丙酮與空氣的混合氣體吸收

課程設(shè)計(jì)題目 處理量為6000m3/h丙酮與空氣的混合氣體吸收學(xué) 院 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝班級(jí) 化工學(xué)號(hào)二O一目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一節(jié)前言 4設(shè)計(jì)任務(wù) 4操作條件 4丙酮的介紹 4填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 4原料來(lái)源 5設(shè)計(jì)條件 5設(shè)計(jì)內(nèi)容 5\o"CurrentDocument"第二節(jié)填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定 6\o"CurrentDocument"裝置流程的確定 6\o"CurrentDocument"吸收劑的選擇 62.2.1溶質(zhì)的溶解度 62.2.2對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性 62.2.3揮發(fā)度 6吸收流程的選擇 6.4吸收塔填料的選擇 72.5丙酮回收工藝 102.6水吸收工藝 10\o"CurrentDocument"第三節(jié)物料衡算 11液相物性數(shù)據(jù) 11\o"CurrentDocument"氣相物性數(shù)據(jù) 12\o"CurrentDocument"第四節(jié)填料塔的工藝尺寸的計(jì)算 12\o"CurrentDocument"塔徑的計(jì)算 12泛點(diǎn)率校核 14核算徑比 14填料塔填料層高度的計(jì)算 14塔附屬高度的計(jì)算 16\o"CurrentDocument"第五節(jié)筒體和封頭的設(shè)計(jì) 16筒體的設(shè)計(jì) 16\o"CurrentDocument"手孔的設(shè)計(jì) 17\o"CurrentDocument"法蘭的設(shè)計(jì) 17物料衡算 18壓力降 19物離心泵 19注:1 工藝選擇性 21\o"CurrentDocument"2 工藝選址 21\o"CurrentDocument"工藝安全 22\o"CurrentDocument"工藝設(shè)備設(shè)計(jì)成果一覽表 23工藝管道設(shè)計(jì)成果一覽表 24\o"CurrentDocument"工程固定投資概算結(jié)果一覽表 25\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 25\o"CurrentDocument"主要符號(hào)說(shuō)明 26附件一：空氣-丙酮混合氣填料吸收塔設(shè)計(jì)塔設(shè)備圖 28附件二：空氣-丙酮混合氣填料吸收塔設(shè)計(jì)平面布置圖 29附件三：空氣-丙酮混合氣填料吸收塔設(shè)計(jì)物料流程圖 30附件四：空氣-丙酮混合氣填料吸收塔設(shè)計(jì)帶控制點(diǎn)的流程圖 31附件五：空氣-丙酮混合氣填料吸收塔設(shè)計(jì)管道布局圖 32第一節(jié)前言1.1設(shè)計(jì)任務(wù):處理量為6000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）丙酮與空氣的混合氣體填料吸收塔設(shè)計(jì)1.2操作條件:混合氣體的處理量：6000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）；混合氣體組成：空氣0.94，丙酮0.06（均為摩爾分?jǐn)?shù)）；要求丙酮的回收率：97%；混合氣溫度：30°C，壓力0.12MPa。1.3丙酮的介紹丙酮作為一種良好的有機(jī)溶劑，大量用于化工生產(chǎn)過(guò)程，特別是在制藥工業(yè)和醋酸纖維工業(yè)中有著廣泛應(yīng)用，由于丙酮的沸點(diǎn)較低，揮發(fā)性強(qiáng)，所以丙酮大量存在于生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢氣中，對(duì)環(huán)境和人體的健康造成極大的危害。對(duì)廢氣中的丙酮進(jìn)行回收，使其能達(dá)標(biāo)排放，可減輕對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人體的傷害，同時(shí)也可以減少丙酮的消耗，節(jié)約運(yùn)行成本。

丙酮是一種無(wú)色透明液體，有特殊的辛辣氣味，易燃、易揮發(fā)，化學(xué)性質(zhì)較活潑，是化學(xué)制藥行業(yè)和精細(xì)化工行業(yè)中的一種非常重要的溶劑［1—2］。由于丙酮易揮發(fā)，在使用及生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)與空氣形成混合氣體，這既浪費(fèi)了原料又污染了環(huán)境。所以，對(duì)丙酮回收系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究具有重要意義。1.4填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)結(jié)構(gòu)：氣體液體-捕沫器液體-填料壓板塔殼填料填料支承板液體再分布器填料壓板液體填料塔不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且流體通過(guò)填料層的壓降較小,易于用耐腐蝕材料制,填料支承板液體填料塔不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且流體通過(guò)填料層的壓降較小,易于用耐腐蝕材料制造，所以她特別適用于處理量肖，有腐蝕性的物料及要求壓降小的場(chǎng)合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過(guò)填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。1.5原料來(lái)源:在煙用二醋酸纖維素絲束的工藝生產(chǎn)過(guò)程中,丙酮作為溶劑被大量地用于溶解二醋酸纖維素片,將二醋酸纖維素片制成一定濃度的漿液,漿液經(jīng)過(guò)紡絲機(jī)噴絲帽后紡制成絲束,同時(shí),漿液中的丙酮在熱空氣的作用下快速閃蒸出來(lái),形成丙酮空氣混合氣（acetonevaporladenair簡(jiǎn)稱VLA氣體），其中的丙酮必須要回收利用。起初采用的方法是加熱丙酮液體使其汽化，然后再與空氣混合以獲得丙酮-空氣混合原料氣。然而，實(shí)驗(yàn)中一直難以穩(wěn)定混合氣的丙酮含量。為了解決這一問(wèn)題，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。在常溫下采用鼓泡法配制丙酮-空氣混合氣，亦即在空氣進(jìn)口處加裝一個(gè)丙酮液儲(chǔ)槽，讓空氣從其底部通入，鼓泡后攜帶丙酮蒸汽而成為丙酮-空氣混合原料氣。此法涉及的設(shè)備比以前更簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)中也更容易穩(wěn)定混合氣的丙酮含量。1.6設(shè)計(jì)條件：操作條件：常壓操作設(shè)備型式：自選廠址：本地區(qū)

