化工原理课程设计任务书(均相物系分离系统的设计丙酮与蒸汽的分离)

1、2009化工原理课程设计丙酮蒸汽空气均相物系分离系统设计化工原理课程设计任务书一、 课程设计课题 均相物系分离系统的设计二、 承担人员及任务分担组长 张鹏 组员 曾繁华 张程 张楠 赵宏源 赵宏磊 为了让我组成员更多的参与到课程设计中去，我们采取了具体分工与相互合作的方法，其任务承担如下：1. 方案设计： 张鹏 张楠2. 工艺设计： 张程 张鹏3. 设备设计： 赵宏源 张程 张鹏4. 程序设计： 赵宏磊 曾繁华 张程5. 工程制图： 张鹏 赵宏磊6. 总体设计与排版 张楠 张鹏 赵宏源 曾繁华三、 实施时间 第20周至第21周四、 设计任务说明分离物系：丙酮蒸汽和空气的混合气体原料状态：丙酮蒸

2、汽的含量0.05（体积），t=303k，p=100kpa分离要求：回收率（94%-98%），吸收液的浓度为溶解度的75%，自行选定吸收剂。生产能力：2400m3/h操作压力：自行选定五、 设计的基本内容1. 方案设计：流程设计、设备初选等。2. 工艺设计：物料衡算、热量衡算、操作条件选定等。3. 设备设计：填料塔内件、管路、泵、换热器分离设备等的选定。4. 程序设计：物性的关联计算、物料与热量衡算、系统功率、设备性能参数等的计算程序。5. 工程制图：工艺流程图、主要设备结构示意图。六、 设计报告要求1、 内容顺序见附2.2、 重要的公式、数据和结论要注明出处（加引文号），并在操考文献中列出。公

3、式和数据要同时列出所在页。3、 符号说明的格式要统一，符号在前，说明在后。例如：-密度七、 进度要求文献资料查阅2天，设计计算7天，符号整理1天。目录前言-4符号说明-6第一部分 方案设计一、 流程设计-8二、 设备初选-9三、 填料的选择-10四、 吸收剂的选择-12第二部分 工艺设计及计算一、 基础物性数据-15二、 物料衡算-16三、 塔径计算-17四、 塔高计算-19五、 填料层压降-23第三部分 设备设计一、 填料塔的设计-25二、 管路设计-28三、 离心泵的选择-29四、 风机的选择-32第四部分 程序设计一、 水流量计算程序-34二、 吸收塔塔径计算程序-35三、 吸收塔塔高计

4、算相关程序-37四、 离心泵，风机型号的计算程序-38第五部分 设计结果-40第六部分 附图-42第七部分 讨论与总结-46前言 课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论系实际的桥梁，是体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过化工原理课程设计，要求我们能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融汇贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。气体吸收是重要的化工单元操作之一。用适当的液体吸收剂处理气体混合物以去除其中一种或多种组分的操作。按吸收性质分化学吸收和物理吸收两大类。广泛应用在合成氨、石油化工及废气处理中。本次课程设计的题目

5、是均相物系分离系统设计，要求分离丙酮蒸汽和空气，采用吸收的单元操作。气体溶解于液体之中；常常伴随着热效应，当发生化学反应时，还会有反应热，其结果是使液相温度逐渐升高，这样的吸收过程称为非等温吸收。但若热效应很小，或被吸收的组分在气相中浓度很低而吸收剂的用量相对很大则；温度升高并不显著，可认为是等温吸收。如果吸收设备散热良好，能及时引出热量而维持液相温度大体不变，自然也应按等温吸收处理。吸收过程进行的方向与限度取决于溶质在气液两相中的平衡关系。当气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由气相向液相转移，即发生吸收过程。反之，如果气相中溶质的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶

6、质便由液相向气相转移，即发生吸收的逆过程，这种过程称为脱吸（或解吸）。脱吸与吸收的原理相同，所以，对于脱吸过程的处理方法也完全用以对照吸收过程加以考虑。在本次设计中，我们讨论的是低浓度单组分等温物理吸收，且没有涉及到脱吸部分，因为脱吸实际是吸收的逆过程，所以吸收塔的设计和选择与吸收基本相同，填料选用同样的材质和规格，塔高塔径也可以一样，塔内件的设计包括填料支撑装置，填料压紧装置，液体分布器和除雾器的设计也基本一样。符号说明h溶解度系数kmol/(kpam3)e亨利系数kpal液体喷淋密度m3/m2hl、ls液体流量 m3/hgb、g混合气体流量 m3/huv 气体质量通量kg/(m2h)ul

