【正文】 混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同，實(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作。 塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備，其作用實(shí)現(xiàn)氣 — 液相或液 — 液相之間的充分接觸，從而達(dá)到相際間進(jìn)行傳質(zhì)及傳熱的過(guò)程。 塔設(shè)備一般分為 連續(xù)接觸式 和 階躍接觸式 兩大類(lèi)。在本次課程設(shè)計(jì)中，吸收操作采用的是填料塔，而精餾操作采用的則為板式塔。過(guò)去，填料塔多推薦用于 ～ 以下的塔徑。 篩板塔是 1932 年提出的，當(dāng)時(shí)主要用于釀造，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低，氣體壓降小，板上液面落差較小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。但設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 4 具有足夠的操作彈性，對(duì)易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國(guó)對(duì)篩板的應(yīng)用日益增多，所以在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)該種塔型。節(jié)省能源，綜合利用余熱。另一方面影響到所需傳熱面積的大小。 本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是 工藝路線的設(shè)計(jì)、過(guò)程的物料衡算、工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等 。亦是良好溶劑，用于涂料、黏結(jié)劑、鋼瓶乙炔等。在無(wú)煙火藥、賽璐珞、醋酸纖維、噴漆等工業(yè)中用作溶劑 ，以及 在油脂等工業(yè)中用作提取劑 。目前，工業(yè)上主要采用水吸收 精餾或 活性炭吸附 蒸汽解 吸 精餾 兩種操作路線對(duì)空氣中的丙酮進(jìn)行回收。 活性炭產(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) 。 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，微孔容積在 毫升 /克。 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 。 此外，水吸收法還有諸多優(yōu)點(diǎn) 。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。 同時(shí)，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。 化工原理課程設(shè)計(jì) 7 工藝路線圖 水 含 10%丙酮 空氣混合物 吸收 排放合格的廢氣 丙酮水溶液 精餾 丙酮 （塔頂產(chǎn)品） 水 （塔底產(chǎn)品） 江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 8 （參見(jiàn)附件） 空氣 丙酮 氣柜 吸收塔 貯槽 離心泵 25℃ 換熱器 精餾塔 全凝器 丙酮 貯槽 部分回流 氣泵 再沸器 換熱器 水相 釜液 25℃ 廢氣 泡點(diǎn) 冷卻 換熱器 化工原理課程設(shè)計(jì) 9 丙酮 空氣混合氣體貯存在干燥的氣柜中，通過(guò)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。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。 從列管換熱器流出的低含量丙酮 水溶液， 經(jīng)過(guò)套管換熱器進(jìn)行冷卻，至 20 攝氏度，再 通入吸收塔對(duì)空氣中的丙酮進(jìn)行吸收。 江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 10 【工藝的設(shè)計(jì)計(jì)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 = ?t （ 1） 已知 t=20 ℃ ,則由公式（ 1）可得 E= KPa m = PE = 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 M =?iy iM （ 2） 已知 丙酮y =， 丙酮M = g/mol , 則 空氣y ==， 查得 20℃空氣的平均摩爾質(zhì)量 空氣M =29， 根據(jù)公式（ 2）可得， M = g/mol = 1 kg/kmol 將丙酮、空氣混合氣體近似看做理想氣體， 則可知 PV=nRT (3)， V=M /? 帶入公式（ 3）中，可得 ? = RTMP = ?? = kg/ 3m G=8000 3m /h= ? = kmol /s 由吸收、精餾過(guò)程可得以下方程： 吸收最小液氣比 min)(GL=21 21 xx yye?? (4) 吸收的液氣比 GL =min)(GL=2121 xx yy?? (5) 化工原理課程設(shè)計(jì) 11 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 Fx =D Dx +W Wx (8) L=F, Fxx?1 , wxx?2 (9) 總的回收率 1GyDx D?? 起始丙酮的量最后丙酮的量? (10) 式中： L、 G—— 分別表示吸收過(guò)程水相、氣相的流量， kmol/s。 已知 Dx =， G= kmol /s,? =，假設(shè) wx = 根據(jù)方程（ 4） （ 10），可求得 L=F= kmol /s,D= kmol /s,W= kmol /s, 2y = kmol /s, Fxx?1 =, wxx?2 = 根據(jù)物料衡算，結(jié)果整理如下表： F（ L） /kmol /s D /kmol /s W /kmol /s y2 X1(xF) x2(xW) 103 103 江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 12 換熱器的選擇 根據(jù)流程工藝的需要，共需提供三臺(tái)換熱器進(jìn)行操作，我們選了兩臺(tái)套管式換熱器和一臺(tái)列管式換熱器。之后再經(jīng)過(guò)套管換熱器進(jìn)行冷卻，至 20 攝氏度，再通入吸收塔對(duì)空氣中的丙酮進(jìn)行吸收。 下面逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算： 套管式 換熱器 2 套管式 換熱器 1 列管式 換熱器 精餾塔釜液 低壓蒸汽 冷卻水 精餾塔 吸收塔 吸收塔塔底流出液 化工原理課程設(shè)計(jì) 13 ① 套管式換熱器 1的計(jì)算 根據(jù)物料衡算，再通過(guò)計(jì)算可知，含丙酮 %、水 %的混合溶液，其泡點(diǎn)溫度為 98℃。 冷流體平均摩爾質(zhì)量： M 冷 =Σ xiMi= +（ ） 18= kg/kmol。 qm， 2Cp， 水 （ t2t1） = qm， 1Δ H t1=t2，水pm,21,mCq Hq ? =98 ?? =62 ℃ Q=qm， 1Δ H= = kJ/s Δ tm= )/()ln( )()(2121 tTtT tTtT ?? ??? = )98110/()62110ln( )98110()62110( ?? ??? = ℃ 冷流體定性溫度 t=（ t1+t2） /2=（ 62+98） /2=80 ℃ 冷流體在 80℃下的物性數(shù)據(jù)如下： 3// mkg? )/(/ kkgkJCp ? )/(/ KmW ?? sPa??? / Pr 355 則 d1= m。d 外 = m u