【正文】 2 第二章 設(shè)計(jì)方案的確定 設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容 流程方案的確定 常用的吸收裝置流程主要有逆流操作、并流操作、吸收及部分再循環(huán)操作、多塔串聯(lián)操作、串聯(lián) — 并聯(lián)操作，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)、工藝特點(diǎn)，結(jié)合各種流程的優(yōu)缺點(diǎn)，采用常規(guī)逆流操作的流程，傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收及利用率高。 設(shè)備方案的確定 本設(shè)計(jì)要求的是選用填料吸收塔，填料塔是氣液呈連續(xù)性接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)和安裝比板式塔簡單。它的底部有支撐板用來支撐填料，并允許氣液通過。支撐板上的填料有整 砌或亂堆兩種方式。填料層的上方有液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑在填料層上。 3 圖 常規(guī)逆流操作流程圖 流程布置 吸收裝置的流程布置是指氣體和液體進(jìn)出吸收塔的流向安排。本設(shè)計(jì)采用的是逆流操作，即氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相流向與之相反，自塔頂進(jìn)入由塔底排出。逆流操作時(shí)平均推動(dòng)力大，吸收劑利用率高，分離程度高，完成一定分離任務(wù)所需傳質(zhì)面積小，工業(yè)上多采用逆流操作。 收劑的選擇 吸收劑性能的優(yōu)劣是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，吸收劑的選擇應(yīng)考慮以下幾方面： (1)溶解度 : 吸收劑對(duì)溶質(zhì)的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的用量。 4 (2)選擇性 : 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分有良好的溶解能力，對(duì)其他組分不吸收或甚微。 (3)揮發(fā)度：操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，以減少吸收和再生過程中的揮發(fā)損失。 (4)粘度 : 吸收劑在操作溫度下粘度要低，流動(dòng)性要好，以提高傳質(zhì)和傳熱速率。 (5)其他： 所選用的吸收劑盡量要無毒性、無腐蝕性、不易爆易燃、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、廉價(jià)易得及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 一般來說，任何一種吸收劑都難以滿足以上所有要求，選用是要針對(duì)具體情況和主要因素，既考慮工藝要求又兼顧到 經(jīng)濟(jì)合理性。 操作溫度和壓力的確定 (1) 溫度 : 低溫利于吸收，但溫度的底限應(yīng)由吸收系統(tǒng)決定，本設(shè)計(jì)溫度選 25℃ (2) 壓力：加壓利于吸收，但壓力升高操作費(fèi)用、能耗增加，需綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用常壓。 5 第三章 填料的選擇 填料的種類和類型 工業(yè)上填料按形狀和結(jié)構(gòu)可分為散裝填料和規(guī)整填料兩類： 顆粒填料 以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，以下是幾種典型的散裝填料： 拉西環(huán)填料 最早的工業(yè)填料，但因性能較差，目前工業(yè)上已經(jīng)很少使用 鮑爾環(huán)填料 是在拉西環(huán)基礎(chǔ)上的改進(jìn)，利用率有了 很大提高 階梯環(huán)填料 對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)，為目前所使用的環(huán)形填料最為優(yōu)良的一種 弧鞍 填料 一般采用瓷質(zhì)材料，易碎，工業(yè)中不常用 環(huán)矩鞍填料 集環(huán)型與鞍型優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)應(yīng)用最廣的一種金屬散裝填料 規(guī)整填料 以一定的幾何形狀，整齊堆砌，工業(yè)用多為波紋填料，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、傳質(zhì)效率高、處理量大，但不易處理粘度大或有懸浮物的物料，且造價(jià)高。 