水吸收丙酮填料吸收塔课程设计
清水吸收丙酮填料塔的设计
《化工原理》课程设计之勘阻及广创作清水吸收丙酮填料塔的设计学院医药化工学院专业高分子资料与工程班级高分子资料与工程13（1）班姓名李凯杰学号 13155301xx指导教师严明芳、龙春霞年月日设计书任务（一）设计题目试设计一座填料吸收塔, 用于脱除空气中的丙酮蒸汽.混合气体处置量为___4000____m3/h.进口混合气中含丙酮蒸汽__6％__（体积百分数）；混合气进料温度为35℃.采纳25℃清水进行吸收, 要求：丙酮的回收率到达___95%___（二）把持条件（1）把持压力 101.6 kPa（2）把持温度 25℃（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定（4）塔型与填料自选, 物性查阅相关手册.（三）设计内容（1）设计方案简直定和说明（2）吸收塔的物料衡算；（3）吸收塔的工艺尺寸计算；（4）填料层压降的计算；（5）液体分布器简要设计；（6）绘制液体分布器施工图；（7）其他填料塔附件的选择；（8）塔的总高度计算；（9）泵和风机的计算和选型；（10）吸收塔接管尺寸计算；（11）设计参数一览表；（12）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；（13）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）；（14）对设计过程的评述和有关问题的讨论.目录前言1第1章填料塔主体设计方案简直定11.1 装置流程简直定11.2 吸收剂的选择11.3 把持温度与压力简直定11.4 填料的类型与选择2第2章基础物性数据与物料衡算22.1 基础物性衡算22.1.1 液相物性数据22.1.2 气相物性数据32.1.3 气液相平衡数据32.2 物料衡算4第3章填料塔的工艺尺寸计算53.1 塔径的计算53.2 泛点率的校核53.3 填料规格校核63.4 液体喷淋密度校核63.5 填料塔填料高度的计算63.5.1 传质单位数的计算63.5.2 传质单位高度的计算73.5.3 填料层高度的计算93.6 填料塔附属高度的计算93.7 填料层压降的计算10第4章填料塔附件的选择与计算104.1 液体分布器简要设计104.1.1 液体分布器的选型104.1.2 分布点密度计算104.1.3 布液计算114.2 液体收集及分布装置124.3 气体分布装置124.4 除沫装置134.5 填料支承及压紧装置134.5.1 填料支承装置134.5.2 填料限定装置134.6 裙座134.7 人孔14第5章填料塔的流体力学参数计算145.1 吸收塔主要接管的计算145.1.1 液体进料管的计算145.1.2 气体进料管的计算155.2 离心泵和风机的计算与选型155.2.1 离心泵的计算与选型155.2.2 风机的计算与选取17设计参数一览表18对设计过程的评述和有关问题的讨论22参考文献22前言吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的不同来分离气态均相混合物的一种单位把持.在化工生产中主要用于原料气的净化, 有用组分的回收等.填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备.塔的底部有支撑板用来支撑填料, 并允许气液通过.支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式.填料层的上方有液体分布装置, 从而使液体均匀喷洒于填料层上.本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采纳填料吸收塔的方法处置含有丙酮的混合物, 使其到达排放标准.在设计中,主要以清水吸收混合气中的丙酮, 在给定的把持条件下对填料吸收塔进行物料衡算.本次设计包括设计方案的选取, 主要设备的工艺设计计算——物料衡算、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算, 工艺流程图, 主要设备的工艺条件图等外容.第1章填料塔主体设计方案简直定因为逆流把持的传质平均推动力年夜, 传质速率快, 分离效率高, 吸收剂利用率高.因此本次设计采纳逆流把持, 即气相自塔底进入由塔顶排出, 液相自塔顶进入由塔底排出.1.2 吸收剂的选择由设计任务书可知, 本次设计用清水做吸收剂, 故采纳纯溶剂.1.3 把持温度与压力简直定由设计任务书可知, 本次设计把持温度为25℃1.4 填料的类型与选择填料的种类有很多, 根据装填方式的分歧, 可分为散装填料和规整填料两年夜类.规整填料是按一定的几何图形排列, 整齐堆砌的填料, 其造价较高, 因此从实际动身, 本次设计采纳散装填料.在散装填料中, 阶梯环填料具有气通量年夜、气流阻力小、传质效率高等特点, 是目前所使用的环形填料中最为优良的一种；从填料的材质考虑, 塑料填料具有质轻、价廉、耐冲击、不容易破碎等优点, 多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中；在散装填料中, 同类填料的尺寸越小, 分离效率越高, 但阻力增加, 通量减少, 填料费用也增加, 而年夜尺寸的填料应用于小直径塔中有会发生液体分布不良及严重的壁流, 使塔的分离效率降低[1].综上分析, 本次设计采纳DN38-聚丙烯阶梯环填料.第2章 基础物性数据与物料衡算2.1 基础物性衡算2.1.1 液相物性数据对低浓度吸收过程, 溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据.由手册[2]查得, 常压、25℃时水的相关物性数据如下：密度为37.043kg/m 99=L ρ概况张力为23L 932731kg/h = m 71.97dyn/c =σ粘度为）（h m 3.217kg/s Pa 0.0008937 =L •=•μ则101.6kPa, 25℃时, 水的粘度为）（h m 3.227kg/s a 0.0008963101.3101.6 0.0008937 =L •=•=⨯P μ 查手册[3]得20℃时丙酮在水中的扩散系数为/h m 104.18 /s m 10×1.16 =D 2-62-9L0⨯=则25℃时丙酮在水中的扩散系数为/h m 104.28/s m 101.19293.13298.136.1013.101101.16)T T )(p p (26-29-2/39-3/2000⨯=⨯=⨯⨯⨯==）（）（L L D D2.