丙酮与空气的混合气体吸收

课程设计 题 目 处理量为6000m3/h丙酮与空气的混合气体吸收 学 院专 业 化学工程与工艺 班 级 化工 学 号 二O一四年十二月十六日 目 录

第一节 前言 ............................................................ 4

1.1 设计任务 ........................................................ 4

1.2 操作条件 ........................................................ 4

1.3 丙酮的介绍...................................................... 4 1.4 填料塔的主体结构与特点.................................... ...... 4

1.5 原料来源 ....................................................... 5

1.6 设计条件 ........................................................ 5

1.7 设计内容 ........................................................ 5

第二节 填料塔主体设计方案的确定........................................ 6

2.1 装置流程的确定 .................................................. 6

2.2 吸收剂的选择 ................................................... 6

2.2.1 溶质的溶解度.............................................. 6

2.2.2 对溶质有较高的选择性...................................... 6

2.2.3 挥发度.................................................... 6

2.3 吸收流程的选择 .................................................. 6 2 .4 吸收塔填料的选择 ............................................... 7

2.5 丙酮回收工艺 ................................................... 10

2.6 水吸收工艺 ..................................................... 10

第三节 物料衡算..................................................... 11

3.1 液相物性数据 ................................................... 11

3.2 气相物性数据 ................................................... 12

第四节 填料塔的工艺尺寸的计算 ......................................... 12

4.1 塔径的计算...................................................... 12

4.2 泛点率校核...................................................... 14

4.3 核算径比........................................................ 14

4.4 填料塔填料层高度的计算.......................................... 14

4.5 塔附属高度的计算................................................. 16

第五节 筒体和封头的设计.......................................... 16

5.1 筒体的设计...................................................... 16

5.2 手孔的设计....................................................... 17

5.3 法兰的设计....................................................... 17

5.4 物料衡算........................................................ 18

5.5 压力降.......................................................... 19

5.6 物离心泵........................................................ 19 注:

1 工艺选择性........................................................ 21

2 工艺选址.......................................................... 21

3 工艺安全.......................................................... 22

4 工艺设备设计成果一览表............................................ 23

5 工艺管道设计成果一览表............................................ 24

6 工程固定投资概算结果一览表........................................ 25

7 参考文献.......................................................... 25

8 主要符号说明...................................................... 26

附件一:空气-丙酮混合气填料吸收塔设计塔设备图.......................28

附件二:空气-丙酮混合气填料吸收塔设计平面布置图......................... 29

附件三:空气-丙酮混合气填料吸收塔设计物料流程图......................... 30 附件四:空气-丙酮混合气填料吸收塔设计带控制点的流程图............. 31

附件五:空气-丙酮混合气填料吸收塔设计管道布局图.....................32

第一节 前言

1.1 设计任务:

处理量为6000m3/h(标准状态) 丙酮与空气的混合气体填料吸收塔设计

1.2 操作条件:

混合气体的处理量:6000m3/h(标准状态);

混合气体组成:空气0.94,丙酮0.06(均为摩尔分数);

要求丙酮的回收率:97%;

混合气温度:30℃,压力0.12MPa。

1.3 丙酮的介绍

丙酮作为一种良好的有机溶剂,大量用于化工生产过程,特别是在制药工业

和醋酸纤维工业中有着广泛应用,由于丙酮的沸点较低,挥发性强,所以丙酮大量存在于生产过程产生的废气中,对环境和人体的健康造成极大的危害。对废气中的丙酮进行回收,使其能达标排放,可减轻对环境的污染和对人体的伤害,同时也可以减少丙酮的消耗,节约运行成本。

丙酮是一种无色透明液体,有特殊的辛辣气味,易燃、易挥发,化学性质较活泼,是化学制药行业和精细化工行业中的一种非常重要的溶剂[1-2]。由于丙酮易挥发,在使用及生产过程中会与空气形成混合气体,这既浪费了原料又污染了环境。所以,对丙酮回收系统进行优化研究具有重要意义。

1.4 填料塔的主体结构与特点

结构:

造,所以她特别适用于处理量肖,有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部,并在填料的表面呈膜状流下,气体从塔底的气体口送入,流过填料的空隙,在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化,所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。

1.5 原料来源:

