1设计方案简介1.1设计方案的确定用水吸收丙酮属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。

因用水作为吸收剂，且丙酮不作为产品，故采用纯溶剂。

1.2填料的选择对于水吸收丙酮的过程，操作温度及操作压力较低，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较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。

2工艺计算2.1 基础物性数据 2.1.1液相物性的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。

由手册查得，25℃时水的有关物性数据如下： 密度为 ρL =997.1 kg/m 3粘度为 μL =0.0008937 Pa ·s=3.2173kg/(m ·h) 表面张力为σL =71.97 dyn/cm=932731 kg/h 2丙酮在水中的扩散系数为 D L =1.327×10-9m 2/s=4.776×10-6m 2/h (依 D=0D μμ00T T 计算，查《化工原理》教材) 2.1.2气相物性的数据 进塔混合气体温度为35℃ 混合气体的平均摩尔质量为M Vm =Σy i M i =0.06×58.08+0.94×29=30.74g/mol 混合气体的平均密度为3/K 216.115.308314.874.30325.101m g RT PM m mV V =⨯⨯==ρ 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得35℃空气的粘度为 μV =1.88 ×10-5Pa•s=0.068kg/(m•h) 查手册得丙酮在空气中的扩散系数为h m s cm D V /038.0/106.022==（依2/3000))((T T P P D D =计算，其中293K 时，100kPa 时丙酮在空气中扩散系数为1×s m /1025-，查《化工原理》教材）2.1.3气液相平衡数据当x<0.01,t=15～45℃时，丙酮-水体系的亨利系数可用式：TE 2040171.9lg -=计算 E=211.5kPa 相平衡常数为m=E/P=211.5/101.3=2.09 溶解度系数为262.002.185.2111.997=⨯==sLEM H ρ)/(3m kPa kmol ⋅2.1.4 物料衡算 进塔气相摩尔比为 0638.006.0106.01111=-=-=y y Y 出塔气相摩尔比为00383.0)94.01(0638.0)1(12=-=-=A ϕY Y 进塔惰性气相流量为 h kmol V /27.92)06.01(352732734.222400=-+⨯=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2121min /)(X m Y Y Y V L --=对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 02=X96.1009.2/0638.000383.00638.0)(min =--=V L取操作液气比为min )(8.1V LV L = 53.396.18.1=⨯=VLh kmol L /71.32527.9253.3=⨯= )()(2121X X L Y Y V -=- 017.07.325)00383.00638.0(27.921=-=X2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 2.2.1 塔径的计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为4.2918216.12400=⨯=V ωkg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 29.586902.1871.325=⨯=L ωkg/h Eckert 通用关联图的横坐标为 07.0)1.997216.1(4.291829.5869)(5.05.0==L V V L ρρωω图一填料塔泛点和压降的通用关联图（引自《化工原理》教材）查图一得17.02.02=L L V F F g u μρρψφ查表1170-=m F φ s m g u LV F LF /868.28937.0216.111701.99781.917.017.02.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯==μψρφρ取 s m u u F /008.2868.27.07.0=⨯== 由 m u V D s 65.0008.214.33600/240044=⨯⨯==π 圆整塔径，取D=0.7m 泛点率校核：s m u /73.17.0785.03600/24002=⨯=%32.60%100868.273.1=⨯=F u u （在允许范围内）填料规格校核：842.1838700>==d D 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 ()h m m L w ⋅=/08.03min 查表3/5.1322m m a t =h m m a L U t w ⋅=⨯==23min min /6.105.13208.0)( min 23.157.0785.01.997/29.5869U U >=⨯=经以上校核可知，填料塔直径选用D=700mm 合理。