7、液体质量通量kg/(m2h)u 空塔气速m/suf 泛液速m/syb、ya 出入塔气体组成的摩尔比xb、xa出入塔液体组成的摩尔比yb、ya出入塔气体组成的摩尔分率xb、xa出入塔液体组成的摩尔分率l 水的密度 kg/m3v 混合气体密度kg/m3l 水的粘度pasv 空气的粘度pasl 水的表面张力mn/mv 填料材质的临界表面张力 dyn/cmdv so2在空气中的扩散系数 cm2/sdl so2在水中的扩散系数cm2/se so2在水中的亨利系数kpam 相平衡常数 无因次t 填料总比表面积 m2/m3 填料层空隙率 m3/m3l液相质量流量 kg/hv气相质量流量 kg/hkg气相传质

8、系数 kmol/(m2hkpa)kl液相传质系数 m/hnog传质单元数 无因次hog传质单元高度 mz填料塔高度 m液相密度校正系数填料因子 l/mp压力 kpav原料气进量 m3/ht 温度 r 气体通用常数 kj/(kmolk)d塔径 md填料直径 mmu液体喷淋密度 m3/(m2h)(lw)min最小湿润速率 m3/(mh)第一部分 方案设计一、流程的确定吸收塔设备是气液接触的传质设备，一般可分为级式接触和微分接触两类。一般级式接触采用气相分散，设计采用理论板数及板效率；而微分接触设备常采用液相分散，设计采用传质单元高度及传质单元数。吸收是气液传质的过程，应用填料塔较多。而塔填料是填料

9、塔的核心构件，它提供了塔内气液两相接触而进行传质和传热的表面，与塔的结构一起决定了填料塔的性能。吸收装置的流程主要有以下几种：1、逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相由塔顶进入有塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。2、并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力的影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需要吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易容易引起液泛。 此

10、外，吸收装置的流程还有吸收剂部分再循环操作、多塔串联操作和串联并联混合操作等；根据本次任务所操作的均相混合物系的物化性质，用水吸收丙酮属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，采用逆流吸收流程。二、设备初选设备选择原则1.处理气体的能力大；2.操作费用低；3.气液间有较大的接触面积，气液湍动程度高，吸收率高；4.气液比值可在较大幅度内调节，压力损失小；5.结构简单，操作简单，易于维修，投资小。塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛使用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。塔填料的研究与应用已获得长足的发展，鲍尔环、阶梯环、莱佛厄派克环、金属环

11、矩鞍等的出现标志着散装填料朝高通量、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。工业上，评价塔设备的性能指标主要有以下几个方面：（1） 生产能力板式塔与填料塔的液体流动和传质机理不同。板式塔的传质是 通过上升气体穿过板上的液层来实现的，而填料塔的传质是通过上升气体和靠重力沿填料表面下降的液流接触实现。填料塔的生产能力一般均高于板式塔。（2） 分离效率在减压、常压和低压（压力小于0.3mpa）操作下，填料塔的分离效率明显优于板式塔，且具有较高的分离效率。（3） 压力降填料塔由于空隙率高，故其压降远远小于板式塔。压降低能降低

12、操作费用，节约能耗。（4） 操作弹性一般来说，填料本身对气液负荷变化的适应性很大，故填料塔操作弹性取决于塔内件的设计，特别是液体分布器的设计，因而可根据实际需要确定填料塔的操作弹性。（5） 结构、制造及造价一般来说，填料塔的结构较板式塔简单，故制造、维修也比较方便，而填料塔的造价通常高于板式塔。但填料塔的持液量小于板式塔，持液量大，可使其操作稳定，不易引起产品的迅速变化，故板式塔较填料塔更易操作。在传统的设计中，蒸馏过程多选用板式塔，而吸收过程多选用填料塔。对于本次分离过程，我们根据生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性等要求，并结合制造、维修、造价等因素综合考虑，初选用填料塔完成此次操作。在整