在烟用二醋酸纤维素丝束的工艺生产过程中,丙酮作为溶剂被大量地用于溶解二醋酸纤维素片,将二醋酸纤维素片制成一定浓度的浆液,浆液经过纺丝机喷丝帽后纺制成丝束,同时,浆液中的丙酮在热空气的作用下快速闪蒸出来,形成丙酮空气混合气(acetone vapor laden air简称VLA气体),其中的丙酮必须要回收利用。

起初采用的方法是加热丙酮液体使其汽化, 然后再与空气混合以获得丙酮-空气混合原料气。然而, 实验中一直难以稳定混合气的丙酮含量。为了解决这一问题, 对设备进行了改进。在常温下采用鼓泡法配制丙酮-空气混合气, 亦即在空气进口处加装一个丙酮液储槽, 让空气从其底部通入, 鼓泡后携带丙酮蒸汽而成为丙酮-空气混合原料气。此法涉及的设备比以前更简单, 实验中也更容易稳定混合气的丙酮含量。

1.6 设计条件:

操作条件:常压操作

设备型式:自 选

厂 址:本 地 区

1.7 设计内容:

1、设计方案的选择及流程说明、设计流程与生产原理叙述

2、设备设计成果一览表

3、管道设计成果一览表

4、工程固定投资概算结果一览表

5、生产操作制度

6、生产检验制度和化验制度

7、吸收塔的工艺计算

8、对于非工艺专业的设计要求

9、图纸

1)物料流程图

2)带控制点的工艺流程图

3)相应管段图

4)车间布置图

5)图例

第二节 精馏塔主体设计方案的确定

2.1 装置流程的确定

本次设计采用逆流操作:气相自塔低进入由塔顶排出,液相自塔顶进入由塔底排出,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。

2.2 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。

2.2.1 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,则可以提高吸收效率,减小塔设备的尺寸。

2.2.2 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。

2.2.3 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。

2.2.4 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。

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。

2.3吸收流程的选择

鉴于丙酮广泛且大量的使用,丙酮空气混合气的来源亦非常广泛,丙酮的回 收一般采用吸附解吸或吸收解吸技术。醋纤长丝生产工艺中,采用活性炭吸附蒸 汽解吸技术精馏回收丙酮[3]。高前进[4]用ASPENPLUS模拟了烟 用二醋酸纤维素丝束生产过程中,吸附蒸馏技术的丙酮回收系统。Márki等 [5]在实验室中采用吸收-渗透汽化技术,回收丙酮空气混合气中的丙酮,得 到了很好的分离效果。

以水作吸收剂吸收丙酮蒸汽,可以得到满意的分离效率[5]。本文以水为 吸收剂,吸收丙酮蒸汽后的稀丙酮溶液,必须进行蒸馏回收丙酮。蒸馏塔底部水溶液(含一定量丙酮),经冷却后直接排放,不进行处理。

用水吸收丙酮属中等溶解度的吸过程,为提高传质效率,采用逆流吸收流程 。因用水作为吸收剂,且丙酮不作为产品,故采用纯溶剂。

2.4 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 p/NT。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DN16、DN25、DN38、DN50、DN76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。

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

拉西环

鞍环

鲍尔环

阶梯环

环矩鞍 D/d的推荐值 D/d≥20~25 D/d≥15 D/d≥10~15 D/d>8 D/d>8

② 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,国内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,填料的材质分为陶瓷,金属和塑料三大类。

a) 陶瓷填料 陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性,一般能耐除氢氟酸以外的各种无机酸,有机酸的腐蚀,对强碱介质,可以选用耐碱配方制造的耐碱陶瓷填料。陶瓷填料因其质脆,易碎,不易在高冲击强度下使用,陶瓷填料价格便宜,具有很好的表面润湿性能,工业上,主要用于气体吸收,气体洗涤,液体萃取等过程。

b)金属填料 金属填料可用多种材质制成,金属材质的选择主要根据物系的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。炭钢填料造价低,且具有良好的表面润湿性能,对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用;不锈钢填料耐腐蚀性强,一般能耐除Cl以外常见物系的腐蚀,但其造价较高,钛材,特种合金钢材质制成的填料造价极高,一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。金属填料可制成薄壁结构(0.2~1.0mm),与同种类型,同种规格的陶瓷,塑料填料相比,它的通量大,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,工业应用主要以金属填料为主。

c) 塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯(PP),聚乙烯(PE)及聚氯乙稀(PVC)等,国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能好,可耐一般的无机酸,碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好,可长期在100℃以下使用,聚丙烯填料在低温(低于0℃)时具有冷脆性,在低于 0℃ 的条件下使用要慎重,可选用耐低温性能好的聚氯乙稀填料。塑料填料具有质轻,价廉,耐冲击,不易破碎等优点,多用于吸收,解吸,萃取,除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差,在某些特殊应用场合,需要对其表面进行处理,以提高表面润

