水吸收空氣中的丙酮填料塔的工藝設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-20 19:42 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 波紋填料目前工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤(pán)狀填料，波紋與塔軸的傾角有30176。和45176。兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤(pán)填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤(pán)填料間交錯(cuò)90176。排列。波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類(lèi)，其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價(jià)高，但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。波紋填料的缺點(diǎn)是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價(jià)高。 脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形個(gè)體，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料。脈沖填料組裝后，會(huì)形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大，氣液兩相通過(guò)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動(dòng)。在縮頸段，氣速最高，湍動(dòng)劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段，氣速減到最小，實(shí)現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過(guò)程。脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。填料材質(zhì)分為：陶瓷填料、塑料填料及金屬填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價(jià)格低廉，具有很好的表面濕潤(rùn)性能，質(zhì)脆、易碎是其最大缺點(diǎn)。 在溫度較低時(shí)塑料能長(zhǎng)期操作而不發(fā)生變形，價(jià)格低廉，性能良好。一般多采用聚丙烯材質(zhì)?？赡鸵话銦o(wú)機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑腐蝕。質(zhì)輕具有良好的韌性，耐沖擊不易碎，可以制成薄壁結(jié)構(gòu)。通量大壓降低，但表面濕潤(rùn)性差，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韥?lái)改善其表面濕潤(rùn)性能。 一般耐高溫，但不耐腐蝕，能在高溫、高壓及高沖擊強(qiáng)度下使用，應(yīng)用范圍廣通量大，氣體阻力小但價(jià)高且不容易清理。根據(jù)填料材質(zhì)比較應(yīng)選：聚丙烯塑料的階梯環(huán)填料規(guī)格為50mm25 mm mm，其主要參數(shù)如下：公稱(chēng)直徑DN mm外徑高厚 d h δ,mm 比表面積α m2/m3空隙率 ε %個(gè)數(shù)n m3堆積密度ρpKg/m3干填料因子φ m15050259410740143 吸收劑的選擇 對(duì)于吸收操作，選擇適宜的吸收劑，具有十分重要的意義。其對(duì)吸收操作過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的影響。一般情況下，選擇吸收劑，要著重考慮如下問(wèn)題：1對(duì)溶質(zhì)的溶解度大。2對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性。4再生性能好。5吸收劑的黏度小，有利于氣液兩相接觸良好，提高傳質(zhì)速率。6吸收劑應(yīng)具有良好化學(xué)穩(wěn)定性好，不易燃，無(wú)腐蝕性，無(wú)毒，易得，廉價(jià)等特點(diǎn)。 用水吸收丙酮屬易溶氣體的吸收過(guò)程為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收過(guò)程。因用水作吸收劑，若丙酮不作為產(chǎn)品，則采用純?nèi)軇?；若丙酮作為產(chǎn)品，則采用含一定丙酮的水溶液。現(xiàn)以純?nèi)軇槔M(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于水吸收丙酮的過(guò)程，操作溫度及操作壓力較低，塑料可耐一般的酸堿腐蝕，所以工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，階梯環(huán)填料氣體通量大、流動(dòng)阻力小、傳質(zhì)效率高，故此選用DN50聚丙烯階梯環(huán)填料。本設(shè)計(jì)采用水做吸收劑。2. 設(shè)計(jì)計(jì)算 液相物性數(shù)據(jù) 對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性資料可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè) [ 1 ] 查得，25℃時(shí)水的有關(guān)物性資料如下：密度為 =粘度為 表面張力為 =查手冊(cè) [ 2 ]丙酮在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 ： [ 3 ] 式中 ————丙酮在水中的擴(kuò)散系數(shù)，T————溫度，K；————溶液的黏度，；————容積的摩爾質(zhì)量，；—————溶質(zhì)的摩爾體積，————溶劑的締合因子（）=混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 =M=+= 混合氣體的平均密度為 === 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，由化工原理（上冊(cè)）附錄五查得30℃ 空氣的粘度為 ==(m)查手冊(cè)并計(jì)算得丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 D=————擴(kuò)散系數(shù)，；P————總壓強(qiáng)，；T————溫度，K；————分別為AB兩種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；————分別為A，B兩物質(zhì)的分子體積，化工單元操作設(shè)計(jì)手冊(cè)(化學(xué)工業(yè)部化學(xué)工程設(shè)計(jì)技術(shù)中心站主編)表21查得常壓下25℃時(shí)丙酮在水中的亨利系數(shù)為[ 4 ] 相平衡常數(shù)為 溶解度系數(shù)：=(kPa) 物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為 Y===出塔氣相摩爾比為 Y=Y(1)=()=——丙酮的回收率（99%） 進(jìn)塔惰性氣體流量為 V==該吸收過(guò)程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算，即 對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為 ()==由題意知，操
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