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为30.74= 29×）0.06-1（+ 58×0.06 = M = M i y i Vm ∑混合气体的平均密度为3m m 22kg/m .1.13308314.847.306.101=⨯⨯==RT PM V V ρ 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度, 查手册[3]得常压下、20℃时空气的粘度为）（h m 0.06516kg/s a 101.81-5•=•⨯=P V μ则在101.6kPa 、25℃时空气的粘度为 4.110)4.110()(0230++=T T T T V μμ）（h m 0.066kg/s a 1083.14.11013.298)4.11013.293()13.29313.298(1081.14.110)4.110()(523502300•=•⨯=++⨯⨯⨯=++=--P T T T T V μμ 在101.3kPa, 20℃时, 查手册[3]丙酮在空气中的扩散系数为/s m 1012-5⨯=V D则101.6kPa, 25℃时, 丙酮在空气中的扩散系数为/h 0.0372m /s m 101.03101.3101.620273.1325273.13101225-1.815-=⨯=⨯++⨯⨯=）（）（V D 2.1.3 气液相平衡数据查手册[4]得, 常压下20℃时丙酮在水中的亨利系数为a k 5.211P E =相平衡常数为2.08101.6211.5m ===P E 溶解度系数为25.0185.211043.997L=⨯==S EM H ρ 2.2 物料衡算进塔气相摩尔比为0.06380.06-10.06y -1y 111===Y 出塔气相摩尔比为0.003190.95-10.0638-112=⨯==）（）（ηY Y 进塔惰性气相流量为kmol/h 8.148)06.01(3513.27313.2734.224000=-⨯+⨯=V 该吸收过程为低浓度吸收, 平衡关系为直线, 最小液气比可按下式计算, 即2121min m)X Y Y Y V L --=（ 对纯溶剂吸收过程, 进塔液相组成为02=X1.9760-2.080.06380.00319-0.0638)(min ==V L 取把持液气比为min )(4.1VL V L = 77.2976.14.1=⨯=VL kmol/h 2.4128.14877.2=⨯=L)()(2121X X L Y Y V -=-0219.02.412)00319.00638.0(8.1480)(2121=-⨯+=-+=L Y Y V X X 第3章 填料塔的工艺尺寸计算3.1 塔径的计算采纳Eckert 通用关联图[3]计算泛点气速气相质量流量为4880kg/h 400022.1m =⨯==V V V V ρω液相质量流量可近似按纯水的流量计算, 即kg/h 6.7419182.412=⨯==S L LM ω则Eckert 通用关联图的横坐标为405.0)043.99722.1(80846.7419)(5.05.0=⨯=L V V L ρρωω 查图5-32[3]得13.0g u 2.02=ΦL LV F F μρρψ 查表5-11[1]得-1170m =ΦFm/s 5.2122.11170043.99781.913.00.13g u 2.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=L V F L F μψρρ 取1.75m /s2.50.70.7u u F =⨯== 由 0.808m 1.753.144000/36004u s 4=⨯⨯==πV D 圆整塔径, 取0.8m =D3.2 泛点率的校核m/s 21.20.80.7854000/3600u 2=⨯=%4.88100%2.52.21u u =⨯=F （不在允许范围内） 则填料塔塔径取900mm =D1.75m/s 0.90.7854000/3600u 2=⨯= 70%100%2.51.75u u =⨯=F （在允许范围内） 3.3 填料规格校核823.6838900d >==D 3.4 液体喷淋密度校核对直径不超越75mm 的散装填料, 可取最小润湿速率为 ）（（h m /0.08m )3min •=W L查附录5[1]得32t /m 132.5m a =）（）（h m /10.6m 132.50.0823min min •=⨯==W L U min 22h 11.709.0785.0043.997/6.74190.785U D L U >=⨯== 经以上校核可知, 填料塔直径选用mm 009=D 合理3.5 填料塔填料高度的计算3.5.1 传质单位数的计算00219.021==X X0046.00219.008.2m *21*1==⨯==Y X Y塔底吸收推动力为0178.0046.00638.0*111=-=-=∆Y Y Y塔顶吸收推动力为00319.0000319.0*222=-=-=∆Y Y Y对数平均推动力为0.008500.003190.0178ln 00319.00178.0ln 2121m =-=∆∆∆-∆=∆Y Y Y Y Y 气相总传质单位数为7.130.008500.00319-0.0638m 21==∆-=Y Y Y N OG 3.5.2 传质单位高度的计算气相总传质单位高度采纳修正的恩田关联式[1]计算：])()()()(45.1[exp -12.0205.0221.075.0t LL L LL t L L t L L c W U g U a U ασρραμσσαα--= 查表5-13[1]得2c 427680kg/h 33dyn/cm ==σ 液体质量流量为）（h m /11668.79kg 9.0785.06.741922•=⨯=L U 0.362])132.5932731997.04311668.79()101.27997.043132.511668.79()3.227132.511668.79()932731427680(45.1[exp -12.0205.08221.075.0t =⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=-ααW填料的润湿比概况积为32t /m 47.97m 132.50.3620.362a a =⨯==W气膜吸收系数由下式计算：)()()0.237k t 3/17.0t RTD D U VVV V VVG αρμμα（=气体质量通量为）（h m 674.8kg/79.0785.022.1400022•=⨯⨯=V U ）（）（）（）（kPa h m /0.0614kmol 298.138.3140.0372132.50.03721.220.0660.066132.57674.80.237k 21/30.7••=⨯⨯⨯⨯=G液膜吸收系数有下式计算：0.15m/h1.22101.273.227104.281.223.2273.22747.9711668.790.0095)g ()(0.0095k 1/381/2-6-2/33/12/13/2=⨯⨯⨯⨯⨯==-）（）（）（）（LL L L L LW LL D U ρμρμμα 由 1.1a k a k ψW G G =, 阶梯环填料是开孔环, 查表5-14[1]得 1.45=ψ, 