化工原理課程設(shè)計---空氣中丙酮的回收工藝操作-文庫吧
2025-01-03 14:23 本頁面
【正文】 利用活性炭的吸附作用，對 丙酮進(jìn)行回收?；钚蕴慨a(chǎn)品主要指標(biāo)有孔徑及其分布、容積率、強(qiáng)度和灰分等，這些是選用活性炭依據(jù)。吸附小分子量丙酮時，選擇平均孔徑小的高比表面積活性炭。丙酮回收用活性炭微結(jié)構(gòu)最佳指標(biāo)：孔徑主要集中在1納米左右。水吸收丙酮是物理吸收，其利用丙酮空氣混合物中各組分在水中的溶解度不同，實(shí)現(xiàn)丙酮的分離。就丙酮的回收而言，活性炭吸附蒸汽解析精餾丙酮回收工藝能耗較高,工藝安全性和穩(wěn)定性較差。而水吸收精餾丙酮回收工藝能耗較低,工藝安全性和穩(wěn)定性較好,是當(dāng)前最好的替代工藝。此外，水吸收法還有諸多優(yōu)點(diǎn)。首先，丙酮空氣混合氣中，水對丙酮的溶解度大, 而對其他組分則溶解度很小或基本不溶。這樣，單位量的水能夠溶解較多的丙酮,在一定的處理量和分離要求下水的用量小,可以有效地減少水的循環(huán)量。其次，在操作條件下，水具有較低的蒸氣壓,在吸收過程中，吸收劑水的損失可以忽略,提高了吸收過程的效率。同時，水吸收法的能耗較低，采用水作為吸收劑進(jìn)行吸收比用活性炭進(jìn)行吸附要經(jīng)濟(jì)的多。綜上所述，在本次課程設(shè)計中，選用水吸收精餾的工藝路線來回收空氣中的丙酮。 工藝路線圖水水（塔底產(chǎn)品）含10%丙酮空氣混合物排放合格的廢氣丙酮（塔頂產(chǎn)品）精餾丙酮水溶液吸收 （參見附件）廢氣氣泵貯槽空氣丙酮吸收塔氣柜25℃換熱器換熱器25℃釜液離心泵水相再沸器冷卻泡點(diǎn)丙酮貯槽換熱器精餾塔全凝器部分回流全凝器丙酮空氣混合氣體貯存在干燥的氣柜中，通過氣泵，混合氣體進(jìn)入填料吸收塔，與水逆流相接觸后，大部分丙酮被水吸收，得到可排放的凈化氣，在填料塔塔頂排放到大氣中；吸收丙酮后的水，從塔底流出，貯存在丙酮貯槽中，待用。用離心泵將貯槽中的丙酮水溶液抽到位于高位的列管式換熱器中，用板式精餾塔塔底的流出液進(jìn)行加熱，再通過套管換熱器，使用低壓蒸汽進(jìn)行加熱至泡點(diǎn)。將泡點(diǎn)下的丙酮水溶液，通入板式精餾塔的加料口進(jìn)行精餾。經(jīng)過精餾后，在精餾塔塔頂經(jīng)過全凝器冷凝后的溶液進(jìn)入分配器，一部分回流至精餾塔，另一部分再通過冷凝器冷凝后貯存在丙酮產(chǎn)品貯罐中，即得到產(chǎn)品；在精餾塔塔底，用低壓蒸汽直接加熱塔釜液體，在塔底流出液中，丙酮含量較低，可對吸收塔塔底流出的丙酮水溶液進(jìn)行第一次加熱。從列管換熱器流出的低含量丙酮水溶液，經(jīng)過套管換熱器進(jìn)行冷卻，至20攝氏度，再通入吸收塔對空氣中的丙酮進(jìn)行吸收。如此，完成水吸收精餾法回收空氣中的丙酮的操作工藝。【工藝的設(shè)計計算】 取吸收操作溫度為t=20 ℃，操作壓強(qiáng)為P= KPa 由《化工工藝設(shè)備》得丙酮水兩相系統(tǒng)亨利系數(shù)E（KPa)與溫度t(℃)的關(guān)系公式為： lg E = （1） 已知t=20 ℃,則由公式（1）可得 E= KPa m = = 所以，吸收操作相平衡關(guān)系為：y= 丙酮、空氣混合氣的平均摩爾質(zhì)量為= （2） 已知=，= g/, 則==， 查得20℃空氣的平均摩爾質(zhì)量=29， 根據(jù)公式（2）可得，= g/= 1 kg/k 將丙酮、空氣混合氣體近似看做理想氣體， 則可知PV= (3)，V=/帶入公式（3）中，可得 === kg/ G=8000/h== /s 由吸收、精餾過程可得以下方程： 吸收最小液氣比 = (4) 吸收的液氣比 == (5) 吸收的相平衡的關(guān)系 y= (6) 精餾的總物料 F=D+W (7) 易揮發(fā)組分 F=D+W (8) L=F, (9) 總的回收率 (10) 式中：L、G——分別表示吸收過程水相、氣相的流量，kmol/s。 xx2——分別表示吸收過程水相進(jìn)、出口中易揮發(fā)組分的摩爾分率； yy2——分別表示吸收過程氣相進(jìn)、出口中易揮發(fā)組分的摩爾分率； F、D、W——分別表示精餾過程中原料液、餾出液和釜?dú)堃旱牧髁浚? /s； xF、xD、xW——分別表示精餾過程中原料液、餾出液和釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分率。 已知=，G= /s,=，假設(shè)= 根據(jù)方程（4）（10），可求得 L=F= /s,D= /s,W= /s, = /s,=,=根據(jù)物料衡算，結(jié)果整理如下表：F（L）//sD//sW//sy2X1(xF)x2(xW)103103 精餾塔釜液吸收塔精餾塔冷卻水低壓蒸汽套管式換熱器2套管式換熱器1列管式換熱器吸收塔塔底流出液換熱器的選擇 根據(jù)流程工藝的需要，共需提供三臺換熱器進(jìn)行操作，我們選了兩臺套管式換熱器和一臺列管式換熱器。其流程如上圖所示，精餾塔塔底流出液，對吸收塔塔底流出的丙酮水溶液進(jìn)行第一次加熱。之后再經(jīng)過套管換熱器進(jìn)行冷卻，至20攝氏度，再通入吸收塔對空氣中的丙酮進(jìn)行吸收。被加熱的丙酮水溶液再用低壓蒸汽加熱至泡點(diǎn)，送入精餾塔進(jìn)料版進(jìn)料。下面逐個進(jìn)行計算： ①套管式換熱器1的計算根據(jù)物料衡算，再通過計算可知，%、%的混合溶液，其泡點(diǎn)溫度為98℃。用T=110℃低壓蒸汽對冷
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