丙酮填料塔设计

丙酮填料塔设计

湖北大学

化学化工学院

课程设计（2）

设计题目：丙酮填料塔设计任务书

学生姓名胡斌胡凡

席嶅余焕专业化学工程与工艺

年级2007级

指导老师杨世芳

日期2010年6月

目录

前言 (2)

第一部分丙酮填料塔设计 (3)

一、设计任务和操作条件 (3)

二、设计方案的确定及流程的选择 (3)

三、物料计算 (3)

四、热量衡算 (4)

五、气液平衡曲线 (4)

六、吸收剂水的用量 (5)

七、塔径计算 (5)

1、填料的选择 (5)

2、塔径的校正 (7)

八、单位填料层压强降 (7)

九、填料层高度的计算 (9)

十、填料吸收塔的附属设备 (11)

1、分布器的设计 (11)

2、风机的选取 (11)

3、填料支承板 (12)

4、填料压板和床层限制板 (12)

5、气体进出口装置和排液装置 (12)

第二部分设计总结 (13)

第三部分附录 (13)

前言

在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。其作用实现气—液相或液—液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的过程。它广泛用于蒸馏、吸收、萃取、等单元操作，随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型设计将越来越受到关注和重视。塔设备有板式塔和填料塔两种形式，下面我们就填料塔展开叙述。

填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推荐用于0.6至0.7m以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及

传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。

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，其基本原理是利用气体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。板式塔和填料塔都可用于吸收过程，此次设计用填料塔作为吸收的主设备。

第一部分丙酮填料塔设计

一、设计任务和操作条件

入塔气体中空气含丙酮为175g/m3干空气（标态），干空气温度为25℃，压力为101.3 kPa，相对湿度为70%，处理气体量600~1 000m3/h。吸收剂为清水，温度为250C。

出塔气体中丙酮气流量分3组：

（1）入塔丙酮流量1/100

（2）入塔丙酮流量1/200

（3）入塔丙酮流量1/ 400

二、设计方案的确定及流程的选择

采用常规逆流操作流程．流程如下：

图1 丙酮填料塔工艺流程图

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。

三、物料计算

(1)丙酮进塔浓度1y

由于入塔气体中含丙酮1753/g m ,1M =58/g mol

1y =1000

58.422175⨯⨯=0.06759kmol 丙酮/kmol 空气

进塔气相摩尔比为1Y =11

1y y -’=0.06759/(1-0.0759)=0.07249 (2)出塔气体摩尔比为22Y =1Y (1-2ϕ)=0.07249*0.005=0.0003625 出塔气体丙酮浓度为22y =

22221Y Y +=0.000362510.0003625

+=0.0003624kmol 丙酮/kmol 空气

同理求得 21y =0.0007247kmol 丙酮/kmol 空气 21y =0.00011812 kmol 丙酮/kmol 空气

（3）进塔气体中惰性气体的流量为()()6759.00125273273.422800V -⨯+⨯==36.50kmol/h （4）由于处理气体量为600～10003/m h ,因此选取为8003/m h 即0.223/m s

四、热量衡算

液体出塔温度的变化:

()2212x x c q q t t pl

l l -⨯++= 式中,2l t 为液体进口温度c 1q 为丙酮的浓解热 取值为10460kJ/kmol 2q 为丙酮的热凝热 取值为30208.5 kJ/kmol 由于液体中丙酮浓度教稀,液体比热容假设与水相同即75.3 kJ/kmol c

将各值代入液体出塔温度的变化公式得:l t =25+1046030208.575.3x +=25+540x l t =25+540*0.02422=38.08c 因此l T =l t +273=311.08k

五、气液平衡曲线

对丙酮～水体系当x<0.01时,T 为15～45c ,可用下式求解 2040lg 9.171E T

=- E 为亨利系数,T 为温度,取进口的平均值

(298+311.08)/2=304.54K

2040lg 9.171304.54

E =- ⇒ E=296.73kPa 相平衡常数m=

296.73 2.929101.3E p == 所以平衡线为: e y =2.929x

平衡线及操作线的值 25 (由上表的数据即可画出平衡曲线及操作线)

六、吸收剂水的用量

最小液气比 122min 120.072490.0003625() 2.9140.072492.929Y Y L Y V x m

--===- h kmol V V L L /37.10650.36914.2min min 2=⨯=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=

同理知1min 105.94/L kmol h = 3min 106.63/L kmol h = 吸收剂用量L=(1.25～2.00)⨯(105.94～106.63)=132.425～213.26/kmol h