《化工原理》课程设计丙酮填料塔设计学院医药化工学院专业化学工程与工艺精细化工方向班级09精细化工（1）班姓名黄健枫学号0903505124指导教师蒋赣、严明芳2011年12 月26 日课程设计任务书1、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3200m3/h。

进口混合气中含丙酮蒸汽7%（体积百分数）；混合气进料温度为35℃。

采用清水进行吸收。

要求丙酮的回收率达到97%2、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1.5倍3、设计任务完成吸收工艺设计与计算，有关设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔的工艺条件图，编写设计说明书。

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 (1)2. 工艺计算 (1)2.1 基础物性数据 (1)2.1.1液相物性的数据 (1)2.1.2气相物性的数据 (2)2.1.3气液相平衡数据 (2)2.1.4 物料衡算 (2)2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (3)2.2.1 塔径的计算 (3)2.2.2 填料层高度计算 (5)2.2.3 填料层压降计算 (7)2.2.4 液体分布器简要设计 (8)3. 辅助设备的计算及选型 (8)3.1 填料支承设备 (9)3.2填料压紧装置 (9)3.3液体再分布装置 (9)4. 设计一览表 (9)5. 后记 (10)6. 参考文献 (10)7. 主要符号说明 (10)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1.1设计方案的确定采用常规逆流操作流程．流程如下。

1.2 填料的选择首先选择颗粒填料，这是由于规整填料在装卸、清理时相对困难，且造价也高。

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；对于水吸收丙酮的过程，操作温度及操作压力比较低，工业上通常选用塑料散装填料。

在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能比较好，故此选用D N38聚丙烯阶梯环材料。

填料名称外径（mm）比表面积（空隙率%ε干填料因子ΦA K2.工艺计算 2.1 基础物性数据 2.1.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。

25℃时水的物性数据如下:密度为 3996.95/L kg m ρ=黏度为 20.8937 3.217/()L a mP s kg m h μ==g g表面张力为 271.97/932731.2/dyN cm kg h σ==丙酮在水中的扩散系数为 92921.27610/ 4.60810/L D m s m s --=⨯=⨯2.1.2气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 0.0758.080.932931.04(/)M V iiM y Mkg kmol ==⨯+⨯=∑混合气体的平均密度为3101.331.041.268(/)8.314298.15M MV V PM kg m RTρ⨯===⨯混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查手册得25℃空气的黏度为521.835100.066/()V Pa s kg m h μ-=⨯=g g丙酮在空气中的扩散系数为220.109/0.03924/V D cm s m h ==2.1.3气液相平衡数据 25℃下该系统的平衡关系为y=1.75x 即相平衡常数为m=1.75亨利系数为 1.75101.3177.275()E mP kPa ==⨯=溶解度系数为 3998.20.3121(/())177.27518.02LSH kmol kPa m EM ρ===⨯g2.1.4 物料衡算 进塔气相摩尔比为 1110.070.0753110.07y Y y ===-- 出塔气相摩尔比为21(1)0.0753(10.97)0.00226A Y Y ϕ=-=⨯-=进塔惰性气相流量为3200273.15(10.07)121.72(/)22.4273.1525V kmol h =⨯⨯-=+ 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12min 12()Y Y LY V X m-=-对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为20X =min 0.07530.00226() 1.6970.075301.75L V -==-取操作液气比为min 2.5()L L V V = 2.51.697 4.2425LV=⨯=4.2425121.72516.3971(/)L kmol h =⨯=1212()()V Y Y L X X -=-1121.72(0.07530.00226)0.0171516.3971X ⨯-==2.2 填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1塔径的计算采用EcKert 通过关联图计算泛点气速 气相质量流量为3200 1.2684057.6(/)V kg h ω=⨯= 液相质量流量可以近似按纯水的流量计算即516.397118.029305.48(/)L kg h ω=⨯=EcKert 通用关系图的横坐标为0.50.59305.48 1.268()()0.0824057.6996.95V L V L ρωωρ=⨯= 查图得20.20.08V F F L Lu g ρφϕμρ=查表得1170F m φ-=0.20.20.080.089.81996.951.905(/)1701 1.2681LF F V Lg u m s ρφϕρμ⨯⨯===⨯⨯⨯取0.90.9 1.905 1.7145(/)F u u m s ==⨯=32004436000.813.14 1.7145S V D m uπ⨯==⨯ 圆整塔经取D=1.0 m 泛点率校核232003600 1.13/4u m s D π==⨯1.13100%59.32%()1.905F u u =⨯=在允许范围内 由于泛点附近流体力学性能的不稳定性，一般较难稳定操作，故一般要求泛点率在50%-80%之间，而对于易起泡的物系可低40%。