则l/h8.3481.4547.970.15a k a k a k h m 4.432kmol/1.4547.970.0614a k a k 0.40.4L 31.11.1=⨯⨯==••=⨯⨯==ψψW L W G G P ）（ %50%70u uF>= 修正的恩田公式只使用于F 0.5u u ≤的情况, 那时F 0.5u u >, 需要按下式进行校正, 即）（a k h m 855kmol/.84.432])5.02.51.75(9.5[1 a k ])5.0(5.91[k 34.14.1'P u ua G FG ••=⨯-⨯+=-+=l/h 8.977348.8])5.02.51.75(6.2[1 a k ])5.0(6.21[k 2.22.2'=⨯-⨯+=-+=L FL u ua气相总体积传质系数为）（a k h m 1.79kmol/977.80.251855.811aHk 1ak 11a 3'L 'G P K G ••=⨯+=+=气相总传质单位高度为1.29m 0.90.785101.61.79148.8ap a 2=⨯⨯⨯=Ω=Ω=G Y OG K V K V H 3.5.3 填料层高度的计算m 20.913.729.1=⨯==OG OG N H Z采纳上述方法计算出填料层高度后, 还应保管一定的平安系数, 则m Z 5.112.925.1'=⨯= 设计取填料层高度为m Z 12'=查表5-16[1], 对阶梯环填料, 15~8h =, 6mm h max ≤.取8h=D,则 7200mm 9008h =⨯=计算得填料层高度为12000mm>7200mm, 依据表5-16[1]阶梯环填料的分段要求, 可将填料层分为两段设置, 每段6m, 两段之间设置一个液体再分布器.3.6 填料塔附属高度的计算塔的附属空间高度包括塔上部空间高度、装置液体分布器和液体再分布器（包括液体收集器）所需要的高度、塔底部空间高度以及塔裙座高度[5].本次设计塔上部空间高度, 可取为1.2m, 液体再分布器的空间高度约为1m, 塔底液相停留时间按5min 考虑, 则塔釜液所占空间高度为0.8m 0.7853600997.0437419.66051=⨯⨯⨯=Z 考虑到气相接管所占空间高度, 底部空间高度可取1.0m, 所以塔的附属高度为m 2.3112.1'1=++=Z （不含裙座高度）3.7 填料层压降的计算散装填料的压降值由Eckert 通用关联式计算, 则横坐标为405.0)(5.0=LV V L ρρωω 查表5-18[1]得, -1116m p =Φ, 纵坐标为0.0563.227997.0431.229.8111161.75g u 0.222.02=⨯⨯⨯⨯=ΦL L V P μρρψ查图5-32[3]得412.02Pa/m 9.8142p/=⨯=∆Z则填料层压降为a 4944.212412.02p P =⨯=∆第4章 填料塔附件的选择与计算4.1 液体分布器简要设计 4.1.1 液体分布器的选型液体分布装置的种类多样, 有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等.因槽式液体分布器具有较年夜的把持弹性、优良的布液性能、极好的抗梗塞、结构简单、气相阻力小等优点, 故本设计选用槽式分布器.4.1.2 分布点密度计算液体喷淋密度越小, 分布点密度越年夜.喷淋点密度为11.700.7852h==D L U ,因该塔喷淋电密度较小, 设计去喷淋点密度为100点/m 2布液点数为点点6463.5851000.90.785n 2≈=⨯⨯=按分布点几何均匀与流量均匀的原则, 进行布点设计.设计结果为：二级槽共设5道, 在槽正面开孔, 槽宽度为40mm, 槽高度为200mm, 两槽中心距为170mm.分布点采纳三角形排列, 实际设计布点数为66点, 布液点示意图如图4-1所示.图4-1槽式液体分布器二级槽的布液点示意图4.1.3 布液计算液体体积流量为/s m 102.073600997.04318412.233-s ⨯=⨯⨯=L0.60~0.552g n d 420s =∆=φφ，πH L取mm 1600.60=∆=H ，φ, 则布液孔径为m6300.0)16.081.9260.06214.3043.9976.74194(2g n 4d 2/11/2s 0=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=）π（HL φ 设计取6mm d 0=4.2 液体收集及分布装置为减小壁流现象, 当填料层较高时需进行分段, 本次设计填料层高度Z=12m, 故需分成2段, 两段之间设置液体收集及再分布装置.多孔盘式液体再分布器是集液体收集和在分布功能于一体的液体收集和再分布装置, 其具有结构简单、紧凑、装置空间高度高等优点.故本次设计采纳多孔盘式液体再分布器作为液体收集及分布装置.多孔盘式液体再分布器如图4-2所示.图4-2 多孔盘式液体再分布器4.3 气体分布装置为了实现气相均匀分布, 设置性能良好的气相分布装置是十分重要的.通常情况下, 对直径小于2.5m的小塔多采纳简单的气体分布装置, 本次设计填料塔塔径D=0.9m, 可采纳如图4-3所示的简单的气体分布装置.图4-3 小塔气体分布装置4.4 除沫装置除沫装置的作用是为了进行气液分离, 出去气体夹带的雾沫, 保证后续设备的正常把持.除沫装置可以装置在塔内或塔的上部, 也可以作为自力的气液分离设备.丝网除沫器具有除沫效率高、压降小的特点, 因此本次设计采纳丝网除沫器作为除沫装置.4.5 填料支承及压紧装置4.5.1 填料支承装置填料支承装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量, 一般情况下填料支承装置应具备足够的强度和刚度、开孔率, 以支持填料及其所持液体的重量, 防止在支撑板发生液泛, 结构上应简单易于加工制造和装置, 有利于气液相的均匀分布, 同时不至于发生较年夜的阻力.气体喷射式填料支承装置具有气体流通量自由截面率年夜、阻力小、承载能力强、气液两相分布效果好等特点, 因此本次设计采纳气体喷射式填料支承装置.4.5.2 填料限定装置为保证填料塔在工作状态下填料床层能够稳定, 防止高气相负荷或负荷突然变更时填料层发生松动, 破坏填料层结构, 甚至造成填料损失, 在填料层顶部设置填料限定装置.填料限定装置分为填料压板和床层限定板.填料压板经常使用于陶瓷填料, 床层限定板多用于金属和塑料填料.本次设计选用DN38-聚丙烯阶梯环塑料填料, 因此采纳床层限定板.4.6 裙座一般塔设备的高径比力年夜, 要接受地动、风、偏心以及内压等载荷, 为保证塔设备的平安可靠运行, 在设备下部一圈焊接裙座.裙座结构有圆筒形和圆锥形两种形式.对直径小且细高的塔（即m 1≤DN 且30/m 125/>>>DN H DN DN H 且或）, 为了增加设备的稳定性降低地脚螺栓和基础环支承面上的应力, 可采纳圆锥形裙座.