化工原理课程设计丙酮和水

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

（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；

(4) 塔板数的确定；

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 (1)

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 (5)

4.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)

(8)

(9)

5.2精馏塔有效高度的计算 (9)

5.3精馏塔的高度计算 (10)

6.塔板主要工艺尺寸的计算 (10)

6.1溢流装置计算 (10)

lw (10)

7.1塔板降 (13)

计算 (13)

h

c

h

计算 (13)

l

计算 (13)

h

σ

7.3液沫夹带 (14)

7.4漏液 (14)

7.5液泛 (14)

9.3进料液管的管径计算 (19)

9.4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)

1. 设计方案简介

1.1设计方案的确定

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

进料热状况泡点进料；

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 M A =58.08kg/kmol

水的摩尔质量 M B =18.02kg/kmo l

x F =08.58/50.0=0.237

F==⨯⨯51

.2724300/101200003）（605.84 kmol/h 总物料衡算 605.84= D + W

乙醇的物料衡算 605.84⨯0.237= 0.968D + 0.019W

联立解得 F = 139.17 kmol/h W = 466.67 kmol/h 3.塔板数的确定

3.1理论板层数N T的求取

R min ==

237.0-613.0944.0 R =1.5R min =1.5⨯0.944=1.42

3.1.2 求精馏塔的气、液相负荷

L 62.19717.13942.1=⨯==RD kmol/h

V =79.33617.139)142.1()1(=⨯+=+D R kmol/h

L '46.80384.60562.197=+=+=F L kmol/h

V '79.336==V kmol/h

3.1.3 求操作线方程

3.2 塔板效率的求取

操作温度计算：

由乙醇—水的气液两相平衡图可查得组成分别为⎪⎩⎪⎨⎧===019.0237.0968.0W

F D x x x 的泡点温度：

由乙醇—水的气液两相平衡图可查得：

塔顶和塔釜的气液两相组成为：⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧==⎩⎨⎧==410.0019.0974.0968.0A A A A y x y x 塔釜：塔顶：

解出 s mPa LWm ⋅=39.0μ

则全塔液相平均粘度为

故 s mP Lm m ⋅=⨯=10.2315.067.6μα

查奥康内尔（o'connell ）关联图得： %380=E

因为筛板塔全塔效率相对值为1.1，故精馏塔的全塔效率为

3.3 实际板层数的求取

精馏段实际板层数 N 31418.0/13==精

由丙酮-水溶液的t —x--y 图查得泡点温度（近似看作是操作温度）为： 塔顶温度 C 75.56︒=D t

进料板温度 ℃85.61=F t

精馏段平均温度为：℃（3.592/)85.6175.56=+=

m t 4.3 平均摩尔质量的计算

塔顶平均摩尔质量计算

由968.01==y x D ，查平衡曲线（x-y 图），得

液相平均密度依下式计算，即

塔顶液相平均密度的计算

由C 75.56︒=D t ，查手册得

由℃85.61=F t ，查手册得

进料板液相的质量分率

精馏段液相平均密度为

塔顶液相平均粘度的计算

由C 75.56︒=D t ，查手册得：

解出 s mPa LDm ⋅=25.0μ

由℃85.61=F t ，查手册得：

解出 s mPa LWm ⋅=44.0μ

精馏段液相平均粘度为

式中C 由式2020⎪⎭

⎝=L C C 计算，式中C 20由图（史密斯关系图）查得，图的横坐标为

取板间距m H T 40.0=，板上液层高度m h L 06.0=，则

查图（史密斯关系图）得 070.020=C