1.7設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說(shuō)明、設(shè)計(jì)流程與生產(chǎn)原理敘述2、設(shè)備設(shè)計(jì)成果一覽表3、管道設(shè)計(jì)成果一覽表4、工程固定投資概算結(jié)果一覽表5、生產(chǎn)操作制度6、生產(chǎn)檢驗(yàn)制度和化驗(yàn)制度7、吸收塔的工藝計(jì)算8、對(duì)于非工藝專業(yè)的設(shè)計(jì)要求9、圖紙1）物料流程圖2）帶控制點(diǎn)的工藝流程圖3）相應(yīng)管段圖4）車間布置圖5）圖例第二節(jié)精餾塔主體設(shè)計(jì)方案的確定2.1裝置流程的確定本次設(shè)計(jì)采用逆流操作：氣相自塔低進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是：傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。2.2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。對(duì)溶質(zhì)的溶解度大所選的吸收劑多溶質(zhì)的溶解度大,則單位量的吸收劑能夠溶解較多的溶質(zhì),在一定的處理量和分離要求下,吸收劑的用量小,可以有效地減少吸收劑循環(huán)量,這對(duì)于減少過(guò)程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面,在同樣的吸收劑用量下,液相的傳質(zhì)推動(dòng)力大,則可以提高吸收效率,減小塔設(shè)備的尺寸。對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性,即要求選用的吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度,而對(duì)其他組分則溶解度要小或基本不溶,這樣,不但可以減小惰性氣體組分的損失,而且可以提高解吸后溶質(zhì)氣體的純度。揮發(fā)度要低吸收劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸氣壓,以避免吸收過(guò)程中吸收劑的損失,提高吸收過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。再生性能好由于在吸收劑再生過(guò)程中,一般要對(duì)其進(jìn)行升溫或氣提等處理,能量消耗較大,因而,吸收劑再生性能的好壞,對(duì)吸收過(guò)程能耗的影響極大,選用具有良好再生性能的吸收劑,往往能有效地降低過(guò)程的能量消耗。方面是選擇吸收劑時(shí)應(yīng)考慮的主要問(wèn)題,其次,還應(yīng)注意所選擇的吸收劑應(yīng)具有良好的物理、化學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性。其良好的物理性能主要指吸收劑的粘要小,不易發(fā)泡,以保證吸收劑具有良好的流動(dòng)性能和分布性能。良好的化學(xué)性能主要指其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,以防止在使用中發(fā)生變質(zhì),同時(shí)要求吸收劑盡可能無(wú)毒、無(wú)易燃易爆性,對(duì)相關(guān)設(shè)備無(wú)腐蝕性（或較小的腐蝕性）。吸收劑的經(jīng)濟(jì)性主要指應(yīng)盡可能選用廉價(jià)易得的溶劑。2.3吸收流程的選擇鑒于丙酮廣泛且大量的使用，丙酮空氣混合氣的來(lái)源亦非常廣泛，丙酮的回收一般采用吸附解吸或吸收解吸技術(shù)。醋纖長(zhǎng)絲生產(chǎn)工藝中，采用活性炭吸附蒸汽解吸技術(shù)精餾回收丙酮［3］。高前進(jìn)［4］用ASPENPLUS模擬了煙用二醋酸纖維素絲束生產(chǎn)過(guò)程中，吸附蒸餾技術(shù)的丙酮回收系統(tǒng)。Mdfki等［5］在實(shí)驗(yàn)室中采用吸收一滲透汽化技術(shù)，回收丙酮空氣混合氣中的丙酮，得到了很好的分離效果。以水作吸收劑吸收丙酮蒸汽，可以得到滿意的分離效率［5］。本文以水為吸收劑，吸收丙酮蒸汽后的稀丙酮溶液，必須進(jìn)行蒸餾回收丙酮。蒸餾塔底部水溶液（含一定量丙酮），經(jīng)冷卻后直接排放，不進(jìn)行處理。用水吸收丙酮屬中等溶解度的吸過(guò)程，為提高傳質(zhì)效率，采用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且丙酮不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?。吸收塔填料的選擇（1）填料種類的選擇填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]以下幾個(gè)方面。傳質(zhì)效率即分離效率，它有兩種表示方法：一是以理論級(jí)進(jìn)行計(jì)算的表示方法，以每個(gè)理論級(jí)當(dāng)量的填料層高度表示，即HETP值；另一是以傳質(zhì)速率進(jìn)行計(jì)算的表示方法，以每個(gè)傳質(zhì)單元相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨缺硎?，即HTU值。在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)選用傳質(zhì)效率高，即HETP（或HTU）值低的填料。對(duì)于常用的工業(yè)填料，其HETP（或HTU）值可由有關(guān)手冊(cè)或文獻(xiàn)中查到，也可以通過(guò)一些經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算。通量在相同的液體負(fù)荷下，填料的泛點(diǎn)氣速愈高或氣相動(dòng)能因子愈大，則通量愈大，它的處理能力也愈大。因此，在選擇填料種類時(shí)，在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料。對(duì)于大多數(shù)常用填料，其泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子可在有關(guān)手冊(cè)或文獻(xiàn)中查到，也可由一些經(jīng)驗(yàn)式來(lái)估算。填料層的壓降填料層的壓降是填料的主要應(yīng)用性能，壓降越低，動(dòng)力消耗越低，操作費(fèi)用越小。選擇低壓降的填料對(duì)熱敏性物系的分離尤為重要。比較填料層的壓降尤兩種方法：一是比較填料層單位高度的壓降A(chǔ)p/z;另一是比較填料層單位傳質(zhì)效率的比壓降A(chǔ)p/Nt。填料層的壓降可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，亦可從有關(guān)圖標(biāo)中查出。填料的操作性能填料的操作性能主要指操作彈性，抗污堵性及抗熱敏性等。所選填料應(yīng)具有較大的操作彈性，以保證塔內(nèi)氣液負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn)定。（2）填料規(guī)格的分類①散裝填料規(guī)格的分類散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公尺直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高；但阻力增加，通量減小，填料費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一定的規(guī)定。表2-2常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值填料種類D/d的推薦值拉西環(huán)D/d±20?25鞍環(huán)D/d±15鮑爾環(huán)D/d±10?15階梯環(huán)D/d>8環(huán)矩鞍D/d>8②規(guī)整填料規(guī)格的分類工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125，150，250，350，500，700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)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，使所選填料既能滿足工藝要求，又具有經(jīng)濟(jì)合理性。應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型，不通規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料，有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。一的原則來(lái)選擇填料的規(guī)格。③填料材質(zhì)的分類設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷，金屬和塑料三大類。a） 陶瓷填料陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的各種無(wú)機(jī)酸，有機(jī)酸的腐蝕，對(duì)強(qiáng)堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料。陶瓷填料因其質(zhì)脆，易碎，不易在高沖擊強(qiáng)度下使用，陶瓷填料價(jià)格便宜，具有很好的表面潤(rùn)濕性能，工業(yè)上，主要用于氣體吸收，氣體洗滌，液體萃取等過(guò)程。b） 金屬填料金屬填料可用多種材質(zhì)制成，金屬材質(zhì)的選擇主要根據(jù)物系的腐蝕性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來(lái)綜合考慮。炭鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面潤(rùn)濕性能，對(duì)于無(wú)腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般能耐除Cl以外常見物系的腐蝕，但其造價(jià)較高，鈦材，特種合金鋼材質(zhì)制成的填料造價(jià)極高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用。金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)（0.2?1.0mm）,與同種類型，同種規(guī)格的陶瓷，塑料填料相比，它的通量大，氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫，高壓，高沖擊強(qiáng)度下使用，工業(yè)應(yīng)用主要以金屬填料為主。c） 塑料填料塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（PP）,聚乙烯（PE）及聚氯乙?。≒VC）等，國(guó)內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能好，可耐一般的無(wú)機(jī)酸，堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長(zhǎng)期在100°C以下使用，聚丙烯填料在低溫（低于TC）時(shí)具有冷脆性，在低于0C的條件下使用要慎重，可選用耐低溫性能好的聚氯乙稀填料。塑料填料具有質(zhì)輕，價(jià)廉，耐沖擊，不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，多用于吸收，解吸，萃取，除塵等裝置中。塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能差，在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，需要對(duì)其表面進(jìn)行處理，以提高表面潤(rùn)

