水吸收丙酮填料塔设计物料衡算

内蒙古科技大学课程设计说明书

绪论

1.1吸收技术概况

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，因而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吸收过程对设备的要求及设备的发展概况

近年来随着化工产业的发展，大规模的吸收设备已经广泛用于实际生产过程中。对于吸收过程，能够完成分离任务的塔设备有多种，如何从众多的塔设备中选择合适类型是进行工艺设计的首要任务。一般而言，吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求，用较小直径的塔设备完成规定的处理量，塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，具有合适的操

长沙学院课程设计

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 .......................

清水吸收丙酮填料塔的设计书

（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。

1

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目录

前言 ..........................................................

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课程设计任务书

一、设计题目：水吸收氨气过程填料吸收塔的设计；

试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的氨气。混合气体的处理量为2600m3/h，其中含氨为7%（体积分数），混合气体的进料温度为25℃。要求：氨气的回收率达到98%。（20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3.kPa）

二、工艺操作条件：

（1）操作平均压力常压

（2）操作温度: t=20℃

（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定

（4）选用填料类型及规格自选。

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；

/ v .

. /

（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（A4号图纸）；

（10）绘制吸收塔设计条件图（A4号图纸）；

（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

目录

1. 设计方案简介 (1)

1.1设计方案的确定 (1)

1.2填料的选择 (1)

2. 工艺计算 (1)

2.1 基础物性数据 (1)

2.1.1液相物性的数据 (1)

2.1.2气相物性的数据 (1)

2.1.3气液相平衡数据 (1)

2.1.4 物料衡算 (1

1 精馏塔的物料衡算

1.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 MA=32.04kg/kmol 水的摩尔质量 MB=18.02kg/kmol

xF?xD?0.45/32.040.45/32.04?0.55/18.020.94/32.040.94/32.04?0.06/18.02?0.315?0.898

1.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量

MMF=0.315?32.04+(1-0.315) ?18.02=22.44kg/kmol =0.898?32.04+(1-0.898) ?18.02=30.61kg/kmol

D1.3 物料衡算

1.75?107原料处理量 F?330?24?22.44?98.467kmol/h

总物料衡算 98.467=D+W

甲醇物料衡算 98.467?0.315?0.898D?W??

联立解得 D=48.462kmol/h W=93.136kmol/h x?0.0005

WMW=0.0005?32.04+(1-0.0005) ?18.02=18.03kg/kmol

2 塔板数的确定

2.1 理论板层数NT的求取

名称及其结构

名称：乳聚丁苯橡胶，简称SBR（styrene-butadiene rubber） 分子式：

*HCCH2CH2CHCHCH2n*

其中n为平均聚合度，一般为350-10000

第6章 工艺计算

6.1 计算依据

一年产32000t丁苯橡胶，除去试车、检修等非生产时间，按8000h/a计算，一天24小时连续生产。根据典型配方，原料丁二烯70%，苯乙烯30%进料。

§6.2 生产过程总物料衡算

§6.2.1 总进料 SBR时产率：（1）需100%丁二烯： 4000?70%?2800kg/h

以2800kg/h为基准，扣除损耗3%丁二烯，则丁二烯流量为： 2800?(1?3%)?2716kg/h

按转化率60%计算，则100%丁二烯进料量为： 2716?60%?4526.667kg/h 折合摩尔流量：

4526.667?54?83.827kg/h

从原料车间来的丁二烯纯度一般达到99.5%，则需原料量： 4526.667?99.5%?4549.414kg/h 出料量：

320008000?4t/h?4000kg/h

4526.667?0.4?1810.667kg/h

三.工艺设计计算

3.1 物料横算

3.1.1物料衡算的意义

物料横算，是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量、废品量及消耗量。同时，还可拟定出原料消耗定额，并在此基础上做能量平衡计算。通过物料横算可算出：

(1) 实际动力消耗量

(2) 生产过程所需热量或冷量

(3) 为设备选型、决定规格、台数（或台时产量）提供依据

(4) 在拟定原料消耗定额的基础上，可进一步计算日消耗量，每小时消耗量等设备所需的基础数据。

综上所述，物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的，因此，物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。 3.1.2物料横算的方法