填料類型的選擇 根據(jù)分離工藝的要求，考慮以下因素： 6 (1)傳質(zhì)效率 在滿足工藝條件的前提下，選用傳質(zhì)效率高，即HETP(或 HTU)低的填料。 (2)通 量 保證較高的傳質(zhì)傳質(zhì)效率前提下，選用有較高泛點(diǎn)或氣相動(dòng)能因子的填料。 (3)填料層壓降 壓降越小，動(dòng)力耗費(fèi)越少，操作費(fèi)用越小。 (4)操作性能 填料具有較大操作彈性，且具有一定的抗污堵、抗熱敏能力等。 填料規(guī)格的選擇 (1)散裝填料 常用主要有 ND 1 ND 2 ND 3 ND 50、 ND 76 等幾種規(guī)格。 一般推薦： D? 300 時(shí)，選 25mm 的填料； 3 0 0 9 0 0mm D mm?? 時(shí)，選 25— 38mm 的填料 。 900D mm? 時(shí)，選用 50 70mm? 的填料，但一般大塔中常用 50mm 的填料。 (2)規(guī)整填料 從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟(jì)合理性。 填料材質(zhì)的選擇 (1)陶瓷 具有耐腐性及耐熱性，但質(zhì)脆、易碎，不宜高沖擊強(qiáng)度下使用。 (2)金屬 碳鋼對(duì)低腐蝕無腐蝕物系優(yōu)先考慮，不銹鋼耐 Cl? 以外物系腐蝕，特種合金鋼價(jià)格高，只在特殊條件下使用 7 (3)塑料 主要包括 PP(聚丙烯 )、 PE(聚乙烯 )、 PVC(聚氯乙烯 )等，一般采用 PP(聚丙烯 )材質(zhì)。塑料耐腐蝕性、耐低熱性好，但具有冷脆性，表面潤濕性較差。 一般講，操作溫度較高但無顯著腐蝕性時(shí)，選用金屬填料；溫度較低選用塑料填料；物系具有腐蝕性、操作溫度高，宜采用陶瓷填料。 由于本設(shè)計(jì)操作溫度較低且無腐蝕性，壓強(qiáng)采用常壓，所以選用塑料填料。 8 第四章 工藝計(jì)算 物料計(jì)算 進(jìn)塔混合氣中各組分的量 近似取塔平均操作壓強(qiáng)為 ，故： 混合氣量 n＝ 2 7 3 12 2 0 0 8 7 . 0 5 /2 7 3 3 5 2 2 . 4 k m o l h????????? 混合氣中丙酮量 n 87 .05 18 2?＝ ＝ m 1 .5 8 5 8 9 1 .6 4 ( k g h )?＝ ＝ ／ 查化工原理附錄， 35℃ 飽和水蒸氣壓強(qiáng)為 56234Pa． ，則每 kmoI 相對(duì)濕度為 70％的混合氣中含水蒸氣量 為： n＝ ? ? 3 ??? ? ＝ （水汽） ／ kmol（空氣 +丙酮） 混合氣中水蒸氣的含量 = 8 7 .0 5 0 .0 4 0 4 3 .3 8 /1 0 .0 4 0 4 km o l h? ?? m 18 4 kg h?＝ ＝ ／ 混合氣中空氣量 n 87 .05 8 8 82 .09 km ol h＝ 一 一 ＝ ／ m 29 247 ( kg h )?＝ ＝ ／ 混合氣進(jìn)出塔的摩爾組成 120 .0 1 8 21 .5 8 ( 1 0 .9 ) 0 .0 0 1 7 48 7 .0 5 3 .3 8 1 .5 8 ( 1 0 .9 )yy?????? ? ? ? 9 混合氣進(jìn)出塔摩爾比組成 若將空氣與水蒸氣視為 惰 氣，則 惰 氣量 n 87 .05 8 90 .43 km ol h?＝ ＝ ／ m 2 3 8 0 .6 8 2 .0 9 2 4 6 2 .6 9 k g h?＝ ＝ ／ 1 1 .5 8 0 .0 1 7 59 0 .4 3Y km ol?? 丙酮 /kmol 惰氣2 1 .5 8 (1 0 .9 ) 0 .0 0 1 7 59 0 .4 3Y ???? kmol丙酮／ kmol 惰 氣 出塔混合氣量 出塔混合氣量 n 90 .43 8 1 90 .59 km ol h? ?