濕性能。根據(jù)以上選擇，考慮到以下方面（1）選擇填料材質(zhì)選擇填料材質(zhì)應(yīng)根據(jù)吸收系統(tǒng)的介質(zhì)和操作溫度而定，一般情況下，可選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對(duì)于腐蝕性介質(zhì)應(yīng)采用相應(yīng)的抗腐蝕性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不銹鋼等，對(duì)于溫度較高的情況，應(yīng)考慮材料的耐溫性能。（2）填料類型的選擇填料類型的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，同一類填料塔中，比表面積大的填料雖然具有較高的分離效率，但是由于在同樣的處理量下，所需要的塔徑較大，塔體造價(jià)升高。（3）填料尺寸的選擇實(shí)踐表明，填料塔的塔徑與填料直徑的比值應(yīng)保持不低于某一下限值，以防止產(chǎn)生較大的壁效應(yīng)，造成塔的分離效率下降。一般來(lái)說(shuō)，填料尺寸大，成本低，處理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往難以抵償其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔經(jīng)常使用50mm的填料。表2-3填料尺寸與塔徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系塔徑/mm 填料尺寸/mmDW250250WDW900D290020?2525?3850?80由于本次設(shè)計(jì)是在壓力為0?12MPa,溫度30°C下進(jìn)行的，故本次設(shè)計(jì)采用16金屬鮑爾環(huán)填料，其主要性能參數(shù)為：填料類型公稱直徑填料個(gè)數(shù)堆積密度空隙率比表面積泛點(diǎn)填料因子金屬鮑爾環(huán)16mm24680/m-3365kg/m30.96239m2/m3410/m-l2.5丙酮回收工藝：丙藹是常見于醫(yī)藥.裁料、橡膠'纖維?制革、抽駄噴漆及各種化工牛產(chǎn)過(guò)程的揮發(fā)性育機(jī)物,是無(wú)色透叨的液體,沸點(diǎn)為5^5V,在常溫下極易揮笈，人體長(zhǎng)時(shí)問(wèn)接觸內(nèi)酮丫會(huì)引起急、慢性中轟；高濃度的接觸還可能對(duì)人體的肝、腎和胰腺產(chǎn)生損害；丙酮直接釋放到大氣屮將會(huì)產(chǎn)屮….次污染.同吋也會(huì)堀如4產(chǎn)成本，斯以，丙酮冋收再利用產(chǎn)節(jié)釣4產(chǎn)成本和減少COD.VOC￡排放的環(huán)保需要"、目前有三種工藝技術(shù)方法可供選擇用于丙酮空混氣體（YLA〉的回收再利用，分別是深冷秋、水吸收:法和沽性齷吸附法卒秫冷法上嗖用于VLA氣體流量小耳丙網(wǎng)液度較高的匸況，I訓(xùn)收丙爾純度高.可n麼再利用,門冷量制取的成本較人」li訓(xùn)收率較低，戰(zhàn)丁一業(yè)中一般采用水吸收法和活性炭吸附法2.6水吸收工藝：用的是水吸收工藝。吸收就是使混合氣體與所選擇的液體充分接觸，混合氣中某一組份溶于液體中，而其余組分不溶或難溶于液體中，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體中某一組分的分離。水吸收法是利用丙酮極易溶于水（與水任意比互溶）的性質(zhì)來(lái)分離混合氣體中的丙酮?dú)夂涂諝獾摹；旌蠚饨?jīng)冷卻后，從吸收塔底部進(jìn)入吸收塔，吸收劑（水）經(jīng)冷卻后從吸收塔頂部進(jìn)入吸收塔，在吸收塔內(nèi)，混合氣中的丙酮?dú)獗凰眨纬上”芤簭乃琢鞒?，不被吸收的空氣從塔頂排入大氣中。然后，稀丙酮溶液被送入蒸餾塔中進(jìn)行蒸餾分離得到高純度的丙酮重新進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)中回用。其工藝流程如圖1-2所示。水吸收丙酮工藝流程圖:

吸收丁藝育以卜優(yōu)點(diǎn)：吸收操作是逬續(xù)性操作，工藝隱定可乘.窒全性高：吸收劑是浩水，廉價(jià)隔得：吸收過(guò)程屮不斛耗蕪汽，只是在脅續(xù)的嚥懾分禹過(guò)秤消耗愿汽*能耗較低匚但是，吸收丁藝也有些難點(diǎn)問(wèn)題需耍解決U由于泡合氣中的丙洞濃度極低，地方対內(nèi)酗的扌非煩姿求様英嚴(yán)搟、所以，吸收過(guò)程的用水瑩較大T吸收液屮的丙酮沐度也會(huì)較低，這給冶續(xù)的蒸錦過(guò)軒常來(lái)了很大的難度匚為W約水資源礙運(yùn)行成本t應(yīng)舞慮水的術(shù)壞利用和吸收與滌伽過(guò)程的熱集跖第三節(jié)物料衡算3.1液相物性數(shù)據(jù)30°C時(shí)水的相關(guān)物性P=995.7kg/m3黏度口=0.8105mpa.s表面張力6=71.22mN/m溶劑名稱水甲醇乙醇苯非締合溶劑締合因子2.61.91.511

3.2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為=0.05X58.08+0.95X28.95=30.41Kg/Kmol混合氣體的平均密度為=1.266kg/m3混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度，查手冊(cè)得30°C空氣的黏度為口v=l.86X10-5Pa.s當(dāng)xVO.Ol,t=15~45C時(shí)，丙酮溶于水其亨利常數(shù)E可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：IgE=9.171-[2040/(t十273)](其中t=30C),解得：E=274.35kPa,E274.35相平衡常數(shù)m=p=顧=邊溶解度系數(shù)H= = 9957 =0.2016溶解度系數(shù)E-M274.35x18進(jìn)塔氣相摩爾比為Y1=y1/1-y1=0.06/1-0.06=0.0638出塔氣相摩爾比為Y2=Y1X(1-n)=0.0638xG-0-97)=0.0019進(jìn)塔惰性氣相流量為G=6000x273x0.94=226.86kmol/h22.4 273+30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X2=0X1*=Y1=0.0638=0.02786m2.29L Y1-Y2 0.0638-0.0019)min= = =2.2218G X1*-X2 0.002786-0通常L=(1.1?2.0)(L)min取操作液氣比為最小液氣比的1.5倍，即纟=1.5()minGG G G=1.5()minGL=1.5x2.2218x226.86=756.06kmol/h第四節(jié)填料塔的工藝尺寸的計(jì)算4.1塔徑的計(jì)算氣相質(zhì)量流量為：w=6000x1.212=7392(kg/h)液相質(zhì)量流量為可近似按純水的流量計(jì)算，即：w二L?:M=750.06?：18.02=13516.0812(kg/h)p=1.212(kg/m3) p=995.7(kg/m3)VLWL(V)1/2=0.01908查Eckert圖橫坐標(biāo)0.01908與亂堆填料的泛點(diǎn)線WVPL查的縱坐標(biāo)為0.098因?yàn)楸谒械娜芙舛群苄?，故可以P~P,2=P/P=1水 液 水液選用25mm.125mm.12.5mm亂堆瓷拉西環(huán)，填料因子為4501/m20°C溶液的黏度取20°C水的黏度1mPa.s泛點(diǎn)氣速u二:^098^ 衛(wèi)09竺9空99遼二1.3248m泛點(diǎn)氣速u二?申pGy人0.2 450*1*1.212*1人0.2式中：u泛點(diǎn)氣速m/sg：重力加速度9.81m/s2P,p:氣相，液相密度kg/m3VL卩：液體粘度mPa?sLw，w：液相，氣相的質(zhì)量流量kg/hLV空塔氣速一般取泛點(diǎn)氣速的50%-80%，本設(shè)計(jì)取60%U=1.3248*0.6=0.7949m/s八V丨6000/3600D= = =2.67min\0.785*0.7949*u4I一200.004O.WI0.040.06 0.1O.OS0,02001ODOR0(X)60.2 0.4 ().6O.KI.O00024.2泛點(diǎn)率校核==0.476m/s6000/36000.785*2.67*2.67uf麗49*10。％=60%（在允許范圍內(nèi)）4.3核算徑比D/d=2670/50=53.4>84.4填料塔填料層高度的計(jì)算*=mX=1.75*0.0204=0.035711*=mX=022脫吸因數(shù)為：S= =0.6874L氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：NOG=匚Sln-Y*(1-S)t__-+S-Y*22=7.70氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：a——wat=1-a——wat=1-exp]-1.45二1O)0.75(U L-丿(a卩tL(U2a-0.05U2―L-lpaaLLt查手冊(cè)得：a=40（dyn/cm）=518400（kg/h2）c液體質(zhì)量通量為：10408.10U=0.785x1=13258.75(kg/(m2?h))Law=0.4019at氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算同理氣體質(zhì)量通量為：k=0.237氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算同理氣體質(zhì)量通量為：k=0.237G(U——V-a卩tv0.7( v—IPDVV)1/3(aD―t_V

IRTU=9263.69(kg/(m2?h))Vk=0.0517(kmol/(m2?h?kPa))G液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：k=0.009』-Ul2/3丫1/2(崇|a卩wLPLDLPL\1/3丿=0.4845(m/h)由ka=kGGw查手冊(cè)得：屮=1.45則：ka=ka屮1.1GGw=4.143(kmol/(m2?h?kPa))ka=ka屮0.4=27.766(1/h)L Lw—=63.75%>50%uF由：k'a=4.012(kmol/(m2?h?kPa))G

k'產(chǎn)=27.12(1/h)則：1則：11+k'aHk'aGL=2.722(kmol/(m2?h?kPa))由：h= = =1.048(m)OGKaQKaPQYG由Z=HN=8.070(m)OGOG填料層的設(shè)計(jì)高度一般為：Z'=(1.2-1.5)ZZ'=1.2Z=9.684a10(m)設(shè)計(jì)填料層高度為：10m4.5塔附屬高度的計(jì)算塔上部空間高度，可取為1.2m,液體再分布器的空間高度約為1m,塔底液相停留時(shí)間按4min考慮，則塔釜液所占空間高度為：wiPwiPlx360010408.13600x995.7二0.00294x60xV 4x60x6.236x10-4h= i= =0.7753(m)i0.785x0.52 0.785x0.52考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取1m,所以塔的附屬空間高度可以取為1.2+1＋1=3.2(m)第五節(jié)筒體和封頭的設(shè)計(jì)5.1筒體的設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)：筒體(JB1153-73)設(shè)計(jì)壓力計(jì)算筒體和封頭壁厚據(jù)工作壓力0.12Mpa,工作溫度30°C，屬低壓常溫工作介質(zhì)為丙酮和空氣，故選Q235-A屈服極限為235Mpa的不做沖擊試驗(yàn)的普碳鋼1.筒體壁厚