13、个分离过程中，除他设备外，还需泵、风机、换热器等设备。其具体型号及操作条件的选择有后面的计算所定。三、 填料的选择在选择塔填料时，应该考虑如下几个问题：1 面积大比表面积是指单位堆积体积填料所具有的表面积；2 分布性能要好主要有如下三个方面：a填料在塔内装填之后，整体结构均匀。b填料在塔内堆放形状应有利于液体向四周均匀分布。c减轻液体避免偏流。3. 填料种类要确定填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，可以分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形

14、填料等。几种比较典型的散装填料有拉西环填料、阶梯环填料、弧鞍环填料、矩鞍环填料和环矩鞍环填料等。规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料的种类很多，根据其几何结构可分为隔山填料、波纹填料、脉冲填料等，工业上应用的规整填料大都是波纹填料。规整填料适用于要求较精密、难分离物系或热敏性物系的分离，但其造价高、装卸清理困难，不适于本次分离任务。散装填料的阶梯环减小了气体通过填料层的阻力，增加了填料的机械强度，同时也增加了填料减的空隙，有利于传质效率的提高，是目前所使用的环形填料中最为优良的一种。故在本次设计中采用散装填料。4. 填料材质要合适工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类

15、。 陶瓷填料 具有良好的耐腐蚀及耐热性，一般能耐除氟酸以外的各种无机酸、有机酸的腐蚀。但因其质脆、易碎，不宜在高冲击强度下使用。陶瓷价格便宜，具有很好的表面湿润性能，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程。 金属填料 可用多种材质制成，主要根据物系的腐蚀性和技术材质的耐腐蚀性来综合考虑。耐腐蚀性和造价因材质不同差别很大。金属填料与同种类型、同种规格的陶瓷、塑料填料相比，其通量大，气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用。 塑料填料 主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国内一般多采用聚丙烯。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其

16、耐温性良好，可长期在100下使用。塑料填料具有质轻、价廉、耐冲击、不易破碎等优点。 由于本次设计是在常压（101.3kpa）,常温（57c）下进行的，我们决定选用聚丙烯阶梯环填料。 四、吸收剂的选择对于吸收操作,选择适宜的吸收剂,具有十分重要的意义。其对吸收操作过程的经济性有着十分重要的影响。一般情况下,选择吸收剂,要着重考虑如下问题。1对溶质的溶解度大所选的吸收剂多溶质的溶解度大,则单位量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下,吸收剂的用量小,可以有效地减少吸收剂循环量,这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面,在同样的吸收剂用量下,液相的传质推动力大,则可以提高吸

17、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.挥发度要低 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。以上四个方面是选择吸收剂时应考虑的主要问题,其次,还应注意所选择的吸收剂

18、应具有良好的物理、化学性能和经济性。其良好的物理性能主要指吸收剂的粘要小,不易发泡,以保证吸收剂具有良好的流动性能和分布性能。良好的化学性能主要指其具有良好的化学稳定性和热稳定性,以防止在使用中发生变质,同时要求吸收剂尽可能无毒、无易燃易爆性,对相关设备无腐蚀性(或较小的腐蚀性)。吸收剂的经济性主要指应尽可能选用廉价易得的溶剂。实际上很难找到一个理想的吸收剂，满足以上所有的要求，对于吸收中所用的吸收剂，应综合考虑各种因素，抓住主要几点，就可以了。查工具书可知道，在通常情况下，丙酮与水可以任意比互溶，故本吸收塔选用水作为吸收剂。二、工艺设计及计算一、 基础物性数据1、气相物性数据混合气体平均摩尔

19、质量为：mvm=yimi=290.95+580.05=30.45 （g/mol）混合气体的平均密度为：vm=pmvm/rt=10030.45/（8.314330.115）=1.109 （kg/m3）混合气体的粘度近似为空气的粘度，查手册1得57空气的粘度为： v=1.99510-5 pas=0.0718 kg/（mh）丙酮蒸汽在空气中的扩散系数：dv=1.01310-5330.151.75（158+129）1/210020.113+(16.53+1.986+5.48)1/3=8.69110-5 m2/s=0.31288 m2/h2、液相物性数据由手册2查得，常压下57时水的一系列数据如下：密度

