水吸收丙酮填料塔设计(化工课程设计)

化工设计任务书

（一）设计题目：水吸收丙酮填料塔设计

（二）设计任务及操作条件

1）气体处理量2200Nm3 /h

2）进塔气体含丙酮1.82%（Vol），相对湿度70%，湿度35。C

3）进塔吸收剂（清水）的温度 25。C水洗

4）丙酮吸收率95%

5）操作压强：常压

（三）设备内容

1．设计方案的确定及流程说明

2．填料塔的塔径、塔高及填料层压降的计算

3．填料塔附属结构的选型及设计

4．塔的机械强度校核

5．设计结果列表或设计一览表

6．填料塔的装配图

7．对设计结果的自我评价、总结与说明

(四) 设计主要参考书

[1] 柴诚敬等，化工原理课程设计，天津科学技术出版社

[2] 潘国昌等，化工设备设计，清华大学出版社

[3] 顾芳珍，化工设备设计基础，天津大学出版社，1997

[4] 化工设备设计中心站，材料与零部件，上海科学技术出版社，1982

[5] 化学工业部化工设计公司主编，化工工艺算图第一册常用物料物性数据，

化学工业出版社，1982

[6] 机械设计手册，化学工业出版社，1982

[7] 茅晓东，典型化工设备机械设计指导，华东理工大学出版社，1995

[8] 刁玉玮，化工设备机械基础，大连理工大学出版社

[9] 贺匡国，简明化工设备设计手册，化工出版社

[10] GB150-89 钢制压力容器（全国压力容器标准委员会）学苑出版社

化原部分

[设计计算]

（一）设计方案的确定

用水吸收丙酮属易溶气体的吸收过程为提高传质效率，选用逆流吸收过程。因用水作吸收剂，若丙酮不作为产品，则采用纯溶剂；若丙酮作为产品，则采用含一定丙酮的水溶液。现以纯溶剂为例进行设计。

（二）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，塑料可耐一般的酸碱腐蚀，所以工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，阶梯环填料气体通量大、流动阻力小、传质效率高，故此选用D N 38聚丙烯阶梯环填料。

（三）基础物性数据

1.液相物性数据

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 [ 1 ] 查得，25℃时水的有关物性数据如下：

密度为 3997.08/L kg m ρ=

粘度为 0.8937 3.2173/()L mPa s kg m h μ=⋅=⋅

表面张力为 272.14/934934.4/L dyn cm kg h σ==

查手册 [ 2 ]丙酮在水中的扩散系数为 ： [ 3 ]L D

式中 L D ————丙酮在水中的扩散系数，2m s

T ————温度，K ；

μ————溶液的黏度，Pa s ⋅；

B M ————容积的摩尔质量，/kg kmol ；

A

υ—————溶质的摩尔体积，3/m kmol B

φ————溶剂的缔合因子（水为2.26）

52621.6510 5.9410/L D m s m h --=⨯=⨯

2.气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为

=0.018258.080.98182929.53/m V i i M y M kg kmol =⨯+⨯=∑

混合气体的平均密度为

161/21/20.6

1.17310B B A L M T D φμυ-⨯=

3101.329.53 1.168/8.314308

m m V V PM kg m RT ρ⨯===⨯ 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，由化工原理（上册）附录五查得30℃空气的粘度为

51.89100.068/()v Pa s kg m h μ-=⨯⋅=⋅

查手册并计算得丙酮在空气中的扩散系数为 315222211233114.3610(

)0.1330.048/()A B V A B T M M D m s m h p v v -⨯+===+

V D ————扩散系数，2/m s ；

P ————总压强，Pa ；

T ————温度，K ；

,A B M M ————分别为AB 两种物质的摩尔质量，kg/kmol ；

,A B

υυ————分别为A ，B 两物质的分子体积，3/m kmol 3.气液相平衡数据

化工单元操作设计手册(化学工业部化学工程设计技术中心站主编)表2--1查得常压下25℃时丙酮在水中的亨利系数为[ 4 ]

211.5E kPa =

相平衡常数为 211.53 2.088101.3

E m P === 溶解度系数：

L S H EM ρ==3997.080.262/(.)211.518.02

kmol kPa m =⨯

（四）物料衡算

进塔气相摩尔比为

10.0185Y =

出塔气相摩尔比为

21(1)0.0185(10.95)0.000925A Y Y ϕ=-=⨯-=

A

ϕ——丙酮的回收率（95%）

进塔惰性气体流量为

()22001 1.82%96.43/22.4

V kmol h =⨯-= 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 12min 12

/Y Y L V Y m X -⎛⎫= ⎪-⎝⎭ 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 2min

0.01850.000925 1.9840.0185/2.088X L V =-⎛⎫== ⎪⎝⎭ 由题意知，操作液气比为 min

12121 1.5 1.5 1.984 2.97396.43 2.973286.67/()()

96.430.0185-0.0009250.00689286.67L L V V L kmol h

V Y Y L X X X （）⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭=⨯=-=-==

35℃进塔气体体积流量Vs=V 0

00308.15.=2200=2481.9273.15

P T P T ⨯ M 3/h

（五）填料塔的工艺尺寸的计算

1.塔径计算

采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。

气相质量流量为

2481.9 1.1682898.855/V w kg h =⨯=

液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即

286.6718.025165.793/L w kg h =⨯=

Eckert 通用关联图的横坐标为 0.50.55165.793 1.1680.0612898.855997.08V L v L w w ρρ⎛⎫⎛⎫=⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭

查通用关联图得 20.20.0168V F F L L

u g ρφψμρ=