水吸收丙酮填料塔设计
水吸收丙酮填料塔设计
设计用水吸收丙酮常压填料塔，其任务及操作条件为
= 1 \* GB3 ①混合气(空气、丙酮蒸汽)处理量： 1450 。
= 2 \* GB3 ②进塔混合气含丙酮 2.13％(体积分数)；相对湿度： 70％；温度： 35℃；
= 3 \* GB3 ③进塔吸收剂(清水)的温度：25℃；
= 4 \* GB3 ④丙酮回收率： 93％；
= 5 \* GB3 ⑤操作压强： 常压操作。
[设计计算]
一、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。
二、物料计算
l. 进塔混合气中各组分的量
近似取塔平均操作压强为101.325kPa，故：
混合气量 n＝ 1450** ＝ 57.38 (kmol／h)
混合气中丙酮量n ＝ 57．38×0.0213 ＝1.22 (kmol／h)
m ＝ 1.22×58＝70.89 (kg／h)
查化工原理附录，35℃饱和水蒸气压强为5623．4Pa，则每kmoI相对湿度为70％的混合
气中含水蒸气量＝=0.0404 kmol水气/ kmol（空气十丙酮）
混合气中水蒸气含量n＝＝2.23 （kmol／h）
m＝2．23×18＝40.14 (kg／h)
混合气中空气量n＝57.38一1.22—2.23＝53.93（kmol／h）
m＝53.93×29＝1563.97 (kg／h)
2．混合气进出塔的摩尔组成
＝0.0213
==0.00152
3．混合气进出塔的比摩尔组成
若将空气与水蒸气视为情气，则
情气量n＝53.93十2.23＝56.16 （kmol／h）
m＝1563.97十40.14＝1604.11 (kg／h)
＝＝0.0217 (kmol丙酮／kmol情气)
＝＝0.00152 (kmol丙酮／kmol情气)
4．出塔混合气量
出塔混合气量n＝56.16十1.22*(1-0.93)＝56.25 （kmol／h）
m＝1604.11十70.89*0.07＝1609.07 (kg／h)
三、热量衡算
热量衡算为计算液相温度的变化以判明是否为等温吸收过程，假设丙酮溶于水放出的热量全被水吸收，且忽略气相温度变化及塔的散热损失(塔保温良好)。
查手册，丙酮的微分溶解热(丙酮蒸气冷凝热及对水的溶解热之和)：
=30230十10467．5=40697．5 (kJ／kmol)
吸收液(依水汁)平均比热容＝75．366 kJ／(kmol*℃)，依式5—6
对低浓度气体吸收，吸收液浓度很低时，依惰性组分及比摩尔浓度计算较方便，故式
5——6也可写为；
℃
依上式，可在x＝0．000~0．01之间，设系列x值，求出相应x浓度下吸收液的温度，计算结果列于表1第l，2列中。由表中数据可见，浓相浓度x变化0.001时，温度升高0.54℃，依此求取平衡线。
表1 各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据
注：（1）气相浓度相平衡的液相浓度X1＝0.0072，故取＝0.008；
（2）平衡关系符合亨利定律，与液相平衡的气相浓度可用y*＝mX表示；
（3）吸收剂为清水，x＝0，X＝0；
（4）近似计算中也可视为等温吸收。
四、气液平衡曲线
由式5—2可知，当x＜0.1，t＝15~45℃时，丙酮溶于水其亨利常数E可用下式计算：
1gE＝9.171一[2040／(t十273)]
由前设X值求出液温℃，依上式计算相应E值，且m＝，分别将相应E值及相平衡常数m值列于表5—17中第3、4列。由y*＝mX求取对应m及X时的气相平衡浓度y*，结果列于表5—17第5列。
根据X—y*数据，绘制X—Y平衡曲线OE如图1所示。
图1 气液平衡线与操作线(丙酮一水)
五、吸收剂(水)的用量Ls
由图1查出，当Y1＝0.0217时,X1*=0.008247,计算最小吸收剂用量
=56.16*(0.0217-0.00152)/ 0.008247 ＝ 137.42 (kmol／h)
取安全系数为1.8，则
Ls＝1．8×137.42＝247.4 (kmol／h)
＝247.4×18＝4453.2 (kg/h)
六、塔底吸收液浓度X1
依物料衡算式
()＝（）
=56.16（0.0217-0.00152）/247.4=0.0046
七、操作线
依操作线方程式
=（247.4/56.16）X+0.00152
Y=4.4X+0.00152
由上式求得操作线绘于图1中，如BT所示
八、塔径计算
塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气35℃)，101.325kPa，查表1，吸收液27.16℃计
图2 通用压降关联图
算。
u =（0.6~0.8）
1.采用Eckert通用关联图法(图2)计算泛点气速
(1)有关数据计算
