水吸收丙烯酸气体吸收塔设计

水吸收丙烯酸气体吸收塔设计

一、设计条件的选定

1、混合气：产物：丙烯酸气体

副产物：醋酸，甲酸，二氧化碳，马来酸，丙烯醛，乙醛，丙酮等气体。 混合气的处理量为：h /m 640.467393

2、进塔混合气组成：含丙烯酸摩尔分率：%6.6

3、进塔混合气温度：100℃

4、进塔吸收剂（水）的温度：25℃

5、丙烯酸回收率：%64.74

6、操作条件：操作压力在常压下进行

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； 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K 2CO 3水溶液脱除合成气中的CO 2，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 ，NO 2，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。

第二章设计方案

2.1吸收剂的选择

吸收剂的对吸收操作过程的经济性由十分重要的影响，因此对于吸收操作，选择适宜的吸收剂具有十分重要的意义。一般情况下，选择吸收剂，着重考虑以下方面：（1）对溶质的溶解度大

所选的吸收剂对溶质的溶解度大，则单位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条件下，吸收剂的用量小，可以有效地减少吸收剂的循环量。另一方面，在同样的吸收剂用量下液相的传质推动力大可以提高吸收效率，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）不易挥发

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。

（5）粘度和其他物性

吸收剂在操作条件下的粘度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。此外，所选的吸收剂还应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易暴、不发泡、冰点低，价廉易得以及化学性质稳定的要求。

表2-1 物理吸收剂和化学吸收剂的特性

物理吸收剂化学吸收剂

吸收容量（溶解度）正比于溶质分压吸收热效应很小（近于等温）

常用降压闪蒸解吸

溶质含量高而净化度要求不太高的场合对设备腐蚀性小，不易变质

吸收容量对溶质分压不太敏感

吸收热效应显著

用低压蒸汽气提解吸

溶质含量不高而净化度要求很高的场合对设备腐蚀性大，易变质

结合以上吸收剂选择原则和考虑经济最优原则，本设计采用水作为吸收剂：丙烯酸在水中的溶解度大、吸收推动力大、溶剂用量小、设备尺寸也小；水的价格低廉，本设计题目要求吸收剂用水。

2.2吸收流程的确定

工业上有多种吸收流程，从所选吸收剂的种类看，有用一种吸收剂的一步吸收流程和用两种吸收剂的两步吸收流程；从所用的塔设备数量看，有单塔吸收流程和多塔吸收流程；从塔内气液两相的流向可分为逆流吸收流程，并流吸收流程等基本流程。此外，还有特定条件下的部分溶剂循环过程。

（1）一步吸收流程和两步吸收流程

一步吸收流程一般用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成吸收任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到吸收要求或者虽能达到吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不