化工原理课程设计
第1章 概述
在化学工业中 ，吸收操作广泛应用于石油炼制，石油化工中分离气体混合物，原料气的精制及从废气回收有用组分或去除有害组分等。吸收操作中以填料吸收塔生产能力大，分离效率高，压力降小，操作弹性大和持液量小等优点而被广泛应用。目前国内对填料吸收塔设计大部分是经验设计方法，该方法是在给定生产任务的条件下，由经验确定出一个液气比的值，然后手算出吸收塔的有关设计参数。该设计手段落后，没有考虑经济技术指标，不符合工厂实际生产中成本最低要求，故提出了填料吸收塔的优化设计方法。
填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。填料塔以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。 与板式塔相比，在填料塔中进行的传质过程，其特点是气液连续接触，而传质的好坏与填料密切相关。填料提供了塔内的气液两相接触面积。填料塔的流体力学性能，传质速率等与填料的材质，几何形状密切相关，所以长期以来人们十分注中填料的性能和新型填料的开发，使得填料塔在化工生产中应用更加广泛。
1
化工原理课程设计
第2章 工艺设计与计算
2.1 设计任务和操作条件
1.混合气（空气、丙酮蒸气）处理量2200m3∕h;
2.气体进料组成：丙酮体积分数4%；相对湿度70%；温度25℃； 3.进塔吸收剂（清水）的温度为25℃； 4.丙酮回收率95%； 5.操作压力为常压。
2.2 设计方案的确定
2.2.1 吸收工艺流程采用常规逆流操作流程．流程如下：
图1 逆流操作流程图
流程说明:混合气体进入吸收塔，与水逆流接触后，得到净化气排放；吸收丙酮后的水，经取样计算其组分的量，若其值符合国家废水排放标准，则直接排入地沟，若不符合，待处理之后再排入地沟。
2
化工原理课程设计
2.3 物料计算
2.3.1 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：
2731)??89.98kmol/h 混合气量=2200?(273?2522.4混合气中丙酮量=89.98?0.04?3.60kmol/h?208.80kg/h
查附录，25℃饱和水蒸气为3291.0Pa，则相对湿度为70%的混合气中含水蒸气量=
3291.0?0.7?0.0233kmol(水气)/kmol(空气?丙酮)
101.35?103?0.7?329189.98?0.0233?2.05kmol/h?36.88kg/h 混合气中水蒸气的含量=
1?0.0233.57kg/h 混合气中空气量=89.98?3.60?2.05?84.33kmol/h?84.33?29?24452.3.2 混合气进出塔（物质的量）组成
已知：y1?0.04，则 y2?3.6?(1?0.95)?0.002 884.33?2.05?3.60?(1?0.95)2.3.3 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
.57?36.88?2482.45kg/h 惰气量=84.33?2.05?86.38kmol/h?24453.60?0.041kmol7(丙酮)/kmol(惰气) 86.383.6?(1?0.95)Y2??0.00208kmol(丙酮)/kmol(惰气)
86.38Y1?2.3.4 出塔混合气量
.95kg/h 出塔混合气量=86.38?3.60?0.05?86.56kmol/h?24762.4 气液平衡曲线
3
化工原理课程设计
X 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.013 0.014 tL/?C E/kPa m(?E/p) Y??103 25.00 26.08 27.16 28.24 29.32 34.40 31.48 32.02 32.56 211.5 223.9 236.9 250.6 264.9 280.0 295.8 306.3 312.4 2.088 2.210 2.338 2.474 2.616 2.764 2.920 3.024 3.084 0 4.420 9.352 14.844 20.928 27.644 35.045 39.310 43.177 表1 各液相浓度下的吸收液温度及平衡数据
注：1.与气相Y1称平衡的液相X1=0.0136，故取Xn=0.013；
*2.平衡关系符合亨利定律，与液相平衡的气相含量可用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。
当x<0.01,t=15--45?C时，丙酮溶于水其亨利系数可用下式计算：
log10?9.171?[2040/(t?273)]
常用物料特性数据，由前设X值求出温度tL，通过上式计算相应的E值，且m?EE，P分别将相应的E值及平衡常数m值列于上图的第3，4列。由Y??mX求取相应的m及X时的气相平衡组成Y?，结果列于上图中的第5列。
2.5 吸收剂（水）的用量LS
由上图查出，当Y1=0.0417，X1*=0.0136,依下式式计算最小吸收剂用量LS,min。
Ls,min?vBY2?Y10.0417?0.00208?(86.38)()?251.64kmol/h *X1?X20.0136LS=1.1～2.0 LS,min 取Ls?1.3Ls,min
4
化工原理课程设计
故 Ls=1.3?251.46?327.132kmol/h?5888.95kg/h
2.6 塔底吸收液X1
根据式VB?(Y1?Y2)?LS(X1?X2) 有
X1?86.38?(0.0417?0.00208)?0.0105
327.1322.7 操作线
依操作线方程式 Y?得 Y =
LSLX?Y2?SX2 VBVB327.132X?0.00208?3.787X?0.00208
86.382.8 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。
D??VSu u =（0.6~~0.8）uF
42.8.1 采用Eckert通用关联图法(图2)计算泛点气速uF
2.8.1.1 有关数据的计算
塔底混合气流量Vs'＝2445.57＋208.80＋36.88＝2691.25kg／h 吸收液流量L'＝5888.95＋3.6×0.95×58＝6087.31kg／h
5