本次设计中, 填料塔总高度为15.2m =H则259.16/mm 900<==DN H DN故本次设计填料塔不属于直径小且细高的塔, 因此采纳圆筒形裙座.4.7 人孔人孔是装置或检修人员进入塔内的唯一通道.人孔可设在每段填料层的上下方, 同时兼作填料装卸孔用, 同时也设置在气液紧、出口等需要经常维修清理的部位.参考国家标准的手孔和人孔手册[6], 本次设计选用公称压力为常压, 公称直径450mm 的平面型人孔.第5章 填料塔的流体力学参数计算5.1 吸收塔主要接管的计算 5.1.1 液体进料管的计算进料管的结构类型很多, 有直管进料管、弯管进料管、T 型进料管.本次设计选用直管进料管.进料管管内的允许流速一般不超越0.5~1.8m/s, 故取管内液体流速为 1.5m /s u 1=, 则液体进出口内径为42mm 0.042m 1.53.14102.044u 4L d -31s 1==⨯⨯⨯==π查参考书[5]选用3mm 50mm ⨯φ的无缝钢管, 其实际内径为44m m 23-50d '1=⨯=校正流速为1.36m/s 0.0443.14102.074d 4u 2-32'1'1=⨯⨯⨯==πsL 5.1.2 气体进料管的计算采纳直管进料, 由于常压下塔的气体进出口管气速可取10~20m/s, 故取气体进出口流速近似为16m/s, 则气体进出口内径为297mm 0.297m 163.144000/36004u 4U d 2s 2==⨯⨯==π 查参考书[5]选用12mm 325mm ⨯φ的无缝钢管, 其实际内径为301m m 212-325d '2=⨯=气体的实际流速为15.6m/s 0.3013.144000/36004d 4u 2'2'2=⨯⨯==πs U 5.2 离心泵和风机的计算与选型 5.2.1 离心泵的计算与选型管内液体的流速为1.36m/s u =则雷诺数为59366.20.0010051.360.044997.043du e =⨯⨯==μρL R 取管壁绝对粗拙度0.2mm =ε, 则相对粗拙度0.0068440.3d==ε查图1-36[3]得0.032=λ直管阻力压头损失为泵入口管长 液体分布器前的管长吸入管深入清水里的管长1.11m 9.8121.360.04415.20.50.30.20.0322g u d l h 22f =⨯⨯+++⨯==λ局部阻力压头损失为一个标准截止阀（全开） 6.0ξ=一个带滤水器的底阀（全开） 2.0ξ= 三个90°弯头0.753 2.25ξ=⨯=0.5ξ=进口, 1ξ=出口2.22m 9.8121.3610.52.252.06.02g u h 22'f=⨯⨯++++==）（ξ管路系统总的压头损失为3.33m 2.221.11h h h'f f f=+=+=∑气体进口压力降为a 148.515.61.2221u 21p 22m 1P V =⨯⨯==∆ρ气体出口压力降为a 74.215.61.2241u 41p222m P V =⨯⨯==∆ρ吸收塔的总压力降为a 5166.674.2148.54944.2p p p p 21f P =++=∆+∆+∆=∆其他塔内件的压力降∑∆p 较小, 在此可以忽略 扬程为19.26m 3.339.81997.0435166.60.215.2h g e f =+⨯++=+∆+∆=∑）（L P Z H ρ 流量为/h m 44.7043.9976.74193===L L L Q ρω 参考离心泵规格[7], 根据上述所计算得出的流量和扬程, 选用离心泵型号为IS50-32-125, 其规格为如下表5-1所示.表5-1 IS50-32-125单级单吸离心泵规格注：准备两个离心泵, 一个备用.5.2.2 风机的计算与选取气体流量为/h m 40003=V Q以风机进、出口外侧为截面列伯努利方程, 得∑+++=+++f W ug z We u g z 2222211121p 21p ρρ 将上述各项同乘以ρ, 整理可得f 21221212p u -u 2)p p ()(p ∆++-+-==）（ρρρg z z We T 由于）（12z -z 较小, 气体ρ也较小, 故g )z -z (12ρ项可忽略；由于以风机进、出口外侧为截面, 截面速度0u u 21≈=, 故）（2122u -u 2ρ项可忽略；'f f f p p p +=∆中, 由于进、出口管段很短, 直管阻力f p 忽略不计, 即2u 2u p p 2'22'1'f 'ff 出口进口ρξρξρ+===∆∑W由于本设计任务是吸收空气中的丙酮, 混合气体直接从年夜气进入通风机,管内流速'1u 亦可忽略, 进一步化简得2u p p 2'2'f f 出口ρξ==∆ 吸收塔内气体的把持压力为101.6kPa, 气体进入塔内要克服塔内气体的压力、填料层的压降以及气体从塔顶排出的出口压降, 所以p p p p 22∆+∆+=操作常压p p 1=p p p -p 212∆+∆=通过一系列的简化, 全风压T p 整理可得a5166.8215.611.224944.274.22u p p p p -p p 222m 2f 12P V T =⨯⨯++=+∆+∆=∆+=出口）（ξρ 将使用条件下的风压换算为标定条件下的风压5082.1Pa 1.221.25166.81.2p p m0=⨯==V TT ρ 参考通风机选型使用手册[8], 根据上述计算得出的流量和全风压, 选用的通风机为SL-5-45-11型物料输送型通风机, 批号为, 风机传动为C 式传动, 其规格如下表5-2所示.表5-2 SL-5-45-11型物料输送型通风机规格C 24007 4900295756.1M 2-215注：由于全压较年夜, 故两台通风机串连工作.设计参数一览表表1 基础物性数据和物料衡算总表项目符号数值与计量单位 丙酮在水中的扩散系数 L D ×10-6 m 2/h 丙酮在空气中的扩散系数 V D0.0372 m 2/h丙酮在水中的亨利系数 E kPa 丙酮在水中的溶解度系数H kmol/(kPa ·m 3) 吸收剂的摩尔流量 L412.2 kmol/h 混合气体的平均摩尔质量Vm Mg/mol 气液相平衡常数m混合气体的体积流量V4000 m3/h 出塔液相摩尔比X1进他液相摩尔比X02进塔气相摩尔比Y1出塔气相摩尔比Y2回收率η95%μ 3.227 kg/(m·h)水的黏度Lμ0.066 kg/(m·h)空气的黏度Vρkg/m3水的密度Lρ 1.22 kg/m3混合气体的平均密度Vmσ932731 kg/h2水的概况张力L表2 塔设备衡算总表项目符号数值与单位塔径D m 布液孔径d 6 mm填料塔的总高度H15.2 m总传质单位高度H 1.29 mOG塔釜液所占空间高度h0.8 m 气相总传质系数Kα 1.79 kmol/(m3·h·kPa)G气膜吸收系数k0.0614 kmol/(m2·h·kPa)G液膜吸收系数k0.15 m/hL气相总吸收系数kα kmol/(m3·h·kPa)G液相总吸收系数kα8.348 h-1L气相总吸收系数（校正后）kα' kmol/(m3·h·kPa)GL-1最小湿润速率()min W