湿性能。

根据以上选择,考虑到以下方面

(1)选择填料材质 选择填料材质应根据吸收系统的介质和操作温度而定,一般情况下,可选用塑料,金属,陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料,如陶瓷,塑料,玻璃,石墨,不锈钢等,对于温度较高的情况,应考虑材料的耐温性能。

(2)填料类型的选择 填料类型的选择是一个比较复杂的问题。一般来说,同一类填料塔中,比表面积大的填料虽然具有较高的分离效率,但是由于在同样的处理量下,所需要的塔径较大,塔体造价升高。

(3)填料尺寸的选择 实践表明,填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值,以防止产生较大的壁效应,造成塔的分离效率下降。一般来说,填料尺寸大,成本低,处理量大,但是效率低,使用大于50mm的填料,其成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加。所以,一般大塔经常使用50mm的填料。

表2-3 填料尺寸与塔径的对应关系

塔径/mm 填料尺寸/mm

D≤250

250≤D≤900

D≥900

20~25 25~38 50~80

由于本次设计是在压力为0.12MPa,温度30℃下进行的,故本次设计采用 16金属鲍尔环填料,其主要性能参数为 :

2.5 丙酮回收工艺:

2.6 水吸收工艺:

用的是水吸收工艺。吸收就是使混合气体与所选择的液体充分接触,混合气中某一组份溶于液体中,而其余组分不溶或难溶于液体中,从而实现混合气体中某一组分的分离。水吸收法是利用丙酮极易溶于水(与水任意比互溶)的性质来分离混合气体中的丙酮气和空气的。混合气经冷却后,从吸收塔底部进入吸收塔,吸收剂(水)经冷却后从吸收塔顶部进入吸收塔,在吸收塔内,混合气中的丙酮气被水吸收,形成稀丙酮溶液从塔底流出,不被吸收的空气从塔顶排入大气中。然后,稀丙酮溶液被送入蒸馏塔中进行蒸馏分离得到高纯度的丙酮重新进入生产系统中回用。其工艺流程如图1-2所示。

水吸收丙酮工艺流程图:

图1-2

第三节 物料衡算 3.1 液相物性数据

30℃时水的相关物性ρ=995.7㎏/m3 黏度μ=0.8105mpa.s

3.2 气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为 =0.05×58.08+0.95×28.95=30.41Kg/Kmol 混合气体的平均密度为 =1.266㎏/m3

混合气体的黏度可近似取为空气的黏度,查手册得30℃空气的黏度为μv=1.86×10-5Pa.s

当x<0.01,t=15~45℃时,丙酮溶于水其亨利常数E可用以下经验公式计算: 1gE=9.171-[2040/(t十273)](其中t=30℃),解得:E=274.35kPa,

E274.35

2.29 P120.0995.7

0.2016 溶解度系数 H

EM274.3518

进塔气相摩尔比为 Y1=y1/1-y1=0.06/1-0.06=0.0638

出塔气相摩尔比为Y2=Y1×(1-)=0.06381097=0.0019

6000273

0.94226.86kmol/h 进塔惰性气相流量为 G

22.427330

该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算,即 对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为X2=0

Y10.0638X10.02786

m2.29LY1Y20.06380.0019

2.2218 ( )min=

GX1*X20.0027860

LLL通常 =(1.1~2.0)( )min取操作液气比为最小液气比的1.5倍,即

GGGL

=1.5( )min L1.52.2218226.86756.06kmol/h

G

相平衡常数m

第四节 填料塔的工艺尺寸的计算

4.1 塔径的计算

气相质量流量为:wV=60001.212=7392(kg/h)

液相质量流量为可近似按纯水的流量计算,即: wL=LM =750.0618.02=13516.0812(kg/h) V=1.212(kg/m3) L=995.7(kg/m3)

