摘 要
空气-丙酮混合气填料吸收塔设计任务为用水吸收丙酮常压填料塔，即在常压下，从含丙酮1.82%、相对湿度70%、温度35℃的混合气体中用25℃的吸收剂清水在填料吸收塔中吸收回收率为90%丙酮的单元操作。设计主要包括设计方案的确定、填料选择、工艺计算等内容，其中整个工艺计算过程包括确定气液平衡关系、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计算、填料层高度计算、附属装置的选型以及管路及辅助设备的计算，在设计计算中采用物料衡算、亨利定律以及一些经验公式，该设计的成果有设计说明书和填料吸收塔的装配图及其附属装置图。 水吸收丙酮填料塔设计
第一章 任务及操作条件
混合气(空气、丙酮蒸汽)处理量：1500m3/h
进塔混合气含丙酮 1.82％(体积分数)；相对湿度:70％；温度:35℃；
进塔吸收剂(清水)的温度25℃；
丙酮回收率：90％；
操作压强：常压操作。
第二章 设计方案的确定
1 设计方案的内容
（1） 流程方案的确定
常用的吸收装置流程主要有逆流操作、并流操作、吸收及部分再循环操作、多塔串联操作、串联—并联操作，根据设计任务、工艺特点，结合各种流程的优缺点，采用常规逆流操作的流程，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收及利用率高。
（2 ） 设备方案的确定
本设计要求的是选用填料吸收塔，填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，它的结构和安装比板式塔简单。它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或乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒在填料层上。
图1.1 常规逆流操作流程图
（3） 流程布置
吸收装置的流程布置是指气体和液体进出吸收塔的流向安排。本设计采用的是逆流操作，即气相自塔底进入由塔顶排出，液相流向与之相反，自塔顶进入由塔底排出。逆流操作时平均推动力大，吸收剂利用率高，分离程度高，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。
（4） 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，吸收剂的选择应考虑以下几方面：
(1)溶解度: 吸收剂对溶质的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量。
(2)选择性: 吸收剂对溶质组分有良好的溶解能力，对其他组分不吸收或甚微。
(3)挥发度：操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收和再生过程中的挥发损失。
(4)粘度: 吸收剂在操作温度下粘度要低，流动性要好，以提高传质和传热速率。
(5)其他： 所选用的吸收剂尽量要无毒性、无腐蚀性、不易爆易燃、不发泡、冰点低、廉价易得及化学性质稳定
一般来说，任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用是要针对具体情况和主要因素，既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性。
（5） 操作温度和压力的确定
(1) 温度: 围墙铁丝网低温利于吸收，但温度的底限应由吸收系统决定，本设计温度选25℃
(2) 压力：加压利于吸收，但压力升高操作费用、能耗增加，需综合考虑，本设计采用常压。
第三章 填料的选择
1填料的种类和类型
工业上填料按形状和结构可分为散装填料和规整填料两类：
（1） 颗粒填料
以随机的方式堆积在塔内，以下是几种典型的散装填料：
拉西环填料 最早的工业填料，但因性能较差，目前工业上已经很少使用
鲍尔环填料 是在拉西环基础上的改进，利用率有了很大提高
阶梯环填料 对鲍尔环的改进，为目前所使用的环形填料最为优良的一种
弧鞍 填料 一般采用瓷质材料，易碎，工业中不常用
环矩鞍填料 集环型与鞍型优点，是工业应用最广的一种金属散装填料
（2） 规整填料
以一定的几何形状，整齐堆砌，工业用多为波纹填料，其优点是结构紧凑、传质效率高、处理量大，但不易处理粘度大或有悬浮物的物料，且造价高。
