附图1得
填料层压降为
3.
泛点率介于50%~80%之间，合理。
表4-1支承板波形尺寸mm
波形
波形尺寸
t
192
注：尺寸b是塔中间支承板宽度，在塔边缘支承板的尺寸b将随塔径不同而异，左右不对称。H为波高，t为波矩。
4.4
本设计选用丝网床层限制板，重量约为 ，限制板的外径选用690mm。
4.5
（1）气体进出口管径计算
工业上，一般气体进料流速为10~20m/s，本设计取流速为15m/s。
由标准GB/T 8163-99，选用 无缝钢管。
塔径的计算：
塔径圆整，取
泛点率校核：
（在允许范围内）
填料规格校核：
液体喷淋密度校核：
取最小润湿速率为
由表2-1可知：
经以上校核可知，填料塔直径选用 合理。
3.4填料层高度的计算
3.
脱吸因数为
气相总传质单元数为
3.
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式[10]计算：
查附表2得
液体质量通量为
气膜吸收系数由下式[10]计算：
──溶剂2的分子量；
──温度， ；
──溶剂2的粘度；
──溶质1在正常沸点下的分子体积；
──溶剂2的缔合参数，无因次，水为2.6；甲醇为1.9；乙醇为1.5；其他非缔合液体为1
故25℃时丙酮在水中的扩散系数为：
3.1.2
混合气体的平均摩尔质量：
混合气体的平均密度：
混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册[7]得35℃空气的粘度为：
4.2
塔上部空间高度可取为1.2m，塔底液相停留时间按1min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1.2m，故填料塔附属高度为：
4.3
梁式气体喷射式支承板气体流通自由界面率大，阻力小，承载能力强，气液两相分布效果小，性能优良，因此，本设计选用梁式气体喷射式支承板，其尺寸如表4-1。
1.4
（1）设计说明书内容
1目录和设计任务书
2流程及流程说明
3设计计算及结果总汇表
4对设计成果的评价及讨论
5参考文献
（2）绘制填料塔设计图
第二章
2.1
2.1.1
本工艺采用清水吸收丙酮，为易溶气体的吸收过程，由于逆流操作传质推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高，故选用逆流操作，即气体自塔低进入由塔顶排出，液体自塔顶进入由塔底排出。
环境工程原理课程设计
题目水吸收丙酮填料塔设计
学院
专业班级
学生姓名
学生学号
指导教师
2014年6月16日
第一章
1.1
水吸收丙酮填料塔设计
1.2
（1）气体处理量：1820 m3/h
（2）进塔混合气含丙酮5%（Vol），进塔温度35℃
（3）进塔吸收剂（清水）温度：25℃，吸收剂的用量为最小用量的1.3倍
（4）丙酮回收率：90%
10400
291
96
74.9
84
第三章
3.1
3.1.1
对于低浓度吸收过程，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[2]：
黏度[3]：
表面张力[4]： =932731.2
查手册[5]得15℃时丙酮在水中的扩散系数为：
又因液体中扩散系数[6]：
──溶质1在溶剂2中的扩散系数， ；
流程说明：
在该填料塔中，丙酮和空气的混合气体经由填料塔的下侧进口进入塔中，与从填料塔塔顶流下的清水逆流接触，在填料表面进行传质吸收，经过吸收的混合气体从塔顶排出，吸收了丙酮的水由填料塔的下端流出。常规逆流操作流程见图1-1。
图1-1常规逆流操作流程图
2.1.2
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒在填料层上。
（5）操作压力：常压
（6）每天工作24小时，一年300天
1.3
（1）确定吸收流程
（2）物料衡算，确定塔顶塔底的气液流量和组成
（3）选择填料、计算塔径、填料层高度、填料分层、塔高
（4）流体力学特性校核：液气速度求取、喷淋密度校核、填料层压降计算
（5）附属装置的选择与确定：液体喷淋装置、液体再分布器、气体进出口及液体进出口装置、栅板
3.
气体动能因子在常用的范围内。
从以上的各项指标分析，该吸收塔的设计合理，可以满足吸收操作的工艺的选型
本设计任务液相负荷为：
液相负荷较小，故选用排管式液体分布器。
（2）布液点数
根据附表6 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值，D=700mm时，分布点密度可取180点/m2塔截面。
取操作液气比为：
故吸收剂用量为：
由物料衡算式 可知：
3.3
3.3.1
采用埃克特（Eckert）泛点气速关联图进行计算，关联图见图3-1。
气相质量流量为：
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：
Eckert通用关联图的横坐标为：
、
图3-1 Eckert通用关联图[9]
查图3-1得：
查附表1得：
取
3.3.2
2.2
对于水吸收丙酮的过程，选择DN50金属环矩鞍填料，其具体结构特性参数见表2-1。
表2-1金属环矩鞍填料结构特性参数[1]
公称尺寸 /mm
外径×高×厚 /(mm×mm×mm)
堆积个数 /（个/m-3）
堆积密度 /(kg/m3)
空隙率 /%
比表面积 /(m2/m3)
干填料因子 /m-1
50
50×40×1
故布液点数为：
（3）孔径计算
由 [11]
式中 ──布液孔直径，m；
──液体流率，m3/s；
──布液孔数；
──孔流系数；
──液体高度，m；
──重力加速度，m/s2。
取 ，
则
设计取 。
（4）液体分配管与布液支管尺寸
查表[12]可得：
当 时，主管直径取50mm，支管排数取4，管外缘直径取660mm，最大体积流量为9.5m3/h。