WLρV1/2

()=0.01908查Eckert图横坐标0.01908与乱堆填料的泛点线 WVρL

查的纵坐标为0.098

因为丙酮在水中的溶解度很小,故可以ρ水≈ρ液,ψ = ρ水/ρ选用25mm25mm2.5mm乱堆瓷拉西环,填料因子为4501/m 20℃溶液的黏度取20℃水的黏度1mPa.s 泛点气速u

0.098g0.098*9.81*995.7

1.3248m/s

G^0.2450*1*1.212*1^0.2

= 1

式中:u:泛点气速 m/s

g:重力加速度 9.81m/s2 V,L:气相,液相密度 kg/m3 L:液体粘度 mPa·s

wL,wV:液相,气相的质量流量 kg/h 空塔气速一般取泛点气速的50%-80%,本设计取60% U=1.3248*0.6=0.7949m/s

D

Vπ*u4

6000/3600

2.67m

0.785*0.7949

4.2 泛点率校核

6000/3600u0.476m/s

0.785*2.67*2.67

u0.476*100%60%(在允许范围内) uf0.7949

4.3 核算径比

D/d2670/5053.48

4.4 填料塔填料层高度的计算 Y1*=mX1=1.75*0.0204=0.0357 Y2*=mX2=0 脱吸因数为: S=

mV

= 0.6874 L

气相总传质单元数为:

Y1Y2*1

ln(1S)S NOG= *

1SY2Y2 =7.70

气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:

wc

 =1exp1.45tL

0.75

UL

tL

0.1

UL2t

2gL

0.05

UL2

LLt

0.2

 

查手册得:c=40(dyn/cm)=518400(kg/h2) 液体质量通量为:

10408.10

UL=0.7851 =13258.75(kg/(m2·h))

w =0.4019

t

UD

气膜吸收系数由下式计算: kG=0.237VvtV

tvVDVRT

0.7

1/3

 

同理气体质量通量为: UV=9263.69(kg/(m2·h)) kG=0.0517(kmol/(m2·h·kPa)) 液膜吸收系数由下式计算:

UL

 kL=0.0095wL



2/3

LDLL

1/2

LgL

1/3

=0.4845(m/h) 由kG=kGw1.1 查手册得:=1.45 则:kG=kGw1.1

=4.143(kmol/(m2·h·kPa))

kL=kLw0.4=27.766(1/h)

u

=63.75%>50% uF

由:k'G=4.012(kmol/(m2·h·kPa))

k'L=27.12(1/h) 则:KG=

11

k'GHk'L1

=2.722(kmol/(m2·h·kPa))

由:HOG=

VKY

=

VKGP

=1.048(m)

由Z=HOGNOG=8.070(m)

填料层的设计高度一般为:Z'=(1.2-1.5)Z Z'=1.2Z=9.68410(m)

设计填料层高度为:10m 4.5 塔附属高度的计算

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4min考虑,则塔釜液所占空间高度为:

Vs

wl10408.1

0.0029

l36003600995.7

460VS4606.236104

0.7753(m) h122

0.7850.50.7850.5

考虑到气相接管所占空间高度,底部空间高度可取1m,所以塔的附属空间高度可以取为1.2+1+1=3.2 (m)

第五节 筒体和封头的设计

5.1 筒体的设计

选用标准:筒体(JB1153-73)

设计压力计算筒体和封头壁厚

据工作压力0.12Mpa,工作温度30℃,属低压常温 工作介质为丙酮和空气,故选Q235-A 屈服极限为235Mpa的不做冲击试验的普碳钢

1. 筒体壁厚

设 σ =113Mpa

P—设计压力,应略大于工作压力 P=0.12×1.15=0.138Mpa φ单面对接焊,局探,φ=0.8 C2=1mm

PD0.138×2670

δ===2.039mm

δd=δ+C2=2.039+1=3.039mm C1=0.8mm δn=4mm σ 无变化 δn=4mm合适

采用标准椭圆形封头,取封头壁厚为4mm.