L0.08 m 3/(m ·h)气相总传质单位数OG N布液点数n62点填料层压降 p ∆4944.2 Pa 液体喷淋密度 Um 3/（m 2·h ） 液体质量通量 液体体积流量 L UL s11668.79kg/(m 2·h) 2.07×10-3m 3/h 气体质量通量V U7674.8 kg/(m 2·h)续表2项目符号数值与单位 泛点气速 F u2.5 m/s 实际气速 u '1.75 m/s泛点率Fu u '70%与X 1平衡气相摩尔比1*Y与X 2平衡气相摩尔比*2Y 0 填料层的高度 Z '12 m 塑料阶梯环比概况积 t α132.5 m 2·m -3 填料的湿润比概况积 W α 47.97 m 2·m -3 塑料阶梯环泛点填料因子平均值 F φ 170 m -1 塑料阶梯环压降填料因子平均值P φ116 m -1 液相质量流量 L ω7419.6 kg/h 气相质量流量 G ω4880 kg/h阶梯环形状系数ψ表 3 接管、泵和风机计算总表项目符号数值与单位 液体进料管内径44 mm 气体进料管内径301mm扬程e H19.26 m 直管阻力压头损失 f h 1.11 m 局部阻力压头损失f h '2.22 m续表3项目 符号数值与单位 风机全风压 风机全风压（校正后）T p T0p 5166.8 Pa 5082.1 Pa气体出口压力降 2p ∆74.2 Pa 吸收塔总的压力降f p ∆5166.6 Pa 液体流量 L Q 7.44 m 3/h 气体流量 V Q4000 m 3/h雷诺数Re气体进料管内的流速 u 15.6 m/s 液体进料管内的流速u '1.36 m/s 绝对粗拙度 ε0.2 mm 相对粗拙度dε摩擦系数λ表4 填料、接管、泵和风机的选型总表项目 型号填料 DN38聚丙烯阶梯环填料液体进料管12mm 325mm ⨯φ 气体进料管3mm 50mm ⨯φ离心泵IS50-32-125风机对设计过程的评述和有关问题的讨论本次课程设计深深地让我感受到了“书到用时方恨少”这个事理, 同时也让我知道了自己的知识面还是很狭窄, 不够广.在设计过程中, 不单很多物性数据需要查阅手册, 一些公式及知识点也需要查阅分歧文献, 单单靠一本《化工原理》和一本《化工单位把持课程设计》是远远不够的.通过本次设计, 我在分歧方面也获得了分歧水平的提高.查阅手册和书籍来获取的相关信息的能力获得了提高；学会了考虑实际问题既要从可行性动身, 也要从经济的角度去动身；自己的分析能力、office软件的掌握和CAD制图能力获得了一定的熬炼；学会了理论联系实践, 而不是只会死念书；遇到一些疑点难点,自力思考的同时, 与同学们相互讨论, 无形中增进了同学之间的友谊, 一举多得；让我最深刻的是设计过程中需要很年夜的耐心和细心, 年夜量的数据和年夜量的公式, 不单需要耐心的处置, 还需细心的检查, 不竭发现毛病、改正毛病、改进设计.所以, 这次设计很考验一个人的综合能力.然而在设计过程中, 由于对流体动力学知识的掌握不够扎实, 在伯努利方程去计算风机的全风压, 伯努利方程中好几项被忽略不计, 这些被忽略不计的项使算出来的全风压值较年夜, 因而采纳两台风机串连工作, 不知道会不会有年夜的误差, 如有毛病, 希望批阅的老师能够指出和更正.本次化工原理的课程设计, 不单为我的结业论文设计做铺垫, 更为我以后的学习和工作打下了坚实的基础！参考文献[1]贾绍义, 柴诚敬. 化工单位把持课程设计. 天津：天津年夜学出书社, 2011[2]刘光启, 马连湘, 刘杰. 化学化工物性手册, 无机卷. 北京：化学化工出书社,2002[3]杨祖荣. 化工原理（第三版）. 北京：化学化工出书社, 2014[4]刘光启, 马连湘, 刘杰. 化学化工物性手册, 有机卷. 北京：化学化工出书社, 2002[5]匡国柱. 化工单位过程及设备课程设计(第二版）. 北京：化学化工出书社,2007[6]HG/T21514-21535—2014, 钢制人孔和手孔[7]钟理, 伍钦, 马四朋. 化工原理（上册）. 北京. 化学工业出书社, 2008[8]孙妍. 通风机选型使用手册. 北京. 机械工业出书社, 2000。
丙酮和水吸收塔化工原理课程设计
丙酮和水吸收塔化工原理-从结构、工艺过程和应用角度深度探讨丙酮和水吸收塔是一种常用的化工设备，广泛应用于化工、医药、食品等领域，具有吸收、分离、净化等功能。
本文将从结构、工艺过程和应用角度深度探讨丙酮和水吸收塔化工原理。
一、丙酮和水吸收塔结构丙酮和水吸收塔主要由塔壳、填料层、进料管道、排气管道、循环泵和控制系统组成。
塔壳一般为不锈钢或碳钢材质，填料层可以是泡沫塑料、陶粒或塑料制品。
进料管道和排气管道负责分别导入和排出气体。
循环泵则起到循环液体的作用，控制系统用于调节塔内气体温度和流速等参数。
二、丙酮和水吸收塔工艺过程丙酮和水吸收塔的工艺过程可以分为四个步骤：吸附、溶解、反应和分离。
1. 吸附当气体进入丙酮和水吸收塔时，它们就开始接触填料上涂有吸收剂的表面。
此时，气体中的废气开始与吸收剂发生接触，废气中的污染物开始逐渐被吸收剂吸附。
2. 溶解在吸附的基础上，当气体与吸收剂发生接触时，吸附剂会逐渐溶解。
目的是使废气在吸收剂中形成分子内的显著降解和溶解，在这一步骤中，需要预先调节液体和气体的比例，温度和压力等参数以确保溶解的发生。
3. 反应在液池中发生吸收剂与废气中污染物之间化学反应，使废气中的污染物逐渐被分解降解，从而减轻对环境负担。
4. 分离在经过吸附、溶解和反应之后，液池中的吸收剂会变得过度饱和。
这时，液池内的液体会通过流量调节阀流入分离器，使污染物与吸收剂分离。
而气体则经过排气管道排出丙酮和水吸收塔。
三、丙酮和水吸收塔应用丙酮和水吸收塔具有广泛的应用领域，如环境保护、化工生产、医药生产和食品加工等。
例如，在环境保护领域，丙酮和水吸收塔主要应用于废气处理。
在化工生产中，丙酮和水吸收塔主要用于去除废气中的有机气体，减轻对环境的污染。
在医药生产和食品加工领域，丙酮和水吸收塔则主要用于去除废气中的异味、二氧化碳等有害气体，提高晶体产品的纯度和质量。
综上所述，丙酮和水吸收塔化工原理是一种重要的工艺和设备，具有吸收、分离、净化等多种功能。
环境工程原理课程设计 丙酮吸收填料塔要点
故35℃时丙酮在空气中的扩散系数为：
3.1.3
由 可知：
常压下25℃时丙酮在水中的亨利系数为：
相平衡常数为：
溶解度系数为：
3.2
进塔气相摩尔比为：
出塔气相摩尔比为：
进塔惰性气体流量为：
该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：
对于纯吸收过程，进塔液相组成为：
气体质量通量为
液膜吸收系数由下式[10]计算：
由 ，查附表3得
则
由 ， ，得
则
由
由 ，得
设计取填料层高度为
查附表4，对于环矩鞍填料， ，
取 ，则
计算得填料层高度为 ，故不需分段。
3.
3.
采用Eckert通用关联图计算填料层压降。
横坐标为
查附表5得，
纵坐标为
查附图1得
填料层压降为
3.
