水吸收空气中的丙酮填料塔的工艺设计_化工原理课程设计(编辑修改稿)

水吸收空气中的丙酮填料塔的工艺设计_化工原理课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

面处理来改善其表面湿润性能。 一般耐高温，但不耐腐蚀，能在高温、高压及高冲击强度下使用，应用范围广通量大，气体阻力小但价高且不容易清理。 根据填料材质比较应选：聚丙烯塑料的阶梯环填料 规格为 50mm25 mm mm，其主要参数如下： 公称直径DN mm 外径高厚 d h δ ,mm 比表面积α m2/m3 空 隙 率 ε % 个数 n m3 堆积密度ρ p Kg/m3 干填料因子φ m1 50 50 25 94 10740 143 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。 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。 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 9 水溶液。 现以纯溶剂为例进行设计。 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 DN50 聚丙烯阶梯环填料。 本设计 采用水做吸收剂。 2. 设计计算 基 础 物 性数 据 液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性资料可近似取纯水的物性数据。 由手册 [ 1 ] 查得， 25℃时水的有关物性资料如下： 密度为 L =粘度为 0. 89 37 3. 21 73 / ( )L m P a s k g m h     表面张力为 L =查手册 [ 2 ]丙酮在水中的扩散系数为 ： [ 3 ] LD 式中 LD ———— 丙酮在水中的扩散系数， 2ms T———— 温度， K；  ———— 溶液的黏度， Pas ； BM ———— 容积的摩尔质量， /kg kmol ； A ————— 溶质的摩尔体积， 3 /m kmol B ———— 溶剂的缔合因子（水为 ） LD = 910 m2 /s= 610 m2 /h 1 6 1 / 2 1 / 20 . 61 . 1 7 3 1 0 BBAL MTD  10 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 mVM = iy Mi =58+29= 混合气体的平均密度为 mV= RTPMVm =  = 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 v =105 Pas =(mh ) 查手册并计算得丙酮在空气中的扩散系 数为 DV = /s= /h= 10 VD ———— 扩散系数， 2/ms； P———— 总压强， Pa ； T———— 温度， K； ,ABMM———— 分别为 AB 两种物质的摩尔质量， kg/kmol； ,AB———— 分别为 A， B两物质的分子体积， 3 /m kmol 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 21 查得常压下25℃时丙酮在水中的亨利系数为 [ 4 ] kPa 相平衡常数为 2 1 1 .5 3 2 .0 91 0 1 .3Em P   溶解度系数： LSH EM  =(kPa 3m ) 物料衡算 进塔气相摩尔比为 Y1 =11y1y = = 出塔气相摩尔比为 11 Y2 =Y1 (1 A )=()= A —— 丙酮的回收率（ 99%） 进塔惰性气体流量为 V= )( 7 3 7 3  =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 12m in 12/YYLV Y m X   对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 (VL )min = = 由题意知，操作液气比为 m in)( VLVL  = 吸收剂进塔流量 L==V(Y1 Y2 )=L(X1 X2 ) 出塔液相组成 X1 =221 )( XL YYV = 填料塔的 工艺 尺寸的 计 算 塔径计算 采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速。 气相品质流量为 : wv =8000  /h 液相品质流量可近似按纯水的流量计算，即 1 18w 9 5 3 .6 1 7 1 6 4 .8 1k g /h Eckert 通用关联图的横坐标为 : 0 . 5 0 . 5vlvlw 1 7 1 6 4 . 8 1 .2 5 0 .0 6w 1 0 0 0 0 9 9 7 .0 4 3 （ ） （ ） 查通用关联图得 : 2 0 .2 0 .1 4VFFLLu g    12 查散装填料泛点填料因子平均值表得 1170( ) 2 510 . 1 4 1 2 . 6 7 /FLFF V Lmgu m s   由 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 查 得 取 0 . 7 0 . 7 2 . 6 7 1 . 8 7 /Fu u m s   ( 对 于 散 装 填 料 , 其 泛 点 率 的 经 验 值 为 F ~) 由 D=800044 3600 1. 23 mu 3. 14  圆整塔径，取 D= 泛点率校核： 280003600 /4msD u 1 .4 4 1 0 0 % 5 4 %u 2 .6 6 5F   (在允许范围内 ) 填料规格校核： 1400 3 6 .8 4 1 0d 3 8D   (满足要求 ) 液体喷淋密度校核： 对于直径不超过 75mm 的散装填料 ,取最小润湿速为 3m in( ) 0 .0 8 /WL m m h 查常用 [ 5 ]散装填料的特性参数表得 化原下册表 3—— 5查得 :比表面积 : 2t  /m3 最小喷淋密度 :U 3tm i nm i n 3  ）（ WL /m h2 ll m i n22w 1 7 1 6 4 . 89 9 7 . 0 4 3 1 1 . 2 0 1 0 . 60 . 7 8 5 1 . 44UUD     经以上校核可知，填料塔直径选用 D=1400mm 合理。 13 填料 层 高度 计 算 *11Y mX = = *22Y mX =0 脱吸因。