20、为 l=984.716 kg/m3粘度为 l=0.4907 mpas表面张力为 l=66.65 mn/m =863784 kg/h2丙酮在水中的扩散系数为 dl =d1（t21/t12）=1.1610-5（330.151.005/2930.4907）=2.67710-5 cm2/s=9.637210-6m2/h3、气液相平衡数据通过手册3可查到，在57下，丙酮和水的相平衡常数由y=m x得：m=0.963/0.95=1.01368平衡时溶液浓度为 c=l/ml=（0.95792+0.05984.716）/0.9558+0.0529 =14.1757kmol/m3所以溶解度系数为 h=c/mp=

21、14.1757/1001.01368=0.1412kmol/（kpam3）二、物料衡算 在吸收塔设计时，需要处理的惰性气体流量v及气体初、终浓度yb与ya已由任务规定，吸收剂的入塔浓度xa常由工艺条件决定，而吸收剂用量ls及吸收液浓度xb，互相制约，需由设计者合理选定。具体计算如下：进塔惰性气相流量为 gb=24003240273.15273.15+57(1-0.05)=84.1663kmol/h进塔气相摩尔比 yb=yb1-yb=0.051-0.05=0.05263出塔气相摩尔比 ya=(1-96%)yb=0.040.05263=2.105310-3水做吸收剂，进入吸收塔时不含丙酮。所以 x

22、a=0 = xa=0由相平衡方程知塔底吸收剂xb*=yb/m= yb/1.01368=0.04932523因已知吸收剂浓度为溶解度得75%所以有xb=0.75xb*=0.036994xb=xb1-xb=0.038359根据全塔物料衡算 gb(yb-ya)=ls(xb-xa)得 lsgb=yb-yaxb-xa=0.05263-2.105310-30.038359=1.317154因为 gb=240022.4273330.151-0.05=84.1663kmol/h所以 ls=gblsgb=84.16631.317154=110.8600kmol/h所以操作线方程为y=lsgbx+(ya-lsgb

23、xa)=1.317154x+2.105310-3三、塔径计算1.空塔气速的确定泛点气速的确定根据贝恩霍根关联式（查工具书3）lguf2gt3pvptl2=a-klv14pvpl18对于塑料阶梯环a=0.204（关联常数）k=1.75 （关联常数）g重力加速度 9.81m/st 填料总比表面积 118m2/m3填料层空隙率 0.93m3/m3v气相密度 1.109 （kg/m3）气相的平均摩尔质量 mv=30.45g/moll 液体粘度 0.4907 mpas液相质量流量 l=110.860018kg/h=1.995103kg/h气相质量流量 v=84.166329kg/h=2.44103kg/

24、hf 泛液速度取dn50聚丙烯阶梯环at=114.2 =0.927(经查表1得)将数据带入贝恩-霍根关联式得f=4.96m/s对于散装填料uuf=0.50.85 ，取0.6则u=0.6uf=0.64.96=2.97600算出塔径得d=4vsu=0.530.6取0.6校核 得umin=2.359又因为uminuf=0.478 符合3. 液体喷淋密度的验算u=lh0.785d2u 液体喷淋密度 m3/(m2h)lh(液体喷淋量) m3/hd(填料塔直径) d =700mm解得 u=15.267m3/(m2h)对于直径不超过75mm的散装填料可取最小润湿速率(lw)min为0.08 m3/(m2h)

25、查表1得at=228m2/m3umin=(lw)minatu 合适四、塔高计算1. 传质单元数的计算对于低浓度气体，操作线及平衡线均为直线时传质单元数： nog=yb-yaymym=yb-yalnybyayb=yb-yb*= yb-mxb=0.0125ya=ya-ya*=ya-mxa=ya=0.002ym=5.7310-3nog=yb-yaym=8.3769采用另一种方法验算：传质单元数nog的验算nog=11-sln1-s yb-mxa ya-mxa+s脱吸因数 s=mv/l=0.7696解得 nog=8.1438与前面所得数相差无几，故正确。2. 传质单元高度hog的计算气相传质系数根据修