設(shè)［o］=113MpaP—設(shè)計(jì)壓力，應(yīng)略大于工作壓力P=0.12xl.15=0.138Mpa申單面對(duì)接焊，局探，申=0.8C2=1mmPDC2=1mmPD2[o]申一P0.138X26702X113X0.8-0.138=2.039mmSd=S+C2=2.039+1=3.039mmC1=0.8mmSn=4mm［a］無(wú)變化Sn=4mm合適采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，取封頭壁厚為4mm.手孔的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化手孔的公稱直徑有DN150、DN250兩種。選用手孔APN0.6,DN150,JB589-79-2法蘭的設(shè)計(jì)（1）管法蘭的選擇選用標(biāo)準(zhǔn)：HG20593-97板式平焊鋼制管法蘭（歐洲體系）管子直法蘭內(nèi)螺栓孔中公稱直螺栓孔螺栓法蘭法蘭法蘭理管子直法蘭內(nèi)螺栓孔中公稱直螺栓孔螺栓法蘭法蘭法蘭理徑 A］徑B］心圓直徑徑dn直徑L孔數(shù)外徑厚度論重量/mm/mmK/mm/mm/mm量nD/mmC/mmkg液體進(jìn)出3233752511410014口氣體21922229520022834024 9.24進(jìn)出口標(biāo)記：液體進(jìn)出口：HG20593法蘭PL25-0.6FFQ235-A氣體進(jìn)出口：HG20593法蘭PL200-0.6FFQ235-A（2）容器法蘭的選擇選用標(biāo)準(zhǔn)：JB/T4701-2000甲型平焊法蘭標(biāo)記：法蘭P1400-0.25 JB/T4701-2000T 品加公稱直徑DN,mm法蘭，mm螺柱DD15d規(guī)格數(shù)量600755 7053626M24205.4吸收塔的流體力學(xué)吸收塔的壓力降填料塔的壓力降為：AP=Ap+Ap+Ap+丫Apf123