2.2.2 填料层高度计算0355.0017.009.211*=⨯==mX Y 022*==mX Y 脱吸因数为 592.071.32527.9209.2=⨯==L mV S 气相总传质单元数为9.4]592.0000383.000638.0)592.01ln[(592.011])1ln[(112221=+----=+----=**S Y Y Y Y S S N OG 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：})()()()(45.1ex p{12.005.01.075.0222tL L L L t L L t L L c t w U g U U ασρραμασσαα---= 查表2/427680/33h kg cm dyn c ==σ 液体质量通量为)/(8.152587.0785.029.586922h m kg U L ⋅=⨯=393.0})5.1329327311.9978.15258()1027.11.9975.1328.15258()2173.35.1328.15258()932731427680(45.1ex p{12.0205.08221.075.0=⨯⨯⨯⨯⨯⨯--=-t w αα气膜吸收系数由下式计算： )()()(237.03/17.0RTD D U k Vt V V V Vt VG αρμμα= 气体质量通量为 )/(16.75877.0785.0216.1240022h m kg U V ⋅=⨯⨯=)/(0605.0)298314.8038.05.132()038.0216.1068.0()068.05.13216.7587(237.023/17.0kPa h m kmol k G ⋅⋅=⨯⨯⨯⨯=液膜吸收系数由下式计算：hm g D U k LL L L L Lw LL /581.0)1.9971027.12173.3()10776.41.9972173.3()2173.35.132362.08.15258(0095.0)()()(0095.03/182/163/23/12/13/2=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==---ρμρμμα由 1.1=ψw G G a k a k ，查表 1.45=ψ则 )/(74.445.15.132362.00507.031.1kPa h m kmol a k a k w G G ⋅⋅=⨯⨯⨯==1.1ψ 1.3545.15.132393.0581.04.04.0=⨯⨯⨯==ψw L L a k a k 1/h%50%32.60>=Fu u由 ,])5.0(6.21[,])5.0(5.91[2.24.1a k u u a k a k u u a k L FL G F G -+=-+='得)/(613.674.4])5.06032.0(5.91[34.1kPa h m kmol a k G ⋅⋅=⨯-+=' 72.351.35])5.06032.0(6.21[2.2=⨯-+='a k L 1/h 则 )/(87.353.27262.01107.5111113kPa h m kmol ak H a k a K L G G ⋅⋅=⨯+='+'=由 m aP K V a K V H G Y OG 612.07.0785.03.10187.327.922=⨯⨯⨯=Ω=Ω=由 m N H Z OG OG 999.29.4612.0=⨯== m Z 749.3999.225.1=⨯=' 设计取填料层高度为 m Z 4='查表，对于阶梯环填料，15~8=Dh，mm h 6max ≤。

取8=Dh，则 mm h 56007008=⨯=计算得填料层高度为4000mm<5600mm,故不需分段2.2.3 填料层压降计算采用Eckert 通用关联图计算填料层压降。

横坐标为07.0)(5.0=LV V L ρρωω 查表 1116-=Φm P 纵坐标为0422.08937.01.997204.181.9111613.12.022.0=⨯⨯⨯⨯=ΦL L V P g u μρρψ 查图一得m Pa Z P /3.294/=∆ 填料层压降为Pa P 2.117743.294=⨯=∆2.2.4 液体分布器简要设计 分布器孔径由于分布器≈10cm,本设计取=7mm分布器点数的计算0d 0d由H g n d L s ∆=2420φπ取mm H 90,60.0=∆=φ 则点97.7909.081.926.0007.014.324001.997/29.5869424n 220=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=H g d L s φπ≈80点 按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。

设计结果为：二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽度为45mm ，槽高度为210mm 。

两槽中心矩为90mm 。

分布点采用三角形排列，实际设计布点数为 n=112点。

图二 槽式液体分布器二级槽的布液点示意图3. 辅助设备的计算及选型3.1 填料支承设备填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。

对填料的基本要求是：有足够的机械强度;支承板的自由载面积不应小于填料层的自由截面积，以免气液在通过支承板时流动阻力过大，在支承板首先发生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。

常用填料支承板有栅板型，孔管型，驼峰型等，对于本设计的散装填料类型，选用孔管型支承装置。

3.2填料压紧装置为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。

对于本设计的散装填料类型，选用压紧网板。

3.3液体收集再分布装置由于液体从塔顶流下时有向壁流动的趋势（称为壁流效应），并造成填料层内传质面积减少，影响传质。