泛点率介于50%~80%之间，合理。
表4-1支承板波形尺寸mm
波形
波形尺寸
t
192
注：尺寸b是塔中间支承板宽度，在塔边缘支承板的尺寸b将随塔径不同而异，左右不对称。H为波高，t为波矩。
4.4
本设计选用丝网床层限制板，重量约为 ，限制板的外径选用690mm。
4.5
（1）气体进出口管径计算
工业上，一般气体进料流速为10~20m/s，本设计取流速为15m/s。
由标准GB/T 8163-99，选用 无缝钢管。
塔径的计算：
塔径圆整，取
泛点率校核：
（在允许范围内）
填料规格校核：
液体喷淋密度校核：
取最小润湿速率为
由表2-1可知：
经以上校核可知，填料塔直径选用 合理。
清水吸收丙酮填料塔的设计
《化工原理》课程设计清水吸收丙酮填料塔的设计学院医药化工学院专业高分子材料与工程班级高分子材料与工程13（1）班姓名李凯杰学号 xx指导教师严明芳、龙春霞年月日设计书任务（一）设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除空气中的丙酮蒸汽。
混合气体处理量为___4000____m3/h。
进口混合气中含丙酮蒸汽__6％__（体积百分数）；混合气进料温度为35℃。
采用25℃清水进行吸收，要求：丙酮的回收率达到___95%___（二）操作条件（1）操作压力101.6 kPa（2）操作温度25℃（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定（4）塔型与填料自选，物性查阅相关手册。
（三）设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）吸收塔的物料衡算；（3）吸收塔的工艺尺寸计算；（4）填料层压降的计算；（5）液体分布器简要设计；（6）绘制液体分布器施工图；（7）其他填料塔附件的选择；（8）塔的总高度计算；（9）泵和风机的计算和选型；（10）吸收塔接管尺寸计算；（11）设计参数一览表；（12）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；（13）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）；（14）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
目录前言 (1)第1章填料塔主体设计方案的确定 (2)1.1 装置流程的确定 (2)1.2 吸收剂的选择 (2)1.3 操作温度与压力的确定 (2)1.4 填料的类型与选择 (2)第2章基础物性数据与物料衡算 (2)2.1 基础物性衡算 (3)2.1.1 液相物性数据 (3)2.1.2 气相物性数据 (3)2.1.3 气液相平衡数据 (4)2.2 物料衡算 (4)第3章填料塔的工艺尺寸计算 (5)3.1 塔径的计算 (5)3.2 泛点率的校核 (6)3.3 填料规格校核 (7)3.4 液体喷淋密度校核 (7)3.5 填料塔填料高度的计算 (7)3.5.1 传质单元数的计算 (7)3.5.2 传质单元高度的计算 (8)3.5.3 填料层高度的计算 (9)3.6 填料塔附属高度的计算 (10)3.7 填料层压降的计算 (10)第4章填料塔附件的选择与计算 (11)4.1 液体分布器简要设计 (11)4.1.1 液体分布器的选型 (11)4.1.2 分布点密度计算 (11)4.1.3 布液计算 (12)4.2 液体收集及分布装置 (12)4.3 气体分布装置 (13)4.4 除沫装置 (14)4.5 填料支承及压紧装置 (14)4.5.1 填料支承装置 (14)4.5.2 填料限定装置 (14)4.6 裙座 (14)4.7 人孔 (15)第5章填料塔的流体力学参数计算 (15)5.1 吸收塔主要接管的计算 (15)5.1.1 液体进料管的计算 (15)5.1.2 气体进料管的计算 (16)5.2 离心泵和风机的计算与选型 (16)5.2.1 离心泵的计算与选型 (16)5.2.2 风机的计算与选取 (18)设计参数一览表 (20)对设计过程的评述和有关问题的讨论 (24)参考文献 (25)前言吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。
水吸收丙酮—空气常压填料-吸收塔的设计
化工原理课程设计题目：水吸收丙酮常压填料吸收塔学生姓名：学号：*********系别：化学与材料工程学院专业：高分子材料与工程指导教师：***起止日期：2014.12.30~2015.01.082015年01月08日目录概述及设计方案简介 (2)一、设计任务书及操作条件 (7)二、设计条件及主要物性参数 (8)三、设计方案的确定 (9)四、物料计算 (10)五、热量衡算 (12)六、气液平衡曲线 (14)七、吸收剂(水)的用量Ls (15)八、塔底吸收液浓度X1 (16)九、操作线方程 (17)十、塔径计算 (18)十一、填料层高度计算 (21)十二、填科层压降计算 (26)十三、液体分布器简要设计 (27)十四、填料吸收塔的辅助设备及选型 (27)十五、填料塔的设计结果概要 (29)十六、课程设计总结 (30)十七、设计一览表十八、主要符号说明 (31)十九、参考文献 (32)二十、附图（工艺流程图、主体设备设计条件图） (33)概述及设计方案简介一、介绍在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。
其作用实现气—液相或液—液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的过程。
它广泛用于蒸馏、吸收、萃取、等单元操作，随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型设计将越来越受到关注和重视。
塔设备有板式塔和填料塔两种形式，下面我们就填料塔展开叙述。
填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。
过去，填料塔多推荐用于0.6～0.7m以下的塔径。
近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。
气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。
水吸收丙酮化工原理及机械设备课程设计_说明书
化工原理课程设计说明书学生：指导教师：班级：专业：应用化学课程设计任务书1、设计题目：设计一个填料塔，回收混合气中的丙酮。
进塔气在操作条件下(101.3kPa，250C)的流量为0.5+ (学号后两位) m3/s，其丙酮含量为5%(摩尔分数)，要求塔内吸收率达98%。
(其它条件自行根据实际条件确定，但要合理)。
要求：设计包括设备的工艺设计和机械设计1.工艺设计包括塔的各部分尺寸计算、填料的选择、塔内各种辅助件的确定等内容；2.机械设计包括塔的壁厚、补强，强度的校核等内容；3.在设计过程确定吸收过程的控制过程；4.设计包括设计说明书和设备装配图。
1概述与设计方案的确定 (1)1.1填料塔简述 (1)1.2设计方案的确定 (1)1.2.1装置流程的确定 (1)1.2.2填料的选择 (2)1.2.3 吸收剂的选择 (3)1.3操作参数的选择 (4)1.3.1操作温度的选择 (4)1.3.2操作压力的选择 (4)2.设计计算 (5)2.1基础物性数据 (5)2.1.1 液相物性数据 (5)2.1.2气相物性数据 (5)2.1.3气液相平衡数据 (6)2.2物料衡算 (6)2.3填料塔的工艺尺寸的计算 (7)2.3.1塔经的计算 (7)2.3.2泛点率校核 (7)2.3.3填料规格校核 (8)2.3.4液体喷淋密度校核 (8)2.4填料塔填料高度计算 (8)2.4.1传质单元高度计算 (8)2.4.2传质单元数的计算 (10)2.4.3填料层高度的计算 (10)2.4.4填料塔附属高度计算 (10)2.5填料层压降计算 (11)2.6.液体分部器计算和再分部器的选择和计算 (12)2.6.1 液体分布器的选型 (12)2.6.2分布点密度计算 (12)2.6.2液体保持管高度 (13)2.7其他附属塔内件的选择 (14)2.7.1液体分部器 (14)2.7.2液体再分布器 (15)2.7.3填料支承板 (15)2.7.4料压板与床层限制板 (15)2.7.5气体进出口装置与排液装置 (15)2.8吸收塔的流体力学参数计算 (16)2.8.1吸收塔的压力降 (16)2.8.2吸收塔的泛点率 (17)2.8.3气体动能因子 (18)2.8.4离心泵的选择与计算 (18)3.8.5进出管工艺尺寸的计算 (18)总结 (19)工艺设计计算结果汇总与主要符号说明 (20)化工机械设备部分 (23)一、设计条件 (23)二、按计算压力计算塔体与封头厚度 (23)三、塔设备的质量载荷计算 (24)四、风载荷与弯矩计算 (25)五、地震弯矩计算 (27)六、各种载荷引起的轴向应力 (28)七、塔体与裙座危险截面的强度与稳定校核 (30)八、塔体水压实验 (32)九、水压试验时应力校核 (33)十、基础环设计 (34)十一、地脚螺栓承受的最大拉应力 (35)化工原理部分1概述与设计方案的确定1.1填料塔简述塔设备在化工、石油化工、生物化工、医药、食品等生产过程中广泛应用的汽液传质设备[1]。
水吸收丙酮填料塔的设计
水吸收丙酮填料塔的设计《化工原理》课程设计水吸收丙酮填料塔的设计学院医药化工学院专业化学工程与工艺班级姓名学号指导教师2012年 1 月 1 日设计任务水吸收丙酮填料塔的设计（一）设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除空气中的丙酮蒸汽。
混合气体处理量为____1600_____m3/h。
进口混合气中含丙酮蒸汽__10%_______（体积百分数）；混合气进料温度为35℃。
采用清水进行吸收。
要求：②出塔气体中丙酮气流量为入塔丙酮流量的__1/90______。
②丙酮的回收率达到________。
（二）操作条件（1）操作压力常压（2）操作温度25℃（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定（三）填料类型填料类型与规格自选。
（四）设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）吸收塔的物料衡算；（3）吸收塔的工艺尺寸计算；（4）填料层压降的计算；（5）液体分布器简要设计；（6）绘制液体分布器施工图（7）吸收塔接管尺寸计算；（8）设计参数一览表；（9）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；（10）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）；（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
设计任务二目录1. 设计方案简介……………………………………………………………………11.1设计方案的确定 (1)1.2填料的选择 (3)2. 工艺计算…………………………………………………………………………42.1 基础物性数据 (4)液相物性的数据 (4)气相物性的数据 (5)气液相平衡数据 (5)物料衡算 (5)2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (6)塔径的计算 (6)填料层高度计算 (8)填料层压降计算 (11)液体分布器简要设计 (11)3. 辅助设备的计算及选型 (12)3.1 填料支承设备 (12)3.2填料压紧装置………………………………………………………………133.3液体再分布装置 (13)4. 设计一览表……………………………………………………………………145. 后记………………………………………………………………………………156. 参考文献…………………………………………………………………………15 7. 主要符号说明……………………………………………………………………16 8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）1.设计方案简介塔设备在化工、石油化工、生物化工、医药、食品等生产过程中广泛应用的汽液传质设备[1]。
水吸收丙酮填料吸收塔课程设计.
