水吸收丙酮填料塔设计(化工课程设计)
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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 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 161/21/20.6
1.17310B B A
L M T
D φμυ
-⨯=
=0.018258.080.98182929.53/m V i i M y M kg kmol =⨯+⨯=∑
混合气体的平均密度为
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
3
1522
2211
2
33114.3610(
)0.1330.048/()A B
V A B T M M D m 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
==
3997.08
0.262/(.)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
()2200
1 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