填料吸收塔工艺设计框.doc

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1、填料吸收塔工艺设计框物料衡算和能量衡算确定吸收剂量最小用量吸收剂量用量如最小用量n值（1）操作线方程调整n值操作气速（2）调整n值计算填料塔径调整n值调整n值调整n值核算操作气速否核算最小喷淋密度吸收剂量确定填料塔高度否核算填料层压降500Pa/m塑料辅助设备注： n=1.12.0 n=0.60.8水吸收丙酮填料吸收塔1、 设计用水吸收丙酮常压填料塔，其任务及操作条件。（1） 混合气（空气，丙酮，蒸气）处理量1000m/h。（2） 进塔混合气含丙酮体积分数1.65%，相对温度70%，温度35%。（3） 进塔吸收剂（清水）的温度25%。（4） 丙酮回收率82%。（5） 操作压力为常压操作。2、

2、吸收工艺流程的确定采用常规逆流操作流程，流程说明从略3、 物料计算（1）进塔气体中各组分含量 1 22.4 近似取塔平均操作压101.325kpa 故： 混合气量n=1000 273 kmol/h 273+35 混合气体中丙酮含量n=39.57*0.0165=0.65kmol/h M=0.56*58=37.7kg/h 查附录（化工原理），35C饱和水蒸汽压强为5623.4Pa，则每Kmol相对温度为70%的混合气体中含水蒸汽量。5623.4*0.7101.325*103-0.7*5623.4 =0.0404Kmol 水气/Kmol（空气+丙酮）39.570.04041+0.0404 混合气体中

3、水蒸气含量 n= =1.54（Kmol/h）m=1.5418=27.72 （Kg/h）混合气体中空气量n=39.57-0.65-1.54=37.38 （Kmol/h） m=37.3829=1084.02 （Kg/h）（2）混合气体进出塔（物质的量）组成 已知：y1=0.01650.65（1-0.82）37.38+1.54+0.65（1-0.82） Y2= =0.003（3）混合气体进出塔（物质的量）组成若将气体与水蒸气视为惰性气体，则 惰性量n=37.38+1.542=38.92（Kmol/h） m=1084.02+27.72=1111.74（Kg/h）0.6538.92Y1= =0.0167

4、 Kmol/h 丙酮/ Kmol0.65（1-0.82）38.92Y2=0.003 Kmol/h 丙酮/ Kmol（4）出塔混合气量 出塔混合气量n=38.92+0.65（1-0.82）=39.037（Kmol/h） M=1111.74+37.70.18=1118.53（Kg/h）4、热量衡算 热量衡算为计算液相对温度的变化，以判断是否为等温吸收过程，假设丙酮溶于水放出的热量全部被水吸收，且本略气相温度变化及塔的散热损失（塔的保温良好） 查于（化工工艺算图）常用物料物性数据。测丙酮的微分溶解热（丙酮蒸汽冷凝热及水的溶解热之和）。 Hd均=30230+10467.5=40697.5(Kj/ Km

5、ol) 吸收液以水计,平均比热容CL=753.66(Kj/ Kmol.0C)通过下式计算tnHd均CL tn=tn-1+=(xn-xn-1)对于低浓度气体的吸收.吸收液浓度很低时,依惰性组分及比摩尔,浓度计算较方便,故上式可写成:40697.675.366 tL = 25+=x以上式,可在x=0.000-0.008之间,设系列x值求出相应x浓度下吸收液的温度tL,计算结果列于表1第1,2列中由表中数据可见液相浓度x变化0.001时,温度升高0.540C依次求取平衡线 表1各液相浓度下的吸收温度及相平衡数据 xtL/0CE/KPaMlE/P1Yx103lgE0.00025.00211.52.00