塔底混合气流量V’＝1563.97十70.89十40.14＝1675 (kg／h)
吸收液流量L’＝5099.4十1.22×0.93×58＝5165.2 (kg／h)
进塔混合气密度＝29*273/22.4/（273+35）＝1．15 (kg／) (混合气浓度低，可近似视：
查化工原理附录 吸收液密度＝996.7kg／
吸收液黏度＝0.8543mPa.s
经比较，选Dg50mm塑料鲍尔环(米字筋)。查《化工原理》教材附录可得，其填料因子=120，比表面积A＝106．4
(2)关联图的横坐标值
=0.105
(3)由图2查得纵坐标值为0.13
即 =0.0137=0.13
故液泛气速=3.08
2．操作气速
u＝0．6＝0.6×3.08 ＝1.85 (m/s)
3.塔径
= = 0.527 m=527mm
取塔径为0.6m(＝600mm)
4．核算操作气速
=1.425(m/s) <
5．核算径比
D／d＝600／50＝12，满足鲍尔环的径比要求
6．喷淋密度校核
依Morris等推专，d＜75mm约环形及其它填料的最小润湿速率(MWR)为0.08／(m·h),由式5一14：
最小喷淋密度＝0.08×106．4＝8．512 [／(m·h)]
因 ＝4453.2kg／h＝＝15．8[／(m·h)]
故满足最小喷淋密度要求。
九、填料层高度计算
计算填料层高度，即
Z＝
1．传质单元高度计算
=，其中=，
(1)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及，再合并为和。
①列出备关联式中的物性数据
气体性质(以塔底35℃，101.325kPa空气计)
＝1．15 kg／ (前已算出)
＝0.01885* (查化工原理附录)
＝1．09×（依翻Gilliland式估算)
液体性质(以塔底27．16℃水为准)
＝996．7 kg／
＝0．8543×Pa·s
=1.344* (以式计算)，式中为溶质在常压沸点下的摩尔体积，为溶剂的分子量，为溶剂的缔合因子。
＝71．6×N／m(查化工原理附录)
气体与液体的质量流速：
4.38
1.65
塑料鲍尔环(乱堆)特性：
＝50mm＝0．05m
A＝106．4
=
=1.45（鲍尔环为开孔环）
= 2 \* GB3 ②依式
={-0.637}=0.471
故==0.471*106.4=50.1 （）
= 3 \* GB3 ③依式
=1.95* (m/s)
= 4 \* GB3 ④依式
=2.032*
故=1.95**50.1=9.77*(m/s)
=2.032**50.1=1.02*
(2)计算
＝，而，H=。由于在操作范围内，随液相组成和温度的增加，m (E)亦变，故本设计分为两个液相区间，分别计算(= 1 \* ROMAN I)和(= 2 \* ROMAN II)
区间I X＝0．004~0.002(为(= 1 \* ROMAN I))
区间= 2 \* ROMAN II X＝0.002~0 (为(= 2 \* ROMAN II))
由表1知
＝2．30*kPa , ＝==0.241
=2.18* kPa, ===0.254
＝1.405
=7.12
=.P=7.12*101.325=0.0721
=1.383*
=7.23
=7.23*101.32=0.0732
(3)计算
0.766m
0.754m
2．传质单元数计算
在上述两个区间内，可将平衡线视为直线，操作线系直线，故采用对数平均推动力法计算。两个区间内对应的X、Y、Y*浓度关系如下：
0.0077
=1.14
=0.0032
=2.75
3．填料层高度z计算
Z＝Z1十Z2＝+
＝0.766×1.14十0.754×2.75＝2.95m
取25％富余量，则完成本设计任务需Dg50mm塑料鲍尔环的填料层高度z＝1．25×2.95=3.68m。
十、填科层压降计算
取图2(通用压降关联图)横坐标值0.105(前已算出)；将操作气速(＝1．425m/s) 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．则纵标值为：
=0.031
查图2(内插)得
=24*9.81=235.4Pa/m 填料
全塔填料层压降 =3.68*235.4=866.3Pa
至此，吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出。关于吸收塔的物料计算总表和塔设备计算总表此处从略。
十一、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，可不设液体再分布器。
(2)塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及压板。
其它塔附件及气液出口装置计算与选择此处从略。
水吸收丙酮填料塔设计.doc