26、正的恩由公式kg=0.237uvtv0.7vvdv1/3tdvrt气体质量通量 uv=24001.1090.7850.72=6919.54kg/(m2h) t=228m2/m3v混合气体粘度，近似取为57时空气的粘度 v=0.0718kg/（mh） v=1.109kg/m3溶质在气体中的扩散系数 dv=0.31288 m2/h带入数据kg=0.2376919.542280.07180.70.07181.1090.31288132280.312888.314330.15 =0.2510kmol/（m2hkpa）液相传质系数填料塔有效比表面积wt=1-exp-1.45cl0.75ultl0.1ul

27、2tl2g-0.05ul2llt0.2液体的质量通量 ul=1.995103/（0.7850.72）=5186.53 kg/(m2h)c填料材质的临界表面张力 c=33 dyncm=3312960=427680kg/h2l液体的表面张力： l=66.65mn/m =863784 kg/h2 t=228m2/m3 l=0.4907 mpas=1.76652 kg/（mh） l=984.716kg/m3 g=9.81n/kg=1.27108m/hdl:丙酮在水中的扩散系数 dl=2.67710-5 cm2/s=9.637210-6m2/h带入数据得： wt=1-exp-1.454276808637

28、840.755186.532281.766520.15186.532228984.71621.27108-0.055186.532984.7168637842280.2 wt=1-e-4.723=0.991所以，w=2280.991=225.97根据修正的恩由公式kl=0.0095ultl2/3lldl-1/2lgl1/3ul： 液体质量通量 ul=5186.53 kg/(m2h)w： 填料的湿润比表面积 w=2280.991=225.97带入相关数据，求得：kl=0.00955186.53225.871.76652231.76652984.7169.637210-6-121.766521.2

29、7108984.71613 =0.2350m/h故kga=kgw1.1=0.2510225.971.451.1=85.355kmol/(m3hkpa)kla= klw0.4=0.2350225.971.450.4=79.914l/h因为：uuf=0.553修正公式：kga=1+9.5uuf-0.51.4kgakla=1+2.6uuf-0.52.2kla将数据代入，得：kga=1+9.5（0.533-0.5）1.485.355=98.627 kmol/(m3hkpa)kla=1+2.6（0.533-0.5）2.279.914=80.238l/h则 hog=vkgap其中 kga=11kga+1h

30、kla=1198.627+10.141280.238=10.16式中，h（溶解度系数）=0.1412kmol/（kpam3） （塔截面积）=0.7850.72=0.38465m2 v为进料塔惰性气相流量hog=84.166310.161000.38465=0.2154m所以：z=hognog=0.21548.3769=1.804m一般取安全高度 z=（1.21.5）z取填料层高度z=1.4z=1.41.804=2.53m将填料层高度取整为3m查散装填料分段告诉推荐值对阶梯环填料hd=30.7=4.288 ，故不需分段五、填料层的压降根据埃克通用关联图（附图）：横坐标：lvvl0.5=1.995

31、1032.441031.109984.7160.5=0.02743查散装填料压降填料因子平均值表:dn25的填料因子p=176/m=h2o/l=1纵坐标：u2gvl0.2=2.19217619.811.109984.7161.766520.2 =0.00851查图知 pz=60pa填料层压降 p=602.53=151.8pa第三部分 设备设计一、 填料塔的设计 因为吸收是在100kpa，57下进行的，又因为丙酮为有机物，所以材料要有一定的耐腐蚀性，综合各方面情况考虑，我们决定选用不朽耐酸钢，钢号为 0cr17ti，它具有耐腐蚀的性能，同时加工性能也不错。填料塔內件的设计填料塔的内件主要有填料支

32、承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。1、 填料支承装置填料支承装置的作用是支承塔内的填料。常用的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等。对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型支承装置；对于规整填料，通常选用栅板型支承装置。设计中，为防止在填料支承装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支承装置的自由截面积应大于75%。2、 填料压紧装置为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。填料压紧装置有压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等不同的类型。对于散装填料，可选用压紧网板，也可选

33、用压紧栅板，在其下方，根据填料的规格敷设一层金属网，并将其与压紧栅板固定。设计中，为防止在填料压紧装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料压紧装置的自由截面积应大于70%。3、 液体分布装置 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。工业应用以管式、槽式及槽盘式为主。管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其突出的特点是结构简单，供气体流过的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，操作弹性一般较小。管式液体分布器多用于中等以下液体负荷的填料塔中，设计中通常用管式液体分布器。（1）对液体分布器的要求使液体初始分布均匀；使气流有很大的自由通载面；不宜堵塞、不夹带液体，装置部件可通过入孔处进

