水吸收丙酮填料塔的设计

《化工原理》课程设计水吸收丙酮填料塔的设计

学院医药化工学院

专业化学工程与工艺

班级

姓名

学号

指导教师

2012年 1 月 1 日

设计任务

水吸收丙酮填料塔的设计

（一）设计题目

试设计一座填料吸收塔，用于脱除空气中的丙酮蒸汽。混合气体处理量为____1600_____m3/h。进口混合气中含丙酮蒸汽__10%_______（体积百分数）；混合气进料温度为35℃。采用清水进行吸收。要求：

②出塔气体中丙酮气流量为入塔丙酮流量的__1/90______。

②丙酮的回收率达到________。

（二）操作条件

（1）操作压力常压

（2）操作温度25℃

（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定

（三）填料类型

填料类型与规格自选。

（四）设计内容

（1）设计方案的确定和说明

（2）吸收塔的物料衡算；

（3）吸收塔的工艺尺寸计算；

（4）填料层压降的计算；

（5）液体分布器简要设计；

（6）绘制液体分布器施工图

（7）吸收塔接管尺寸计算；

（8）设计参数一览表；

（9）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；

（10）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）；

（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

设计任务二

目录

1. 设计方案简介 (1)

1.1设计方案的确定 (1)

1.2填料的选择 (3)

2. 工艺计算 (4)

2.1 基础物性数据 (4)

2.1.1液相物性的数据 (4)

2.1.2气相物性的数据 (5)

2.1.3气液相平衡数据 (5)

2.1.4 物料衡算 (5)

2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (6)

2.2.1 塔径的计算 (6)

2.2.2 填料层高度计算 (8)

2.2.3 填料层压降计算 (11)

2.2.4 液体分布器简要设计 (11)

3. 辅助设备的计算及选型 (12)

3.1 填料支承设备 (12)

3.2填料压紧装置 (13)

3.3液体再分布装置 (13)

4. 设计一览表 (14)

5. 后记 (15)

6. 参考文献 (15)

7. 主要符号说明 (16)

8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）

1.设计方案简介

塔设备在化工、石油化工、生物化工、医药、食品等生产过程中广泛应用的汽液传质设备[1]。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。根据塔内气液接触部件的结构形式，可将塔设备分为两大类：板式塔和填料塔。

板式塔内沿塔高度装有若干层塔板，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔釜，并在各块板面上形成流动的液层，气体靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气液两相在塔内进行逐级接触，两相组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔则在塔体内装填填料，液体由上而下流动中在填料上分布汇合，气体则在填料缝隙中向上流动。填料为气液传质提供了较大的气液接触面积。[2]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∽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。[3]

1.1设计方案的确定

1.1.1装置流程的确定

吸收装置的流程主要有以下几种。[4]

1.1.1.1逆流操作

气相自塔底进入塔顶排出，液体反向流动，即为逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离程度高，吸收剂利用率高。工业上多采用逆流操作。

1.1.1.2并流操作

气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。其特点是系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。其通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对吸收推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的去气体不需要吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。

1.1.1.3吸收剂部分再循环操作

在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于已下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于平衡常数m很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。其平均推动力要低，接需设置循环泵，操作费用增加。

1.1.1.4多塔串联操作

若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大空间，输液，喷淋，支撑板等辅助装置增加，使设备投资加大。

1.1.1.5串—并联混合操作

若吸收处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小（否则易引起液泛），塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联，液相作并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相作串联，气相作并联的混合流程。

综上所述，在实际应用中，根据生产任务、工艺特点，该设计选用逆流操作的流程装置。

1.1.2吸收剂的选择

对于吸收操作，选择适宜的吸收剂，具有十分重要的意义。其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响。一般情况下，选择吸收剂，要着重考虑如下问题：

（1）对溶质的溶解度大。

（2）对溶质有较高的选择性。

（3）.挥发度要低。

（4）再生性能好。

（5）吸收剂的黏度小，有利于气液两相接触良好，提高传质速率。

（6）吸收剂应具有良好化学稳定性好，不易燃，无腐蚀性，无毒，易得，廉价等特点。

本设计采用水做吸收剂。