目录第1章概述 ......................................................................................................................... - 1 -1.1吸收塔的概述 .......................................................................................................... - 1 -1.2吸收设备的发展 ...................................................................................................... - 1 -1.3吸收过程在工业生产上应用 .................................................................................. - 2 - 第2章设计方案 ................................................................................................................. - 3 -2.1设计任务 .................................................................................................................. - 3 -2.2吸收剂的选择 .......................................................................................................... - 3 -2.2吸收流程的确定 ...................................................................................................... - 4 -2.3吸收塔设备的选择 .................................................................................................. - 5 -2.4吸收塔填料的选择 .................................................................................................. - 5 - 第3章吸收塔的工艺计算................................................................................................. - 9 -3.1基础物性数据 .......................................................................................................... - 9 -3.1.1液相物性数据 ................................................................................................ - 9 -3.1.2气相物性数据 ................................................................................................ - 9 -3.1.3气液相平衡数据 .......................................................................................... - 10 -3.2物料衡算 ................................................................................................................ - 10 -3.3填料塔的工艺尺寸的计算 .................................................................................... - 11 -3.3.1塔径的计算 .................................................................................................. - 11 -3.3.2填料层高度计算 .......................................................................................... - 12 -3.4填料层压降的计算 ................................................................................................ - 14 - 第4章塔内件及附属设备的计算................................................................................... - 15 -4.1液体分布器的计算 ................................................................................................ - 15 -4.2填料塔附属高度的计算 ........................................................................................ - 15 -4.3填料支撑板 ............................................................................................................ - 16 -4.4填料压紧装置 ........................................................................................................ - 16 -4.5液气进出管的选择 ................................................................................................ - 17 -4.6液体除雾器 ............................................................................................................ - 17 -4.7筒体和封头的设计 ................................................................................................ - 18 -4.8人孔的设计 ............................................................................................................ - 19 -4.9法兰的设计 ............................................................................................................ - 19 - 第5章设计总结 ............................................................................................................... - 21 -符号说明 ............................................................................................................................. - 23 -参考文献 ............................................................................................................................. - 23 -第1章概述1.1吸收塔的概述气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。
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目录目录 (I)第1章概述 (1)1.1吸收塔的概述 (1)1.2吸收设备的发展 (1)1.3吸收过程在工业生产上应用 (2)第2章设计方案 (3)2.1设计任务 (3)2.2吸收剂的选择 (3)2.3吸收流程的确定 (4)2.4吸收塔设备的选择 (5)2.5吸收塔填料的选择 (5)第3章吸收塔的工艺计算 (9)3.1基础物性数据 (9)3.1.1液相物性数据 (9)3.1.2气相物性数据 (9)3.1.3气液相平衡数据 (9)3.2物料衡算 (10)3.3填料塔的工艺尺寸的计算 (11)3.3.1塔径的计算 (11)3.3.2填料层高度计算 (12)3.4填料层压降的计算zz (14)第4章塔件及附属设备的计算 (15)4.1液体分布器的计算 (15)4.2选用DN 2.5Φ32无缝钢管 (15)4.2.1填料塔附属高度的计算 (16)4.3填料支撑板 (16)4.4填料压紧装置 (17)4.5气进出管的选择 (17)4.6液体除雾器 (18)4.7筒体和封头的设计 (19)4.8手孔的设计 (20)4.9法兰的设计 (20)第5章设计总结 (23)符号说明 (25)参考文献： (27)致 (28)第1章概述1.1 吸收塔的概述气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。
实际生产中，吸收过程所用的吸收剂常需回收利用。
故一般来说，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。
在设计上应将两部分综合考虑，才能得到较为理想的设计结果。
