(4)化工原理课程设计主要内容.doc

第1章 概述 吸收是利用气体在液体中溶解度差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。用于吸收的设备很多，如填料塔、板式塔、鼓泡塔和喷洒塔等。但工业吸收操作中更多地使用填料塔。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，以及压降小、吸收效果好、装置灵活等特点，尤其适用于小塔径的场合。填料塔是气液相呈连续性接触的气液传质设备，它的结构和安装比板式塔简单。塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式，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倾向，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在分布器，将沿塔壁流动的液体导向填料层内。 对于填料塔的选择，主要依据以下几点： （1）有的新型填料具有很高的传质效率，在分离程度要求的情况下，采用新型填料可降低他的高度。 （2）新型填料的压降较低，对节能有利；加之新型填料具有较小的持液量，料液停留时间短，很适于热敏性物料的蒸馏分离。 （3）对腐蚀性物料，填料塔可选用非金属材料的填料。 （4）易于发泡的物料也适应填料塔，因为在填料塔内气相主要不是以气泡形式通过液相，并且填料对泡沫有限制和破碎作用，可以减少发泡的危险。 填料塔的使用已有百余年的历史，人们对它的研究从未中断。特别是近些年，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，使填料塔的负荷通量增大，阻力降低，效率提高，操作弹性加大。故在本次化工原理课程设计中，采用填料塔会有很好的吸收效果。 第2章 设计方案的确定 2.1 设计方案的内容 设计方案的内容包括流程方案与设备方案的确定。 2.1.1 流程方案 在丙酮气体填料吸收塔设计中，需要有填料塔、离心泵、离心风机、管路、阀门、测量仪表及调节装置等。通过设计工艺流程，可以对丙酮气体填料吸收有简单的了解。工艺流程图见图纸《丙酮气体填料吸收塔的工艺流程简图》。 2.1.2 设备方案 在丙酮气体填料吸收塔设计中，需采用填料塔进行气液吸收。相比于板式塔，填料塔的优点主要为以下几点： （1）持液量小，填料塔的持液量一般小于6%，板式塔则高达8%～12%。持液量大可以使塔的操作平稳，不易引起产品的迅速变化。但持液量大使开工时间增长，操作周期及费用增加。 （2）分离效率高，在减压和常压操作下，填料塔的分离效率明显优于板式塔。 （3）压力降小，填料塔的空隙率高，压降远远低于板式塔。压降低能降低操作费用，节约能耗。 （4）生产能力大。填料塔空隙率超过90%，一般液泛点较高，在单位塔截面积上，填料塔的生产能力一般均高于板式塔。 （5）操作弹性大。填料塔的操作弹性决定于塔内件的设计，特别是液体分布器的设计，可根据实际需要决定操作弹性。 2.2 流程布置设计 吸收过程的流程布置是指气体和液体进出吸收塔的流向安排。 2.2.1 逆流操作 逆流操作是气相自塔底进入由塔顶排出，液相流向则与之相反，自塔顶进入由塔底排出的操作过程。逆流操作的平均推动力大，吸收剂利用率高，完成一定分离任务所需传质面积小，工业上多采用逆流操作。在丙酮气体填料塔的设计中，采用逆流操作。 2.2.2 单塔操作 填料吸收过程中采用单塔还是多塔串联操作，取决于填料层高度和所处理物料等。若设计的填料层高度过于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惰性气体量都相同，即为多塔填料串联系统。若吸收过程中处理的液体很大，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（否则容易引起塔的液泛），塔的生产能力很低，实际中可采用气相串联而液相并联的流程。 在丙酮气体填料吸收中，由于所处理的气相量不是很大，在起初的设计计算中采用单塔操作，如果遇到上述情况，则需要重新选择多塔操作。 2.3 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； （2）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； （3）挥发度要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的会发； （4）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； （5）对设备腐蚀性小或基本无腐蚀性，尽可能无毒； （6）价廉、易得、化学稳定性要好，便于再生，不易燃烧等。 由于丙酮气体在水中溶解度很大，并且对填料及塔设备没有腐蚀性，故采用地下水为吸收剂。 第3章 填料的选择 3.1 概述 填料的型式很多，按填料材质的体型通常可以分为实体填料和网状填料；按其用途又可分为工业用填料和实验室用填料；更多的是按填料装填方式将其分成散装填料和规整填料两大类。 （1）散装填料? 主