34、行安装、拆卸；有较宽的操作弹性（最大流量/最小流量）不应导致壁流可用多种材料制作，且制造安装方便，容易调整水平。（2）液体分布器的选型该吸收塔的塔径700mm，而多孔直管式喷淋器的适用范围为600d800，并且其液体负荷为中等以下，所以选择多孔直管式喷淋器。（3）分布点密度计算按eckert建议值，d=700mm时，喷淋点密度为193点/m2，所以，塔径为700mm时，根据需要取喷淋点密度为193点/m2布液点数为： n=1/4 d2=0.7850.7219374点(4) 液体分布器布液能力的计算液体分布器布液能力的计算是液体分布器设计的重要内容。设计时，按其布液作用原理不同和具体结构特性，选

35、用不同的公式计算。其中，多孔型分布器布液能力的计算公式为 ls=4d02n（2gh）式中 ls液体流量，m3/s； n开孔数目(分布点数目)；孔流系数，通常取0.550.60；d0孔径，m；h开孔上方的液位高度，m。代入数据得：（取0.60，h=200mm）d0=0.028m3、 除雾器设计要求：减小液体夹带损失，确保液体纯度。4、 尾气处理由于丙酮具有一定的毒性，且与水互溶，所以我们决定采用水来吸收尾气，即塔顶气体通过一定的管路通入道尾气吸收槽中。5、 填料塔总高度：填料层高度： 3 m接管部分： 1.8m除雾器安装高度： 0.2m所选的除雾器高度：0.3m液体分布器： 0.3m因此，总高度

36、为h总= 5.6m ，再加上限制板等本身所占得到的高度，取全塔高度为6m二、 管路的设计1. 管路直径的确定 输送气体和水通常都采用无缝钢管 原料气体进气量为2400m3/h，选用圆形管道，以d为管道内经，查得钢管内气体流速通常为1020m/s,如下表所示：表 钢管内流速的范围流体类型 使用条件流速，m/s流体类型使用条件流速，m/s一般液体泵进口0.51一般气体管路（常压）1020泵出口或管路1.53管路或泵出口0，150.6粘性液体泵进口0.050.25水蒸汽管路（压力不高）2040即10u=vsa=240036003.144d220计算得0.210md0.291m综合考虑，在现有无缝钢管

37、中选择2257的无缝钢管。（化工机械手册，热轧不锈钢无缝钢管（gb277080），p530，天津大学出版社）2. 输送液体管路。原料水进料量2.026m3/h,即5.62710-4 m3/s，使用圆形管道，以d表示其内径，则： d=4vsu,其中，vs=5.62710-4 m3/s，由上表知，一般液体在无缝钢管内的流速为1.53m/s即1.545.62710-43.14d23可解的15md21m，综合考虑，在现有无缝钢管中选择284的无缝钢管。（化工机械手册，冷轧不锈钢无缝钢管（gb277080），p531，天津大学出版社）三、 离心泵的选择用泵输送温度为57，密度为984.716kg/m3的

38、水进入填料塔里，进料量为0.554kg/s,贮槽表面为大气压，填料塔内保持100kpa压力（表压为0）。管路为284的不锈钢管，其上装有孔板流量计（其阻力系数为8.25）一个。全开阀两个，标准弯头四个。在水槽平面与喷口处列伯努里方程，得：we=（z1-z2）g+p2-p1+u12-u222+hf 其中，z1=0. z2=5m，p1=0（表面压），p2=0（表压）u1=0， u2=1.79m/s查得：57度时水的粘度： =0.4907mpas=0.90710-3ns/m2则 re=du=0.021.79984.7160.90710-3=7.184104取钢管e=0.2则 =0.1ed+68re0