5.2 手孔的设计

标准化手孔的公称直径有DN150、DN250两种。 选用 手孔 A PN0.6,DN150,JB589-79-2

5.3 法兰的设计

(1)管法兰的选择

选用标准:HG20593-97 板式平焊钢制管法兰(欧洲体系)

管子直法兰内螺栓孔中公称直螺栓孔螺栓法兰法兰法兰理

径/mm 液体进出32 口 气体219

A1径B1心圆直径径

DN直径L孔数外径厚度论重量

/mm

K/mm

/mm /mm

量n D/mm C/mm kg

33 75 25 11 4 100 14

222 295 200

22 8 340 24 9.24

进出口 标记:

液体进出口:HG 20593 法兰 PL25-0.6 FF Q235-A 气体进出口:HG 20593 法兰 PL200-0.6 FF Q235-A (2)容器法兰的选择

选用标准:JB/T4701-2000 甲型平焊法兰 标记:法兰P 1400-0.25 JB/T4701-2000

公称直法兰,mm 径DN,mm 600

D 755

D1 705

δ 36

d 26

规格 M24

数量 20

螺柱

5.4 吸收塔的流体力学吸收塔的压力降 填料塔的压力降为:

Pfp1p2p3p

(1) 气体出口压力降:取气体出口接管的内径为720mm,则气体

的进出流速为:

u

60003600

4.1m/s

0.7850.72

p

1

uu0.51.2124.14.110.187Pa2

则进口压力降为:

出口压力降为: p20.510.1875.0935Pa (2) 填料层压力降

采用Eckert通用关联图计算填料层压降

wL

横坐标为:

wV

VL

=0.01908 

05

u2PV

P/ZL0.2=0.098 查图得: gL

=689.81(Pa/m)

填料层压降为:P=689.8110=6670.8(Pa)

(3) 其他塔内件的压力降

其他塔内件的压力降p较小,在此可以忽略。

因此,吸收塔的总压力降为:6686.085Pa

5.5 附属设备离心泵的选择与计算 (1)吸收剂输送管路直径计算

选择原料流速

u0.9m/ s

2.971210=29.71mm 管线直径

dm根据管材规范,该直径d应选择36.002.50的无缝钢管,其内径为31.00mm,其实际流速为:

4Vs46.236104

u0.8266m/s 22

d3.140.031

(2)原料泵的选择 流量所需要的扬程

pu2

hf1hf2 HZ

g2g

式中 Z----两截面处位头差;

p

----两截面处静压头之差; g

u2

----两截面处动压头之差;

g

h

f1

--直管阻力;

--管件、阀门局部阻力;

h

f2

根据前面设计数据对上述公式各项进行估算:

Z10m

p6686.085Pa

管路总阻力和所需压头计算根据管路的平立面布置,按范宁方程计算阻力损失:

Redu0.0310.8226996.9528585.034000(湍流) 3

L

0.893710

0.0056

0.50.5

0.00560.01875 0.320.32

Re28585.03

2

2

lu(103.2)0.8266h0.01875d2g0.03129.81

f1

0.2780(m)

选用两个90。弯头,两个截止阀全开

u20.82662

0.4980(m) hf2(0.7526.42)

2g29.81

H14.16m

注:

1 工艺可行性

全面深入地进行市场分析、预测。调查和预测拟建项目产品国内、国际市场的供需情况和销售价格;研究产品的目标市场,分析市场占有率;研究确定市场,主要是产品竞争对手和自身竞争力的优势、劣势,以及产品的营销策略,并研究确定主要市场风险和风险程度。对资源开发项目要深入研究确定资源的可利用量,资源的自然品质,资源的赋存条件和开发利用价值深入进行项目建设方案设计,包括:项目的建设规模与产品方案,工程选址,工艺技术方案和主要设备方案,主要材料辅助材料,环境影响问题,节能节水,项目建成投产及生产经营的组织机构与人力资源配置,项目进度计划,所需投资进行详细估算,融资分析,财务分析,国民经济评价,社会评价,项目不确定性分析,风险分析,综合评价等等。 可行性研究要以质量控制为核心,对项目的规模、建设标准、工艺布局、产业规划、技术进步等方面应实事求是地科学分析。从事可行性研究的人员要真正树立为国家、为建设业主服务的精神,熟悉国家和地方对项目建设有关法律、政策、规定,准确掌握有关专业知识,不断学习新技术,真正做到科学地、独立地、不受任何干扰地把握好产业的发展方向,提高可行性研究的深度和质量,为社会提供质量精良的产品。