作为吸收过程的工艺设计，其一般性问题是在给定混合气体处理量、混合气体组成、温度、压力以及分离要求的条件下，完成以下工作：(1)根据给定的分离任务，确定吸收方案；(2)根据流程进行过程的物料和热量衡算，确定工艺参数；(3)依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计；(4)绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图；(5)编写工艺设计说明书。
1.2 吸收设备的发展吸收操作主要在填料塔和板式塔中进行，尤以填料塔的应用较为广泛。
塔填料的研究与应用已取得长足的发展：鲍尔环、阶梯环、金属环矩鞍等的出现标志散装填料朝高通量、高效率、低阻力方向发展有新的突破；规整填料在工业装置大型化和要求高分离效率的情况下倍受重视，已成为塔填料的重要品种。
填料塔仍处于发展之中，今后的研究方向主要是提高传质效率，同时考虑填料的强度、操作性能及使用上的通用因素并综合环型、鞍型及规整填料的优点开发构型优越、堆积接触方式合理、流体在整个床层均匀分布的新型填料。
目前看来，填料的材质以瓷、金属、塑料为主，为满足化工生产温度和耐腐蚀要求，已开发了氟塑料制成的填料。
填料塔的发展，与塔填料的开发研究是分不开的。
除了提高原有填料的流体力学与传质性能外，还开发了效率高、放大效应小的新型填料。
加上塔填料本身具有压降小、持液量小、耐腐蚀、操作稳定、弹性大等优点，使填料塔开发研究达到了新的台阶。
1.3 吸收过程在工业生产上应用化工生产中吸收操作广泛应用于混合气体的分离：(1)净化或精制气体，混合气体中去除杂质。
如用K2CO3水溶液脱除合成气中的CO2，丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等。
(2)制取某种气体的液态产品。
如用水吸收氯化氢气体制取盐酸。
(3)混合气体以回收所需组分。
如用汽油处理焦炉气以回收其中的芳烃。
(4)工业废气处理。
工业生产中所排放的废气中常含有丙酮，NO，NO2，HF等有害组分，组成一般很低，但若直接排入大气，则对人体和自然环境危害都很大。
因此排放之前必须加以处理，选用碱性吸收剂吸收这些有害的气体是环保工程中最长采用的方法之一。
第2章设计方案2.1 设计任务完成填料吸收塔的工艺设计及有关附属设备的设计和选用，绘制填料塔系统带控制点的工艺流程图及填料塔的设计条件图，编写设计说明书。
2.2 吸收剂的选择吸收剂的对吸收操作过程的经济性由十分重要的影响，因此对于吸收操作，选择适宜的吸收剂具有十分重要的意义。
一般情况下，选择吸收剂，着重考虑以下方面：（1）对溶质的溶解度大所选的吸收剂对溶质的溶解度大，则单位的吸收剂能够溶解较多的溶质，在一定的处理量和分离要求条件下，吸收剂的用量小，可以有效地减少吸收剂的循环量。
另一方面，在同样的吸收剂用量下液相的传质推动力大可以提高吸收效率，减小塔设备的尺寸。
（2）对溶质有较高的选择性对溶质有较高的选择性即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度；而对其他组分则溶解度要小或基本不溶。
这样，不但可以减小惰性气体组分的损失，而且可以提高解吸后溶质气体的纯度。
（3）不易挥发吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压，以避免吸收过程中吸收剂的损失提高吸收过程的经济性。
（4）再生性能好由于在吸收剂再生过程中一般要对其进行升温或气提等处理，能量消耗较大。
因而，吸收剂再生性能的好坏对吸收过程能耗的影响极大。
选用具有良好再生性能的吸收剂往往能有效地降低过程的能量消耗。
（5）粘度和其他物性吸收剂在操作条件下的粘度越低，其在塔的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。
此外，所选的吸收剂还应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易暴、不发泡、冰点低，价廉易得以及化学性质稳定的要求,如表2. 1表2. 1物理吸收剂和化学吸收剂的特性物理吸收剂化学吸收剂吸收容量（溶解度）正比于溶质分压吸收热效应很小（近于等温）常用降压闪蒸解吸溶质含量高而净化度要求不太高的场合对设备腐蚀性小，不易变质吸收容量对溶质分压不太敏感吸收热效应显著用低压蒸汽气提解吸溶质含量不高而净化度要求很高的场合对设备腐蚀性大，易变质结合以上吸收剂选择原则和考虑经济最优原则，本设计采用水作为吸收剂：丙酮在水中的溶解度大、吸收推动力大、溶剂用量小、设备尺寸也小；水的价格低廉，本设计题目要求吸收剂用水。
2.3 吸收流程的确定工业上有多种吸收流程，从所选吸收剂的种类看，有用一种吸收剂的一步吸收流程和用两种吸收剂的两步吸收流程；从所用的塔设备数量看，有单塔吸收流程和多塔吸收流程；从塔气液两相的流向可分为逆流吸收流程，并流吸收流程等基本流程。
此外，还有特定条件下的部分溶剂循环过程。
（1）一步吸收流程和两步吸收流程一步吸收流程一般用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成吸收任务的情况。
若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到吸收要求或者虽能达到吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以采用两步吸收流程。
（2）单塔吸收流程和多塔吸收流程单塔吸收流程式吸收过程中的常用流程，如过程无特别需要，则一般采用单塔吸收流程。
若过程的分离要求较高，使用单塔操作时，所需要的塔体过高，或采用两步吸收流程时，则需要采用多塔流程。
（3）逆流吸收与并流吸收吸收塔或再生塔气液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高的显著优点，工业上如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。
（4）部分溶剂循环吸收流程由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，挡液相喷淋量过小时，将降低填料塔的分离效率。
因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷林量，改善塔的操作条件。
结合设计要求和以上流程选择原则，在本设计中选择单塔逆流的操作流程：吸收推动力大；吸收任务不大。
2.4 吸收塔设备的选择对于吸收过程，一般具有操作液气比大的特点，因而更适应于填料塔。
此外，填料塔阻力小、效率高、有利于过程节能。
所以对于吸收过程来说，以采用吸收塔的多。
本设计中丙酮气体在水中的溶解度比较大，吸收效率高，设计题目也要求采用填料塔，所以本设计选用填料塔作为气液传质设。
2.5 吸收塔填料的选择（1）填料种类的选择填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面。
①传质效率即分离效率，它有两种表示方法：一是以理论级进行计算的表示方法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即HETP值；另一是以传质速率进行计算的表示方法，以每个传质单元相当的填料层高度表示，即HTU值。
在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即HETP（或HTU）值低的填料。
对于常用的工业填料，其HETP(或HTU)值可由有关手册或文献中查到，也可以通过一些经验公式来估算。
②通量在相同的液体负荷下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大，则通量愈大，它的处理能力也愈大。
因此，在选择填料种类时，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。
对于大多数常用填料，其泛点气速或气相动能因子可在有关手册或文献中查到，也可由一些经验式来估算。
③ 填料层的压降 填料层的压降是填料的主要应用性能，压降越低，动力消耗越低，操作费用越小。
选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要。
比较填料层的压降尤两种方法：一是比较填料层单位高度的压降/p z ∆；另一是比较填料层单位传质效率的比压降 /T p N ∆。
填料层的压降可用经验公式计算，亦可从有关图标中查出。
④ 填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作弹性，抗污堵性及抗热敏性等。
所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔气液负荷发生波动时维持操作稳定。
（2）填料规格的分类① 散装填料规格的分类 散装填料的规格通常是指填料的公尺直径。
工业塔常用的散装填料主要有16N D 、25N D 、38N D 、50N D 、76N D 等几种规格。
同类填料，尺寸越小，分离效率越高；但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。
而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。
因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一定的规定，如表2. 2表2. 2常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d 的推荐值填料种类D/d 的推荐值 拉西环鞍环鲍尔环阶梯环环矩鞍 D/d≥20～25 D/d≥15 D/d≥10～15 D/d ＞8 D/d ＞8② 规整填料规格的分类 工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国习惯用比表面积表示，主要有125，150，250，350，500，700等几种规格，同种类型的规整填料，其表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也明显增加。
选用时应从分离要求，通量要求，场地条件，物料性质及设备投资，操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足工艺要求，又具有经济合理性。
应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型，不通规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料，有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。
一的原则来选择填料的规格。
③填料材质的分类设计时应灵活掌握，根据技术经济统工业上，填料的材质分为瓷，金属和塑料三大类。