6、80.0002.3250.00125.54217.62.1482.1482.3880.00226.08223.92.2104.4202.3500.00326.62230.12.2726.8162.3620.00427.16236.92.3389.3522.3750.00527.70243.72.40612.0252.3870.00628.24250.62.47414.8442.3990.00728.78257.72.54417.8082.4110.00829.32264.962.61620.9282.423注(1)与气相浓度Y1相平衡的液相浓度x1=0.0072,故取xn=0.008 (2)平

7、衡关系符合亨利定律，与该相平衡的气相浓度可用Yx=mx表示 （3）吸收剂为清水，x=0 x=0。（4）近似值计算也可视为等温吸收5、气液平衡曲线 当x0、1时t=15450时，丙酮溶于水其亨利常数E可用下式计算： LgE=9.171-2040/（t+273） 查化工工艺算图常用物料物性数据。由前设x值求出液温tL0C依上式计算相应E值，且m=E/P，分别将相应E值及相平衡常数m值列于表1中的第3、4列由Yx=mx求取对应m及x时的其相平衡浓度Yx，结果列于表1中的第5列。 根据X-YX数据，绘制X-Y平衡曲线OE，如图所示 图1气液平衡线及操作线（丙酮-水）6、吸收剂（水）的用量Ls 由图1查

8、出，当Y1=0.0185时，x*1=0.0072，依次式计算最小吸收剂用量Lsmin0.0185-0.0030.0072Y1-Y2X*1-X2Lsmin=VB=38.92=83.79（Kmol/h） 取安全系数为1.8，则LS=1.883.79=150.82（Kmol/h） =150.8218=2714.67（Kg/h）7、塔的吸收液x1依物料衡算式 VB（Y1-Y2）= LS（x1-x2）x1=38.92（0.167-0.003）/150.82=0.00351、 操作线根据操作线方程式LSVB150.8238.92LSVB=X+ -x2=（ ）x+0.003=3.88x+0.003又上式求得

9、操作线绘制图1中，如B图所示。2、 塔底气液负荷大，依塔底条件：混合气35C，101.3Pa，查表1，吸收液27.16C，计算：D= u=（0.6-0.8）F(1) 采用Eckert通用压降关系图法：计算气点气速，f 有关数据计算塔底混合气流量：V/s=1084.02+37.7+27.72=1149.44 Kg/h吸收液流量：L/=2714.67+0.650.9358=2749.73 Kg/h 进塔混合气密度G=29273/22.4/（273+35）=1.15（Kg/m3）（混合气体浓度低，可近似视为空气密度。查附表）吸收液密度： L=996.7 Kg/m3吸收液黏度： L=0.8543mPa

10、.S经比较选D50mm，塑料鲍尔环（米字筋），查化工原理附录可得，其填料Uom-1，比表面积A=1064m2/vm3 关联图的横坐标值GGLG1.15996.72749.731149.44L/V/ （ ）1/2= （ ）1/2=0.08 由图2查得纵坐标值为0.141.15996.7U2F*1209.81GGLG2Fg( )0.2= （ ）(0.85430.2)=0.0137=0.14故液汽速 =3.197m/s（2）操作气速 =0.6=0.6*3.197=1.92 m/s（3）塔径D= =0.562=526mm故取塔径为600mm（4）核算操作气速100036000.7850.62=1.47

11、4 m/s（5）核算径比D/d=600/50=12 满足鲍尔环的径比要求（6）喷淋密度较核 依Morris等推荐d75mm约环行及其他填料的最小润湿速率（mWR）为0.08m3/（m.h）。由式L喷min=（mWR）.at最小喷淋密度L喷min=（mWR）t=0.08106.4=8.512（m3/ m.h）2714.67996.70.7850.62因为L喷min=2714.67 Kg/h=9.64（m3/ m.h）故满足最小喷淋密度要求。10、 填料层高度计算 VBKYa 计算填料层高度Z=HOGNOG=（1） 传质单元高度 HOG计算VBKYa HOG=其中 KYa=KGa 1KYa1 HK

