文档介绍：第一章概述
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:
根据给定的分离任务,确定吸收方案;
根据流程进行过程的物料和热量衡算,确定工艺参数;
依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计;
绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图;
编写工艺设计说明书。
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,填料的材质以陶瓷、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。
化工生产中吸收操作广泛应用于混合气体的分离:
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。
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。
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。
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
处理量为2100空气-丙酮混合气填料吸收塔设计
操作条件
①混合气(空气、丙酮蒸汽)处理量:2100。
②进塔混合气含丙酮 %(体积分数);相对湿度:70%;温度:35℃;
③进塔吸收剂(清水)的温度25℃;
④丙酮回收率:90%;
⑤操作压强:常压。
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。
(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;另一是比较填料层单位传质效率的比压降。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,以保证塔内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、、、、等