2 工厂选址

近年来,我国化工行业快速发展,大型的化工企业逐渐的规模化、区域化发展,化工类企业建设对城市公共安全的影响逐渐加深。因而,建立一套完善的化工企业优化布局及规划选址显得尤为重要。苯和乙烯生产苯乙烯的工厂涉及到危险化学品的生产加工和运输,对周围居民的安全存在巨大的威胁,应本着安全用地、安全消防、协调选址和效率选址等原则进行选址。厂址应远离滑坡、泥石流等气象灾害区,不受洪水、潮水以及内涝的威胁,并且具备适宜的气候条件;为避免有毒、有害气体的危害以及火灾的发生,选址应位于城市全年最小频率风向的上风方向且空气污染物扩散条件好的开敞地带;选址也要考虑国家对地方的相关政策和号召,应与城市规划相协调、与城市重大设施相协调。对外交通应该靠近城市的主干道或港口,与外界衔接便捷。对内交通要求通达性好,尽量减少企业到消费地的运输距离,降低在途风险与成本。除此之外,产品的运输路线应避开人口密集区、水源保护区等敏感地带,尽可能降低安全隐患。

选择甘肃省:能源资源丰富。除传统的煤炭、石油、天然气等能源外,甘肃省清洁能源和新能源蕴量丰富,这主要体现在水能、风能和太阳能上。 水能:

甘肃省水资源主要分属黄河、长江、内陆河三个流域。黄河流域除黄河干流纵贯省境中部外,支流就有36条,该流域面积大、水利条件优越,已建成的水力

发电站有:刘家峡、盐锅峡、八盘峡、大峡、寺沟峡等。长江水系包括省境东南部嘉陵江上源支流的白龙江和西

汉水,水源充足,年内变化稳定,冬季不封冻,河道坡降大,且多峡谷,蕴藏有丰富的水能资源,已建成碧口、沙川坝、苗家坝、麒麟寺等水电站。内陆河流域包括石羊河、黑河和疏勒河等,年总地表径流量174.5亿立方米,流域面积27万平方公里。河流大部源头出于祁

连山,并注入内陆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,下游河谷浅,水量小,河床多变等特点。但水量较稳定,蕴藏有丰富的水能资源,水电站有:黄藏寺、三道弯、松木沟、石羊岭等。甘肃省水力资源理论蕴藏量1724.15万千瓦,居全国第

10位,可能利用开发容量1068.89万千瓦,年发电量492.98亿千瓦时。 区位优势 :

甘肃省东邻陕西省,南与四川省、青海省接壤,西部与新疆相邻,北部与内蒙古和宁夏连接,与蒙古国交界,是西部地区唯一具有承东启西、南拓北展区域优势的省份。甘肃省交通位置十分重要。新亚欧大陆桥贯穿全境,是联结亚太地区和亚欧地区乃至大西洋地区的重要通道。省会兰州是西北最大的交通通信枢纽和网络中心,是全国12大主干交通枢纽之一,兰新、包兰、陇海、兰青等4条国家铁路干线以及6条国道在此交汇。

甘肃省有丰富的水资源,交通便利,和电资源,适合建化工厂。但是其极限性为甘肃省经济发展长期依靠传统农业、自然资源、旅游等部门,结构单一,又由于地处西部,信息闭塞,发展受到限制。

3工艺安全

1 毒性

丙酮主要是对中枢神经系统的抑制、麻醉作用,高浓度接触对个别人可能出现肝、肾和胰腺的损害。操作人员在操作时应佩戴合适的呼吸器。 2 消防

适用灭火剂:化学干粉,酒精泡沫,二氧化碳

灭火时可能遭遇之特殊危害:用水稀释过之丙酮溶液,亦有可能燃烧。 特殊灭火程序:

1、用水灭火是无效的,但可使用喷水以冷却容器。 2、若未泄露物质尚未着火,使用喷水以分散蒸汽。

3、喷水可冲洗外泄区并将外泄物稀释成非可燃性混合物。 4、蒸汽可能传播至远处,若与引火源接触会延烧回来。

储藏与运输

将丙酮储藏于密封的容器内,置于阴凉干燥有良好通风的地方,远离热源、火源和有禁忌的物质。所有容器都应放在地面上。 安全与数理

提供良好的通风设备、防护服装和呼吸器。移去热源和火源。 应停止或减少泄露。用黄沙或其它吸收物吸收液体。废料可在被批准的溶剂焚炉烧掉或被指定的地方作深埋处理,遵守环境保护法规。 操作处置与储存

操作注意事项:密封操作,全面通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。

储存注意事项:储存于阴凉、通风良好的专用库房内,远离火种、热源。库房温度不宜超过29摄氏度。应与氧化剂、还原剂、碱类分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储存应备有泄露应急处理和合适的收容材料。