2 填料类型的选择
根据分离工艺的要求，考虑以下因素：
(1)传质效率 在满足工艺条件的前提下，选用传质效率高，即HETP(或HTU)低的填料。
(2)通量 保证较高的传质传质效率前提下，选用有较高泛点或气相动能因子的填料。
(3)填料层压降 压降越小，动力耗费越少，操作费用越小。
(4)操作性能 填料具有较大操作弹性，且具有一定的抗污堵、抗热敏能力等。
3填料规格的选择
(1)散装填料 常用主要有16、25、38、50、76等几种规格。
一般推荐： 300时，选25的填料；时，选25—38的填料;
时，选用的填料，但一般大塔中常用的填料。
(2)规整填料 从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性。
4填料材质的选择
(1)陶瓷 具有耐腐性及耐热性，但质脆、易碎，不宜高冲击强度下使用。
(2)金属 碳钢对低腐蚀无腐蚀物系优先考虑，不锈钢耐以外物系腐蚀，特种合金钢价格高，只在特殊条件下使用
(3)塑料 主要包括PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、 PVC(聚氯乙烯)等，一般采用PP(聚丙烯)材质。塑料耐腐蚀性、耐低热性好，但具有冷脆性，表面润湿性较差。
一般讲，操作温度较高但无显著腐蚀性时，选用金属填料；温度较低选用塑料填料；物系具有腐蚀性、操作温度高，宜采用陶瓷填料。
由于本设计操作温度较低且无腐蚀性，压强采用常压，所以选用塑料填料。
第四章马铃薯馒头 工艺计算
1 物料计算
（1） 进塔混合气中各组分的量
近似取塔平均操作压力为101.3kPa,故：
混合气量=1500（）×=59.36kmol∕h
混合气中丙酮量=59.36×0.0182=1.08kmol∕h=1.08×58=62.64㎏∕h
查附录，35℃饱和水蒸气为5623.4Pa，则相对湿度为70%的混合气中含水蒸气量= =0.0404kmol（水气）∕kmol（空气+丙酮）
混合气中水蒸气的含量= =2.31kmol∕h=2.31×18=41.58㎏∕h
混合气中空气量=59.36-1.08-2.31=55.97kmol∕h=55.97×29=1623㎏∕h
（2） 混合气进出塔（物质的量）组成
已知：，则
（3） 混合气进出塔（物质的量比）组成
若将空气与水蒸气视为惰气，则
惰气量=55.97+2.31=58.28kmol∕h =1623+41.58=1664.6㎏∕h
=0.0185kmol（丙酮）∕kmol（惰气）
0.00185kmol（丙酮）∕kmol（惰气）
（4） 出塔混合气量
出塔混合气量=58.28+1.08×0.1=58.388kmol∕h=1670.8㎏∕h
2 气液平衡曲线
当x<0.01，t=15～45℃时，丙酮溶于水其亨利系数E可用下式计算： =9.171－[2040／（t+273）]
查《化学工艺算图》第一册.常用物料特性数据，由前设X值求出液温，通过上式计算相应E值，且m=，分别将相应E值及相平衡常数m值列于表4-16中的第3，4列。由=mX求取对应m及X时的气相平衡组成，结果列于表中4-16中第5列。
根据X-数据，绘制X-Y平衡曲线0E，如图1所示。
3 吸收剂（水）的用量
由图1查出，当=0.0185，汽车覆盖件模具=0.0072,依下式式计算最小吸收剂用量。
=134.8kmol∕h
=1.1～2.0 取
故 =1.7×134.8=229.2kmol∕h=4126㎏∕h
4 塔底吸收液
根据式 有
5 操作线
依操作线方程式
得 Y =X+0.00185=3.933X+0.00185
6 塔径计算
塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气35℃)，101.325kPa，查表可知，吸收液27.16℃计算。
u =接地变（0.6~~0.8）
（1）采用Eckert通用关联图法(图2)计算泛点气速
有关数据计算
塔底混合气流量＝1623＋62.64＋41.58＝1727kg／h
吸收液流量大规模定制＝4126霓虹灯变压器＋1.08×0.9×58＝4182kg／h
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