丙酮气体填料吸收塔的设计.docx

第一章丙酮气体填料吸收塔的设计 1.1概述 吸收是利用气体在液体中的溶解度差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。用于吸收的设备类型很多，如我们常见的填料塔、板式塔、鼓泡塔和喷洒塔等。但工业吸收操作中更多的使用填料塔，这是由于填料塔具有结构简单、容易加工，便于用耐腐蚀材料制造，以及压强小、吸收效果好、装置灵活等优点，尤其使用于小塔径的场合。 1.2设备的选用 在本次课设中，要求用地下水吸收丙酮气体，且丙酮含量较低，故选用填料塔。这是由于填料塔具有结构简单、容易加工，便于耐腐蚀材料制造，以及生产能力大、压降小、吸收效果好、操作弹性大等优点。在工业吸收操作中，填料塔被广泛应用。 填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，它的结构和安装相对于板式塔简单。塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。支撑板上的填料有乱堆和整砌两种方式。填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。填料层中的液体有向塔壁流动的趋势，因此填料层较高时往往将其分为几段，每一段填料层上方设有再分布器，将沿塔壁流动的液体导向填料层内。近些年来，由于性能优良的新型填料不断开发，改善了填料层内气液两相的分布与接触情况。促使填料塔的应用日趋广泛。 1.3流程方案的确定1.3.1流程方案 用地下水吸收，水来自地下或水槽，由于是逆流操作，需要泵将水抽到塔顶；还需一个泵将吸收液送走，由于丙酮不具有腐蚀性，故不需要防腐泵。气体则需选用风机。泵和风机一个型号需配置两台，供替换使用。详细流程参见流程图。 1.3.2流程布置 由于逆流操作时平均推动力大，吸收剂利用率高，完成一定分离任务所需传质面积小，故可以暂定为逆流。对于无相变传热，当冷、热流体的进、出口温度一定时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流量，所需传热面积较小。就增加传热推动力而言，逆流操作总是优于并流。此时吸收剂用量未知，我们可以按照逆流进行物料衡算得出吸收剂用量后，以此作为一个评判标准，判断是否该用逆流。 1.3.3吸收剂的选择 吸收剂性能的优劣是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂用量时应着重考虑以下几个方面： 1，溶解度要大，以提高吸收率并减少吸收剂的需用量； 选择性要好，对溶质组分以外其他组分的溶解度要很低或基本不溶； 挥发度要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的会发； 操作温度下吸收剂应具有较低的粘度，且不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气液接触状况； 对设备腐蚀性小或基本无腐蚀性，尽可能无毒； 价廉、易得、化学稳定性要好，便于再生，不易燃烧等。 由于地下水具有以上优点，因此选用地下水为吸收剂。 1.4填料的选择1.4.1对填料的要求 在本次课设中，选用两种填料进行计算，最终根据计算结果择优。 填料塔对填料的要求表现在以下几方面： 比表面积七要大。 能提供大的流体通量。 液体的再分布性能要好。 要有足够的机械强度。 价格低廉。 1.4.2填料的选取 首先选择颗粒填料，这是由于规整填料在装卸、清理时相对困难，且造价也高。 其次，要进行两种填料间的比较，则应选用相同的外径，这样才具有可比性。根据塑料材质多用于操作温度较低的吸收、水洗等操作的特点，可选用塑料材质；根据陶瓷材质耐腐蚀性、耐湿性强，价格便宜，多用于物系具有腐蚀性、操作温度高等特点，可选用陶瓷材质；选用外径为38mm的瓷质填料，虽然此时不知道塔径及径比，可填料的尺寸一旦大了，效率就变低，一般50mm以上的大填料，虽然成本合算，但通量的提高不能补偿成本的降低，大塔中常见，据此，选用38mm的填料外径。 综上所述，选取的两种填料见表1-1表1-1所选填料常见性能参数 填料名称 外径（mm） 比表面积（m2/m3 ） 空隙率 % 压降填料因子 A K 塑料阶梯环 38 132.5 0.91 116 0.204 1.75 瓷质矩鞍环 38 131 0.804 140 0.176 1.75 第二章工艺计算 2.1概述 整个工艺计算过程包括以下几点: 确定气液平衡关系。 确定吸收剂用量及操作线方程。 填料的选择。 确定塔径及塔的流体力学性能。 填料层高度的计算。 管路及辅助设备的计算。 2.2气液平衡关系 由于原料气组成中，丙酮占1.5%，含量较低，属于溶解度较小的难溶气体或低浓（x0.1）气体混合物溶于溶剂中，用地下水吸收时不会产生热效应，对气液平衡关系和吸收速度没有明显影响，属于等温吸收。因此吸收操作中的气液平衡关系可用亨利定律描述。即： p=Ex（2-1） 式中：pe——溶质的气相平衡分压，KPa;X——溶质在平衡液相中的摩尔分率，无因次；E——亨利系数，KPa. 亨利定律表明，稀溶液上方的溶质分压与该溶质在平衡液相中的摩尔分率成正比，其比例系数称为亨利系数，亨利系数越大表示溶质在溶剂中的溶解度越小。 如果溶液的浓度不用摩尔分率而改