（1）氣體出口壓力降：取氣體出口接管的內(nèi)徑為720mm，則氣體的進(jìn)出流速為：u=S2=皿/s)則進(jìn)口壓力降為：Ap則進(jìn)口壓力降為：Ap==0.5x1.212x4.1x4.1=10.187Pa出口壓力降為： Ap2=0.5x10.187=5.0935Pa2）填料層壓力降采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降橫坐標(biāo)為：WL（2vX=0.01908wvSJ縱坐標(biāo)為：u空pW丄卩0.2=0.098 查圖得：ap/ZgPLL=68x9.81（Pa/m）填料層壓降為：AP=68x9.81x10=6670.8（Pa）3）其他塔內(nèi)件的壓力降其他塔內(nèi)件的壓力降Xp較小，在此可以忽略。因此，吸收塔的總壓力降為：6686.085Pa5.5附屬設(shè)備離心泵的選擇與計(jì)算（1）吸收劑輸送管路直徑計(jì)算選擇原料流速u=0.9m/s管線直徑 d=；坐=：446.236x10「4=2.971x10-2（m）=29.71mm兀u 3.14x0.9根據(jù)管材規(guī)范，該直徑d應(yīng)選擇申36.00x2.50的無(wú)縫鋼管，其內(nèi)徑為31.00mm，其實(shí)際流速為：u尋=將船=0.8266(m/$)2）原料泵的選擇流量所需要的揚(yáng)程H=AZ弋+券空hf1空hf2式中AZ 兩截面處位頭差；AP兩截面處?kù)o壓頭之差;Pg竺兩截面處動(dòng)壓頭之差；Pg工h--直管阻力；f1工h--管件、閥門局部阻力；f2根據(jù)前面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)上述公式各項(xiàng)進(jìn)行估算AZ=10mAp=6686.085Pa管路總阻力和所需壓頭計(jì)算根據(jù)管路的平立面布置，按范寧方程計(jì)算阻力損失：0.8937x10-3Re=如=0.031xO'8226x996.95=0.8937x10-3L九=0.0056+-°^=0.0056+ 05 =0.01875Re0.32 28585.030.32y 工lu2 (10+3.2)x0.82662yh=九 =0.01875x =0.2780(m)f1 d2g 0.031x2x9.81選用兩個(gè)90。彎頭，兩個(gè)截止閥全開工h 巴=(0.75x2+6.4x2)x0.82662=0.4980(m)f2 2g 2x9.81H=14.16m注：工藝可行性全面深入地進(jìn)行市場(chǎng)分析、預(yù)測(cè)。調(diào)查和預(yù)測(cè)擬建項(xiàng)目產(chǎn)品國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)的供需情況和銷售價(jià)格；研究產(chǎn)品的目標(biāo)市場(chǎng)，分析市場(chǎng)占有率；研究確定市場(chǎng)，主要是產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和自身競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)，以及產(chǎn)品的營(yíng)銷策略，并研究確定主要市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)程度。對(duì)資源開發(fā)項(xiàng)目要深入研究確定資源的可利用量，資源的自然品質(zhì)，資源的賦存條件和開發(fā)利用價(jià)值深入進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)方案設(shè)計(jì)，包括：項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模與產(chǎn)品方案，工程選址，工藝技術(shù)方案和主要設(shè)備方案，主要材料輔助材料，環(huán)境影響問(wèn)題，節(jié)能節(jié)水，項(xiàng)目建成投產(chǎn)及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的組織機(jī)構(gòu)與人力資源配置，項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，所需投資進(jìn)行詳細(xì)估算，融資分析，財(cái)務(wù)分析，國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，社會(huì)評(píng)價(jià)，項(xiàng)目不確定性分析，風(fēng)險(xiǎn)分析，綜合評(píng)價(jià)等等?？尚行匝芯恳再|(zhì)量控制為核心，對(duì)項(xiàng)目的規(guī)模、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、工藝布局、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、技術(shù)進(jìn)步等方面應(yīng)實(shí)事求是地科學(xué)分析。從事可行性研究的人員要真正樹立為國(guó)家、為建設(shè)業(yè)主服務(wù)的精神，熟悉國(guó)家和地方對(duì)項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)法律、政策、規(guī)定，準(zhǔn)確掌握有關(guān)專業(yè)知識(shí)，不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)，真正做到科學(xué)地、獨(dú)立地、不受任何干擾地把握好產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，提高可行性研究的深度和質(zhì)量，為社會(huì)提供質(zhì)量精良的產(chǎn)品。