12、la1KGa=+ 本设计采用恩田式计算填料润湿面积aw，作为传质面积a，依改进的恩田式分别计算kl 及kG 在合并为kla和kGa（1） 列出各关系式中的物性数据气体性质（从塔底350C、101.325KPa空气计）：=1.15kg/m3（前已经算出）=0.0188510-3Pa-S查化工原理附录DG=1.0910-5 m2/s（依Gilliland式结算）液体性质，（依塔底27.160C水为准） =996.7 Kg/m3=0.854310-3Pa-S=71.610-3N/m （查附录）DL=1.34410-9（依DL=7.410-12（Ms）0.5t）/VA0.6式结算）式中VA为溶质在常压

13、下沸点的摩尔体积，Ms为溶剂的摩尔质量，为溶剂的综合因子。 气体与液体的质量流速 2714.6736000.7850.622 L/G= =2.7kg/（m2.s）1149.4436000.7850.622V/G= =1.13 kg/（m2.s）DG50mm塑料鲍尔环（乱堆特性）dp=50mm=0.05mmat=106.4 m2/m3=40dyn/cm=4010-3 N/m查 化工工程手册第十二篇，气体吸收手册，有关填料形状系数 =1.45 依式：=1-exp-1.45（）（）（）（）0.22=1-exp-1.45（）（）0.1（）=1-exp-0.64=0.48故：aw=0.48at=0.48

14、106.4=51.07 m2/m3依式k=0.0051（）（）（）（at dp）0.4=0.0051（）（）（）1/3=1.810-4 m/s依式：kG=5.23（）（）（）（a+dp）=5.23（）0.7（）1/3（）（1.45）1.1=1.810-3 Kmol（m2.s.kpa）kLa=kLaw=1.81051.07=9.210L/S故：kGa=kGaw =1.81051.07=9.210 Kmol（m2.s.kpa）（2） 计算kya50kya= kGap而=+H=由于在操作范围内，随液9相组成X和温度tl的增加，m（E）亦变故：本设计分别为两个液相区间，分别计算kGa（I）和kGa（I

15、I）即： 区间I，X=0.0040.002 （为kGa（I）区间II：x=0.0020 （为kGa（II）有表I 可知：E=2.3010KPaH=0.241 Kmol（m3kpa）E=2.1810 kpaH=0.054 Kmol（m3kpa）故=+=461.9KGa（I）=2.1610 Kmol（m3.s.kpa） K= KGa（I）P=2.1610101.325=0.219 Kmol（m3.s）=438.8K=2.2310 Kmol（m3.s.kpa）K= KP=2.2310101.325=0.23 Kmol（m3.s.kpa）（3） 计算HOG HOG（II）=0.175m HOG（I）=

16、0.166m（4）传质单元数计算在上述的两个区间，可将平衡线视为直线，操作线为直线，故采用对数平均推动力法，计算N，两个区间内对应的X Y Y*浓度关系如下：组成IIIX0.0040.0020.0020Y0.019120.010320.010320.00152Y*0.0093520.0044190.0044190 依式：N=（I）=0.0077N（II）=1.14（II）=0.0032N（II）=2.75（4） 填料层高度的计算 Z=Z+Z= H（I）N（I）+ H（II）N（II）=0.7661.14+0.7542.75=2.95m取25%余粮，则完成本次设计任务需要Dg50mm塑料鲍尔环的填料层高度“ Z=1.25m2.95m=3.68m11、 填料层压降的计算查图（通用压降关系图）横坐标值0.08（前已经算出）将操作气速代替纵坐标中的查表Dg50mm塑料鲍尔环（米字筋的压降填料因子=125代替纵坐标中的，则纵坐标中的值为：（）（0.48350.2）=743.2Pa查图得（内插） 249.81=235.4 Pa/m（填料）I500 Pa/m（填料）全塔填料层压降；=866.3 Pa12、 填料吸收塔的附属设备（1）、本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器，且填料层不高，可不设液体在分布器。（2）塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支撑板及压板。