塑料制品的生产过程多采用全流程、连续操作的形式。 物料衡算的步骤如下：

(1) 确定物料衡算范围，画出物料衡算示意图，注上与物料衡算有关的数据。物料衡算示意图如下：

(2) 说明计算任务。如：年产量、年工时数等。

(3) 选定计算基准。生产上常用的计算基准有：①单位时间产品数量或单位时间原谅投入量，如：kg/h，件/h，t/h（连续操作常采用此种基准）；②加入设备的原料量（间歇操作常采用此种基准）。 (4) 由已知数据，根据下列公式进行物料衡算：

ΣG1=ΣG1+ΣG3

式中：ΣG1——进入设备的物

4反应釜设计计算

本课程设计的任务是年产1万吨腈纶聚合釜设计，采用二步法间歇水相沉淀聚合，以丙烯腈、醋酸乙烯酯、甲基丙烯磺酸钠为单体进行共聚。课程设计的主要内容是聚合釜的设计，所以在下面的物料衡算中主要计算与聚合釜有关的物料，其他的不作说明。根据上文中原料的选择与配比可以有如下条件：

(1)聚合温度45℃，聚合时间1h，反应操作周期τt＝2h，单釜聚合转化率82%，总转化率为97%，聚合pH值为2.0±0.2。

(2)聚合反应配方，三种单体的进料比 AN:VAc:MAS = 90:9:1 ,总单体浓度为33%，表4-1列出了其他原料与总单体的进料比值。

4-1其他原料加入量

原料名称

NaClO3

用量(相对总单体量)

0.5% 0.001% 2.0%

原料名称

NaNO3

用量(相对总单体量)

0.9% 0.43%

CuSO4·5H2O

NaHSO3

β－ME

4.1聚合釜物料衡算 4.1.1计算条件

因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，计算基准为kg·B?1。本课程设计的聚合釜的年产量是1万吨，年工作时数为7200小时，而丙烯腈三元共聚的反应操作周期τt=2h，这样一年就要生产的批次N( N= 7200／2=3600)。

4反应釜设计计算

本课程设计的任务是年产1万吨腈纶聚合釜设计，采用二步法间歇水相沉淀聚合，以丙烯腈、醋酸乙烯酯、甲基丙烯磺酸钠为单体进行共聚。课程设计的主要内容是聚合釜的设计，所以在下面的物料衡算中主要计算与聚合釜有关的物料，其他的不作说明。根据上文中原料的选择与配比可以有如下条件：

(1)聚合温度45℃，聚合时间1h，反应操作周期τt＝2h，单釜聚合转化率82%，总转化率为97%，聚合pH值为2.0±0.2。

(2)聚合反应配方，三种单体的进料比 AN:VAc:MAS = 90:9:1 ,总单体浓度为33%，表4-1列出了其他原料与总单体的进料比值。

4-1其他原料加入量

原料名称

NaClO3

用量(相对总单体量)

0.5% 0.001% 2.0%

原料名称

NaNO3

用量(相对总单体量)

0.9% 0.43%

CuSO4·5H2O

NaHSO3

β－ME

4.1聚合釜物料衡算 4.1.1计算条件

因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，计算基准为kg·B?1。本课程设计的聚合釜的年产量是1万吨，年工作时数为7200小时，而丙烯腈三元共聚的反应操作周期τt=2h，这样一年就要生产的批次N( N= 7200／2=3600)。

名称及其结构

名称：乳聚丁苯橡胶，简称SBR（styrene-butadiene rubber） 分子式：

*HCCH2CH2CHCHCH2n*

其中n为平均聚合度，一般为350-10000

第6章 工艺计算

6.1 计算依据

一年产32000t丁苯橡胶，除去试车、检修等非生产时间，按8000h/a计算，一天24小时连续生产。根据典型配方，原料丁二烯70%，苯乙烯30%进料。

§6.2 生产过程总物料衡算

§6.2.1 总进料 SBR时产率：（1）需100%丁二烯： 4000?70%?2800kg/h

以2800kg/h为基准，扣除损耗3%丁二烯，则丁二烯流量为： 2800?(1?3%)?2716kg/h

按转化率60%计算，则100%丁二烯进料量为： 2716?60%?4526.667kg/h 折合摩尔流量：

4526.667?54?83.827kg/h

从原料车间来的丁二烯纯度一般达到99.5%，则需原料量： 4526.667?99.5%?4549.414kg/h 出料量：

320008000?4t/h?4000kg/h

4526.667?0.4?1810.667kg/h