工廠選址近年來(lái)，我國(guó)化工行業(yè)快速發(fā)展，大型的化工企業(yè)逐漸的規(guī)?；^(qū)域化發(fā)展，化工類企業(yè)建設(shè)對(duì)城市公共安全的影響逐漸加深。因而，建立一套完善的化工企業(yè)優(yōu)化布局及規(guī)劃選址顯得尤為重要。苯和乙烯生產(chǎn)苯乙烯的工廠涉及到危險(xiǎn)化學(xué)品的生產(chǎn)加工和運(yùn)輸，對(duì)周圍居民的安全存在巨大的威脅，應(yīng)本著安全用地、安全消防、協(xié)調(diào)選址和效率選址等原則進(jìn)行選址。廠址應(yīng)遠(yuǎn)離滑坡、泥石流等氣象災(zāi)害區(qū)，不受洪水、潮水以及內(nèi)澇的威脅，并且具備適宜的氣候條件;為避免有毒、有害氣體的危害以及火災(zāi)的發(fā)生，選址應(yīng)位于城市全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)方向且空氣污染物擴(kuò)散條件好的開敞地帶；選址也要考慮國(guó)家對(duì)地方的相關(guān)政策和號(hào)召，應(yīng)與城市規(guī)劃相協(xié)調(diào)、與城市重大設(shè)施相協(xié)調(diào)。對(duì)外交通應(yīng)該靠近城市的主干道或港口，與外界銜接便捷。對(duì)內(nèi)交通要求通達(dá)性好，盡量減少企業(yè)到消費(fèi)地的運(yùn)輸距離，降低在途風(fēng)險(xiǎn)與成本。除此之外，產(chǎn)品的運(yùn)輸路線應(yīng)避開人口密集區(qū)、水源保護(hù)區(qū)等敏感地帶，盡可能降低安全隱患。選擇甘肅?。耗茉促Y源豐富。除傳統(tǒng)的煤炭、石油、天然氣等能源外，甘肅省清潔能源和新能源蘊(yùn)量豐富，這主要體現(xiàn)在水能、風(fēng)能和太陽(yáng)能上。水能：甘肅省水資源主要分屬黃河、長(zhǎng)江、內(nèi)陸河三個(gè)流域。黃河流域除黃河干流縱貫省境中部外，支流就有36條，該流域面積大、水利條件優(yōu)越，已建成的水力發(fā)電站有：劉家峽、鹽鍋峽、八盤峽、大峽、寺溝峽等。長(zhǎng)江水系包括省境東南部嘉陵江上源支流的白龍江和西漢水，水源充足，年內(nèi)變化穩(wěn)定，冬季不封凍，河道坡降大，且多峽谷，蘊(yùn)藏有豐富的水能資源，已建成碧口、沙川壩、苗家壩、麒麟寺等水電站。內(nèi)陸河流域包括石羊河、黑河和疏勒河等，年總地表徑流量174.5億立方米，流域面積27萬(wàn)平方公里。河流大部源頭出于祁連山，并注入內(nèi)陸湖泊或消失于沙漠戈壁之中，具有流程短，上游水量大，水流急，下游河谷淺，水量小，河床多變等特點(diǎn)。但水量較穩(wěn)定，蘊(yùn)藏有豐富的水能資源，水電站有：黃藏寺、三道彎、松木溝、石羊嶺等。甘肅省水力資源理論蘊(yùn)藏量1724.15萬(wàn)千瓦，居全國(guó)第10位，可能利用開發(fā)容量1068.89萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量492.98億千瓦時(shí)。區(qū)位優(yōu)勢(shì)：甘肅省東鄰陜西省，南與四川省、青海省接壤，西部與新疆相鄰，北部與內(nèi)蒙古和寧夏連接，與蒙古國(guó)交界，是西部地區(qū)唯一具有承東啟西、南拓北展區(qū)域優(yōu)勢(shì)的省份。甘肅省交通位置十分重要。新亞歐大陸橋貫穿全境，是聯(lián)結(jié)亞太地區(qū)和亞歐地區(qū)乃至大西洋地區(qū)的重要通道。省會(huì)蘭州是西北最大的交通通信樞紐和網(wǎng)絡(luò)中心，是全國(guó)12大主干交通樞紐之一，蘭新、包蘭、隴海、蘭青等4條國(guó)家鐵路干線以及6條國(guó)道在此交匯。甘肅省有豐富的水資源，交通便利，和電資源，適合建化工廠。但是其極限性為甘肅省經(jīng)濟(jì)發(fā)展長(zhǎng)期依靠傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、自然資源、旅游等部門，結(jié)構(gòu)單一，又由于地處西部，信息閉塞，發(fā)展受到限制。工藝安全毒性丙酮主要是對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制、麻醉作用，高濃度接觸對(duì)個(gè)別人可能出現(xiàn)肝、腎和胰腺的損害。操作人員在操作時(shí)應(yīng)佩戴合適的呼吸器。消防適用滅火劑：化學(xué)干粉，酒精泡沫，二氧化碳滅火時(shí)可能遭遇之特殊危害：用水稀釋過(guò)之丙酮溶液，亦有可能燃燒。特殊滅火程序：1、用水滅火是無(wú)效的，但可使用噴水以冷卻容器。2、若未泄露物質(zhì)尚未著火，使用噴水以分散蒸汽。3、噴水可沖洗外泄區(qū)并將外泄物稀釋成非可燃性混合物。4、蒸汽可能傳播至遠(yuǎn)處，若與引火源接觸會(huì)延燒回來(lái)。儲(chǔ)藏與運(yùn)輸將丙酮儲(chǔ)藏于密封的容器內(nèi)，置于陰涼干燥有良好通風(fēng)的地方，遠(yuǎn)離熱源、火源和有禁忌的物質(zhì)。所有容器都應(yīng)放在地面上。安全與數(shù)理提供良好的通風(fēng)設(shè)備、防護(hù)服裝和呼吸器。移去熱源和火源。應(yīng)停止或減少泄露。用黃沙或其它吸收物吸收液體。廢料可在被批準(zhǔn)的溶劑焚爐燒掉或被指定的地方作深埋處理，遵守環(huán)境保護(hù)法規(guī)。操作處置與儲(chǔ)存