4 工艺设备设计成果一览表

6 工程固定投资概算结果一览表

7 参考文献

1 李群生;新型高效丙酮精馏塔的研究与应用[J];北京化工大学学报(自然科学版);1998年02期

2 高前进;;吸附法分离丙酮空气混合气的工艺改进[J];广东化工;2009年09期

3 盖恒军;江燕斌;钱宇;章莉娟;李焕锡;;萃取和溶剂回收系统的全系统优化设计方法[J];高校化学工程学报;2006年06期

4 张立平,蒋维钧;渗透汽化法分离丙酮水溶液[J];高校化学工程学报;1994年02期

5 李文波,毛鹏生,王长英,俞裕国;化工流程模拟技术的现状与发展[J];化工时刊;1998年06期

6 李群生,叶詠恒;多效精馏的原理及其应用[J];化工进展;1992年06期 7 陆恩锡,张慧娟,尹清华;化工过程模拟及相关高新技术 (Ⅰ)化工过程稳态模拟[J];化工进展;1999年04期

8 杨友麒,成思危;过程系统工程面临的挑战和发展趋势[J];化工进展;2002年08期

9 高前进;;丙酮蒸馏塔的工艺模拟与优化[J];化工生产与技术;2009年03期 10 胡柏玲,邱学青,杨东杰;用排斥萃取分离正丁醇—丙酮—水体系[J];华南理工大学学报(自然科学版);2003年12期

11 Thermodynamic properties of liquid mixtures. III. Acetone—water, Thermochimica Acta,Volume 66, Issues 1-3, 1 August 1993, Pages 219-223

12 Harry M, Van Tessell, Alington Heights. Process for process for producing para-dieth-ylbenzene [P]. US: 3849508 , 1974-11-19

13 J.M.Coolson,JFRichardson.Chemical Engineering.Vo12,1977

8、主要符号说明

at——填料的总比表面积,m2/m3 aW——填料的润湿比表面积,m2/m3 d——填料直径,m; D——塔径,m;

DL——液体扩散系数,m2/s; Dv——气体扩散系数,m2/s ; ev——液沫夹带量,kg(液)/kg(气); g——重力加速度,9.81 m/s2 ; h——填料层分段高度,m; HETP关联式常数;

hmax——允许的最大填料层高度,m; HB——塔底空间高度,m; HD——塔顶空间高度,m; HOG——气相总传质单元高度,m;

kG——气膜吸收系数,kmol/(m2·s·kPa); kL——液膜吸收系数,m/s;

KG——气相总吸收系数,kmol/(m2·s·kPa); Lb——液体体积流量,m3/h; LS——液体体积流量,m3/s; LW——润湿速率,m3/(m·s); m——相平衡常数,无因次; n——筛孔数目;

NOG——气相总传质单元数; P——操作压力,Pa; △P——压力降,Pa; u——空塔气速,m/s; uF——泛点气速,m/s

u0.min——漏液点气速,m/s;

u′0——液体通过降液管底隙的速度,m/s; U——液体喷淋密度,m3/(m2·h) UL——液体质量通量,kg/(m2·h) Umin——最小液体喷淋密度,m3/(m2·h) Uv——气体质量通量,kg/(m2·h) Vh——气体体积流量,m3/h; VS——气体体积流量,kg/s; wL——液体质量流量,kg/s; wV——气体质量流量,kg/s; x——液相摩尔分数; X——液相摩尔比Z y——气相摩尔分数; Y——气相摩尔比;

Z——板式塔的有效高度,m; 填料层高度,m。 希腊字母

ε——空隙率,无因次; μ——粘度,Pa·s; ρ——密度,kg/m3; ζ——表面张力,N/m;

φ——开孔率或孔流系数,无因次; Φ——填料因子,l/m;

ψ——液体密度校正系数,无因次。 下标

max——最大的; min——最小的; L——液相的; V——气相的。

附件一:空气-丙酮混合气填料吸收塔设计塔设备图

附件二:空气-丙酮混合气填料吸收塔设计平面布置图

附件三:空气-丙酮混合气填料吸收塔设计物料流程图

附件四: 空气-丙酮混合气填料吸收塔设计带控制点的流程图

附件五:空气-丙酮混合气填料吸收塔设计管道布局图


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