填料规格校核100026.328d 38D ==>(满足阶梯环的径比要求) 阶梯环的径比要求：8Dd>液体喷淋密度校核对于直径不超过75mm 的散装填料，可取最小湿润速率3min ()0.08/W L m m h =g2332min min min 22132.5(/)()0.08132.510.6//9305.48/996.9511.890.7850.785 1.0t w t L La m m U L a m m h U U D ωρ===⨯====>⨯⨯g经以上校核可知填料塔直径选用D=1000mm 合理2.2.2 填料层高度H 的计算 传质单元高度oGH 的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算*11 1.750.01710.0299Y mX ==⨯=*220Y mX ==脱吸因数为1.75121.720.412516.3971mV S L ⨯=== 气相总传质单元数为*12*22110.07530ln[(1)]ln[(10.412)0.412] 5.096110.4120.0022660OGY Y N S S S Y Y --=-+=-+=---- 222333/427680/71.97/932731.2/132.5/C L t dyn cm kg h dyn cm kg h m m σσα=====液体质量通量为229305.4811854.11/()0.7851L U kg m h ==⨯g气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算；220.750.10.050.221exp{1.45()()()()}w C L t L Lt L t L L L L tU a U U a g a ασασμρρσ-=-- 220.750.10.050.22842768011854.1111854.11132.511854.111exp{1.45()()()()}0.3634932731.2132.5 3.217996.95 1.2710996.95932731.2132.5w t αα-⨯=--=⨯⨯⨯⨯⨯所以 2348.15/w a m m =气膜吸收系数为223200 1.2685168.92/()0.7851V U kg m h ⨯==⨯g 10.730.237()()()V V t V G t V V V U a Dk a D RTμμρ=10.7235168.920.066132.50.039240.237()()()0.201/()132.50.066 1.2680.039248.314298.15G k kmol m h k Pa ⨯==⨯⨯⨯g g 液膜吸收系数为2113320.0095()()()L L L L W L L L LU g k a D μμμρρ-=2118332911854.11 3.217 3.217 1.27100.0095()()()48.15 3.217996.95 4.60810996.95--⨯⨯=⨯⨯⨯0.0152/m h = 由 1.1G G W k a k a φ=,查表得 1.45φ=则 1.1G G W k a k a φ=1.10.20148.15 1.45=⨯⨯314.56/()kmol m h kPa =gg 0.4L L W k a k a φ=0.40.015248.15 1.45=⨯⨯0.85/h =因为59.32%50%Fuu =>，所以要对G L k a k a 和校正。

由 1.4[19.5(0.5)]GG F u k a k a u '=+- ， 2.2[1 2.6(0.5)]LL Fuk a k a u '=+-，得 1.432.2[19.5(0.59320.5)]14.5619.55/()[1 2.6(0.59320.5)]0.850.862/GLk a kmol m h kPa k a h '=+-⨯='=+-⨯=g g则 111G GL K a k a Hk a =+''11119.550.31210.862=+⨯30.265/()kmol m h kPa =gg 由 OG Y G V VH K a K aP ==ΩΩ2121.720.5780.265101.30.7851m ==⨯⨯⨯ 由 0.578 5.096 2.945OG OG Z H N m ==⨯= 1.4 2.945 4.12Z m '=⨯= 设计取填料塔层高度为 5Z m '=查得对于阶梯环填料，max 815,6hh m D=≤: 取8hD=，则 810008000h mm =⨯= 计算得填料层高度为5000mm ，故不需分段。