操作注意事項(xiàng)：密封操作，全面通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。儲(chǔ)存注意事項(xiàng)：儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)良好的專用庫(kù)房?jī)?nèi)，遠(yuǎn)離火種、熱源。庫(kù)房溫度不宜超過(guò)29攝氏度。應(yīng)與氧化劑、還原劑、堿類分開存放，切忌混儲(chǔ)。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。儲(chǔ)存應(yīng)備有泄露應(yīng)急處理和合適的收容材料。工藝設(shè)備設(shè)計(jì)成果一覽表課程設(shè)計(jì)名稱水吸收丙酮填料吸收塔的設(shè)計(jì)操作條件操作溫度30攝氏度操作壓力：0.12MPa物性數(shù)據(jù)液相氣相液體密度995.7kg/m3混合氣體平均摩爾質(zhì)量33.505kg/kmol液體粘度0.8105kg/(mh)混合氣體的平均密度1.3287kg/m3液體表面張力71.22mN/m混合氣體的粘度0.066kg/(mh)丙酮在水中的擴(kuò)散系數(shù)4.776X10-6m?/h丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)0.038m2/h重力加速度1.27X108m/h氣相平衡數(shù)據(jù)丙酮在水中的亨利系數(shù)E相平衡常數(shù)m溶解度系數(shù)H274.35kpa2.290.2016kmol/kPam3物料蘅算數(shù)據(jù)Y1Y2XIX2氣相流量G液相流量L最小液氣比操作液氣比0.06380.00190.027860226.86kmol/h756.06kmol/h21.22183.3327

工藝數(shù)據(jù)氣相質(zhì)量流量液相質(zhì)量流量塔徑氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單■-、 .兀咼度填料層高度填料層壓降739213516.08122.67m7.701.04810.0m6670.8pa填料塔附件除沫器液體分布器填料限定裝置填料支承板液體再分布器絲網(wǎng)式一級(jí)槽式床層限制版分塊梁式升氣管式6工程固定投資概算結(jié)果一覽表設(shè)備成本工程和費(fèi)用名稱技術(shù)指標(biāo)數(shù)量單價(jià)投資概算備注亂堆瓷拉西環(huán)填料25mmX25mmX2.5mm,填料因子為4501/m10m1000/方10001立方起批管式液體分布器1m,總部液孔數(shù)894000/個(gè)4000定做輸送管路①36.00X2.50mm的無(wú)縫鋼管，其內(nèi)徑為31.00mm,高度15m15m100/m1500離心汞揚(yáng)程：20m進(jìn)出口徑：進(jìn)25mm,出25mm130003000筒體(JB1153-73)60kg4/kg320材料費(fèi)封頭(JB1153-73)12.4kg4/kg50材料費(fèi)管法蘭HG20593-9715kg100容器法蘭JB/T4701-2000甲型平焊法蘭7/kg500人工費(fèi)，貨運(yùn)費(fèi)及組裝費(fèi)4000合計(jì)合計(jì)年產(chǎn)

值與

消耗產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力工作時(shí)間原料年產(chǎn)量年產(chǎn)值占地面積能源消耗場(chǎng)房租金處理量為年產(chǎn)

值與

消耗產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力工作時(shí)間原料年產(chǎn)量年產(chǎn)值占地面積能源消耗場(chǎng)房租金5860h/年丙酮與空氣的混合氣體817617359萬(wàn)m293440kw/年10萬(wàn)每年7參考文獻(xiàn)1李群生;新型高效丙酮精餾塔的研究與應(yīng)用[J]；北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）;1998年02期2高前進(jìn)；；吸附法分離丙酮空氣混合氣的工藝改進(jìn)[