化工原理课程设计丙酮和水.doc

1、设计任务书（一）设计任务拟建立一套连续板式精馏塔分离丙酮-水溶液，进料中含丙酮 50% （质量分数）。设计要求废丙酮溶媒的处理量为 12 万吨/年，塔底废水中丙酮含量不高于 6% （质量分数）。要求产品丙酮的含量为 99% （质量分数）。（二）操作条件1) 塔顶压力 4kPa（表压）2) 进料热状态 自选 3) 回流比 自选 4) 塔底加热蒸气的压力为 0.5Mpa（表压）5) 单板压降0.7 kPa（三）塔板类型自选（四）工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。(五) 设计说明书的内容1. 设计内容(1) 流程和工艺条件的确定和说明(2) 操作条件和基础数据(3) 精馏塔的物料衡算

2、； (4) 塔板数的确定； (5) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； (6) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； (7) 塔板主要工艺尺寸的计算； (8) 塔板的流体力学验算； (9) 塔板负荷性能图； (10) 主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口管、塔顶蒸汽管、人孔等）(11) 塔板主要结构参数表(12) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。2. 设计图纸要求： (1) 绘制生产工艺流程图（A3号图纸）； (2) 绘制精馏塔设计条件图（A3号图纸）。 目 录1. 设计方案简介 1 1.1设计方案的确定1 1.2操作条件和基础数据12.精馏塔的物料衡算12.1 原料液及塔顶、塔

3、底产品的摩尔分率12.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量1 2.3物料衡算23.塔板数的确定2 3.1理论板层数NT的求取 2 3.1.1 求最小回流比及操作回流比 2 3.1.2 求精馏塔的气、液相负荷 3 3.1.3 求操作线方程 3 3.1.4 图解法求理论板层数 3 3.2 塔板效率的求取4 3.3 实际板层数的求取54.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 5 4.1操作压力计算5 4.2 操作温度计算5 4.3 平均摩尔质量的计算5 4.4 平均密度的计算6 4.4.1 气相平均密度计算6 4.4.2 液相平均密度计算6 4.5液体平均表面张力计算 7 4.6液体平均黏度计算

4、75.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 8 5.1塔径的计算 8 5.1.1精馏段塔径的计算8 5.1.2提馏段塔径的计算9 5.2精馏塔有效高度的计算9 5.3精馏塔的高度计算 106.塔板主要工艺尺寸的计算10 6.1溢流装置计算 10 6.1.1堰长lw 10 6.1.2 溢流堰高度hw 11 6.1.3 弓形降液管宽度Wd和截面积Af 11 6.1.4 降液管底隙高度ho 11 6.2塔板布置 12 6.2.1塔板的分块 12 6.2.2边缘区宽度确定 12 6.2.3开孔区面积计算 12 6.2.4筛孔计算及其排列 12 7.筛板的流体力学验算 13 7.1塔板降 13 7.1.1干板阻力h

5、c计算 13 7.1.2气体通过液层的阻力hl计算13 7.1.3液体表面张力的阻力h计算13 7.2液面落差 13 7.3液沫夹带 14 7.4漏液 14 7.5液泛 14 8.塔板负荷性能图15 8.1漏液线 15 8.2液沫夹带线 15 8.3液相负荷下限线 16 8.4液相负荷上限线 17 8.5液泛线 17 9.主要接管尺寸计算 19 9.1蒸汽出口管的管径计算 199.2回流液管的管径计算 199.3进料液管的管径计算 199.4釜液排出管的管径计算 19 10.塔板主要结构参数表 20 11.设计过程的评述和有关问题的讨论 21 参考文献231. 设计方案简介1.1设计方案的确定

6、本设计任务为分离丙酮水混合物提纯丙酮，采用连续精馏塔提纯流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。1.2 操作条件和基础数据进料中丙酮含量（质量分数） wF = 0.50；产品中丙酮含量（质量分数） wD = 0.99；塔釜中丙酮含量（质量分数） wW = 0.06；处理能力 F= 120000吨/年；塔顶操作压力 4 kPa（表压） 进料热状况 泡点进料；

7、单板压降 0.7kPa；塔底加热蒸汽的压力 0.5Mpa（表压）2. 精馏塔的物料衡算2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 丙酮的摩尔质量 MA =58.08kg/kmol 水的摩尔质量 MB =18.02kg/kmolxF =0.237xD =0.968xW =0.0192.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF =27.51kg/kmol MD =56.80kg/kmol MW =18.78kg/kmol2.3物料衡算每年300天，每天工作24小时，其处理能力为120000吨/年F=605.84 kmol/h总物料衡算 605.84= D + W乙醇的物料衡算 605.840.2

8、37= 0.968D + 0.019W联立解得 F = 139.17 kmol/h W = 466.67 kmol/h3. 塔板数的确定3.1理论板层数NT的求取3.1.1 求最小回流比及操作回流比丙酮-水是非理想物系，先根据丙酮-水平衡数据（见下表1），绘出平衡线，如下图所示。 丙酮水系统txy数据沸点t/丙酮摩尔数xy10000920.010.27984.20.0250.4775.60.050.6366.90.10.75462.40.20.81361.10.30.83260.30.40.84259.80.50.85159.20.60.86358.80.70.87558.20.80.8975

9、7.40.90.93556.90.950.96256.70.9750.97956.511采用截距法求最小回流比。在上图对角线上，自点b（0.237,0.237）作垂线bf即为q线，由a点（0.968,0.968）出发作平衡线的切线的交点坐标为：，yq=0.613,xq=0.237,求得最小回流比为： Rmin R =1.5Rmin =1.50.944=1.423.1.2 求精馏塔的气、液相负荷 Lkmol/h Vkmol/h Lkmol/h Vkmol/h3.1.3 求操作线方程精馏段操作线方程为 y提馏段操作线方程为 y3.1.4 图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，结果见上图，求解结果为总理论塔板数N=15（包括再沸器）进料板位置 N=143.2 塔板