丙酮-水连续精馏塔设计说明书吴熠

课程设计报告书丙酮-水连续精馏浮阀塔的设计

学院化学与化工学院

专业化学工程与工艺

学生姓名吴熠

学生学号 201230361316

指导教师江燕斌

课程编号 137137

课程学分 3

起始日期 2014.12.30

目录

目录................................................... II 第1部分设计任务书 (5)

1.1设计题目：丙酮-水连续精馏浮阀塔的设计 (5)

1.2设计条件 (5)

1.3设计任务 (5)

第2部分设计方案及工艺流程图 (6)

2.1设计方案 (6)

2.2工艺流程图 (6)

第3部分设计计算与论证 (7)

3.1精馏塔的工艺计算 (7)

3.1.1全塔物料衡算 (7)

3.1.2实际回流比 (7)

3.1.3理论塔板数确定 (8)

3.1.4实际塔板数确定 (9)

3.1.5塔的工艺条件及有关物性数据计算 (10)

3.1.6塔的塔体工艺尺寸计算 (13)

3.2塔板工艺尺寸的计算 (16)

3.2.1溢流装置计算 (16)

3.2.2塔板布置及浮阀排列 (17)

3.3塔板的流体力学性能的验算 (20)

3.3.1阻力计算 (21)

3.3.2液泛校核 (21)

3.3.3雾沫夹带 (22)

3.3.4雾沫夹带验算 (23)

3.4塔板负荷性能图 (23)

3.4.1精馏段塔板负荷性能计算过程 (24)

3.4.2提馏段塔板负荷性能计算过程 (25)

3.5接管尺寸的确定 (26)

3.5.1液流管 (26)

3.5.2蒸气接管 (27)

3.6附属设备 (27)

3.6.1冷凝器 (27)

3.6.2原料预热器 (28)

3.6.3塔釜残液冷凝器 (28)

3.6.4冷却器 (29)

3.7塔的总体结构 (29)

3.7.1人孔及手孔 (29)

3.7.2封头 (29)

3.7.3裙座 (30)

3.7.4塔高 (30)

3.7.5壁厚 (30)

第4部分设计结果汇总 (31)

第5部分小结与体会 (33)

第6部分参考资料 (33)

第1部分设计任务书

1.1设计题目：丙酮-水连续精馏浮阀塔的设计

1.2设计条件

在常压操作的连续精馏浮阀塔内分离丙酮-水混合物。生产能力和产品的质量要求如下：

任务要求(工艺参数)：

1.塔顶产品(丙酮)：3.0 t/hr, x D=0.98(质量分率)

2.塔顶丙酮回收率：η=0.99(质量分率)

3.原料中丙酮含量：质量分率=(

4.5+1*33)%=37.5%

4.原料处理量：根据1、2、3返算进料F、x F、W、 x W

5.精馏方式：直接蒸汽加热

操作条件：

①常压精馏

②进料热状态q=1

③回流比R=3R min

④加热蒸汽直接加热蒸汽的绝对压强 1.5atm

冷却水进口温度25℃、出口温度45℃，热损失以5%计

⑤单板压降≯0.7kPa

1.3设计任务

1.确定双组份系统精馏过程的流程，辅助设备，测量仪表等，并绘出工艺流程示意图，表明所需的设备、管线及有关观测或控制所必需的仪表和装置。

2.计算冷凝器和再沸器热负荷。塔的工艺设计：热量和物料衡算，确定操作回流比，选定板型，确定塔径，塔板数、塔高及进料位置

3.塔的结构设计：选择塔板的结构型式、确定塔的结构尺寸；进行塔板流体力学性能校核（包括塔板压降，液泛校核及雾沫夹带量校核等）。

4.作出塔的负荷性能图，计算塔的操作弹性。

5.塔的附属设备选型, 计算全套装置所用的蒸汽量和冷却水用量，和塔顶冷凝器、塔底蒸馏釜的换热面积，原料预热器的换热面积与泵的选型，各接管尺寸的确定。

第2部分设计方案及工艺流程图

2.1设计方案

本设计任务为分离丙酮-水二元混合物。对于该非理想二元混合物的分离，应使用连续精馏。含丙酮37.5%（质量分数）的原料由进料泵输送至高位槽。通过进料调节阀调节进料流量，经与釜液进行热交换温度升至泡点后进入精馏塔进料板。塔顶上升蒸汽使用冷凝器，冷凝液在泡点一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。该物系属于易分离物系（标况下，丙酮的沸点56.2°C），塔釜为直接蒸汽加热，釜液出料后与进料换热，充分利用余热。

2.2工艺流程图

第3部分 设计计算与论证

3.1精馏塔的工艺计算

3.1.1全塔物料衡算

3.1.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数 丙酮（36C H O ）的摩尔质量：58.08/A M kg kmol = 水（2H O ）的摩尔质量：M B =18.015kg/kmol 则各部分的摩尔分数为：

11 (3.1) (3.2) D A

D D A

B

F A

F F A

B W A

w M D w w M M w M F w w M M w M W x x x --=+=+

=

1 (3.3)

W W A

B

w w M M -+

3.1.1.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量

(1-) (3.4)(1-) (3.5)(1-) D D A D B F F A F B W W A W B M x M x M M x M x M M x M x M =+=+=+ (3.6)

3.1.1.3塔顶产品物质的量

D =W D /M D （3.7） 3.1.1.4物料衡算

总物料衡算（直接蒸汽加热）：

F = W + D （3.8） 轻组分（丙酮）衡算：

(3.9)F W D Fx Wx Dx =+

回收率计算：

η=Dx D /Fx F (3.10)

求解得到：F=325.8745kmol/h D=53.9504kmol/h W=271.9241kmol/h x D =0.9383 x W =0.0018805 x F =0.1569

3.1.2实际回流比

3.1.2.1最小回流比及实际回流比确定