39、.23=0.170表1.4局部阻力来源数量在贮槽进入管中0.510.5孔板8.2518.25全开阀0.1720.34标准弯头0.7543.0总计12.09总阻力 hf= hf+ hf=ldu22+u22=0.1780.021.7922+12.091.7922=128.3j/kg将以上各值代入*式得we=59.8+1.7922+128.3=178.9 j/kg hmax=178.99.8=18.25安全系数取1.1，则泵的扬程为he=1.1hmax=20.08mqmax=we=2.0259m3/h安全系数取1.1，则泵的流量为qe=1.1qmax=2.228m3/h由以上所计算的流量及扬程，应选

40、择2bl-6a型的离心泵。2bl-6a型的离心泵的特性如下：流量： 20m3/h扬程： 25.2m转速： 2900r/min轴功率： 2.08kw效率： 65.6%所用电动机功率： 3kw允许吸上真空高度：hs=7.2m叶轮直径： d=148mm此泵在工作状态下的理论功率为：ne=heqeg=20.082.2283600984.7169.81=0.194kw实际功率为： n=ne=0.19465.6%=0.296kw离心泵的安装高度为了避免发生气蚀，离心泵的允许安装高度为： zs允许=hs-ue22-hf 式中hs 为泵的入口管的液体流速hf 为吸入管线由s到e的压头损失。确定了离心泵的型号后

41、，可查的气蚀余量为：he=m，且ue=m/s吸入管的压头损失主要是由管路、阀门和标准弯头等头等元件引起的，则 hf=0.17+0.75+0.5=1.42m把数据代入zs允许=hs-ue22-hf，得： zs允许=hs-ue22-hf=7.2-1.7922g-1.42=5.62m即把离心泵的最大安装高度不超过5.62m为宜。考虑到实际安装条件，把泵安装在地面比较方便。四、 风机的选择：风机选择的总原则是能使设备在系统中安全、经济地运行。选择的内容主要是确定它的形式、台数、规格、转速以及与之配套的电动机功率。风机的选择步骤：1.了解整个工程工况装置的用途、管路分布、装机位置、被输送气体的性质等。2

42、.根据伯努利方程式，计算输送系统所需的实际风压。考虑计算中的误差及漏风等未见因素而加一个附加值，并换算成实验条件下的风压。3.根据所输送气体的性质及风压范围，确定风机类型。若输送的是清洁空气，或与空气性质相近的气体，可选用一般类型的离心通风机。4.把实际q（以风机进口状态计）乘以一安全系数，即加上一个附加值，并换算成实验条件下的风量。5.按实验条件下的风量与风压，从风机的产品样本或产品目录中的特性曲线或性能表选择合适的机号。6.根据风机安装位置，确定风机旋转风向和风口角度。7.若所输送气体的密度大于1.2kg/m3时，则需核算轴功率。选择计算： 根据工况要求的风量和风压，考虑加附加值，即：q=

43、1.05*2400=2520m3/hp=1.1*150=165pa将使用工况状态下的风量和风压换算为实际标准状态下的风量和风压分别为：q20=q=2520 m3/hp20=p101325100000 =16510132510000057+273293=188pa按风机产生的风压来分：1.通风机终压不大于14.7103pa(表压)。2.鼓风机终压为14.7103294103pa(表压)。3.压缩机终压在294103(表压)以上，压缩比大于4.故选离心通风机47211no5nod左0。转速 1450r/min全压 790pa风量 3864m3/h电机型号 y100l1-4功率 2.2kw（化工数据

44、手册）四、程序设计一、水流量计算程序输入原料液中丙醇蒸汽回收率w，作为变量；输入常数xa，ya，m，gb1.流程图有平衡方程y=mx，可求出xb*，根据浓度是溶解度的75%，可以求出实际的xb，由全塔物料平衡gbyb-ya=ls(xb-xa)可以求出用水量2.c语言程序main()float xa,xb,xa,xb,ya,yb,ya,yb,ls,gb,m,w;scanf(“%f”,&w);xa=0,xa=0;yb=0.05;m=1.01368;gb=84.1663;yb=yb/(1-yb);ya=(1-w)*yb;ya=ya/(1+ya);xb=yb/(m*0.75);xb=xb/(1-xa);ls=gb*(yb-ya)/(xb-xa);printf(“ls=%fn”,ls);printf(“xb=%fn”,xb);二、吸收塔塔径计算程序1流程图输入液体流量ls根据贝恩霍根关联式:lguf2gt3vll0.2=a-klv14vl