筛板式连续精馏塔及其主要附属设备设计

一、设计概述

1.1设计题目：筛板式连续精馏塔及其主要附属设备设计

1.2工艺条件:

生产能力：h

5574（料液）

4.

kg

年工作日：300天

原料组成：25%丙酮，75%水（摩尔分率）

产品组成：馏出液 99%丙酮，釜液1%丙酮（质量分率）

操作压力：塔顶压强为常压

进料温度：泡点

进料状况：泡点

加热方式：直接蒸汽加热

回流比： R/Rmin=1.5

1.3工艺流程图

丙酮—水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。

精馏装置有精馏塔、原料预热器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。

丙酮—水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。

流程示意图如下图

图1：精馏装置工艺流程图

二、塔的工艺计算

1.1查阅文献，整理有关物性数据

1.1.1水和丙酮的性质

温度50 60 70 80 90 100 水粘度

0.592 0.469 0.40 0.33 0.318 0.248

mpa

0.26 0.231 0.209 0.199 0.179 0.160

丙酮粘

度mpa

温度50 60 70 80 90 100 水表面

67.7 66.0 64.3 62.7 60.1 58.4

张力

19.5 18.8 17.7 16.3 15.2 14.3

丙酮表

面张力

温度50 60 70 80 90 100 相对密0.760 0.750 0.735 0.721 0.710 0.699

由以上数据可作出t-y（

1.1.2进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数

酮的摩尔质量 A M =58.08 Kg/kmol 水的摩尔质量 B M =18.02 Kg/kmol

平均摩尔质量

M F =0.25⨯58.08+（1-0.25）⨯18.02=28.035 kg/kmol M D = 0.968⨯58.08+ (1-0.968) ⨯18.02=56.798 kg/kmol M W =0.00312⨯58.08+（1-0.00312）⨯18.02=18.14kg/kmol

84.198035

.284

.5574==

F Kmol/h

25.0=F x 968.002

.18/01.008.58/99.008

.58/99.0=+=D x 00312

.002.18/99.008.58/01.008.58/01.0=+=W x

2.1全塔物料衡算与操作方程

2.1.1

全塔物料衡算

W D F +=

F D W Fx Dx Wx =+

代入数据的： W D +=84.198

W D 00312.0968.025.084.198+=⨯ 解得：D=50.88Kmol/h W=147.96Kmol/h 根据丙酮—水系统t —x(y)图可以查得：

c t

d 055.56= (塔顶第一块板) 0.968D x = 10.968y = 10.95x =

设丙酮为A 物质，水为B 物质

所以第一块板上： 0.968A y = 0.95A x = 0.032B y = 0.05B x = 可得： ()/ 1.59/A A

AB D B B

y x a y x =

=

c t f 064.12= (加料板) 25.0=F x 82.0=F y

假设物质同上：82.0=F y 25.0=F x 18.0=B y 75.0=B x 可得： 7.13)(==

B

B A

A F A

B x y x y a

c t w 099.94=(塔底) 00312.0=W y

假设物质同上： 00312.0=A x 99688.0=B y 99688.0=B x 可得： 1)(==

B

B A

A W A

B x y x y a

所以全塔平均挥发度： 8.217.1359.13=⨯⨯=a 泡点进料，所以：

()⎥⎦⎤⎢⎣⎡----=

F D F D x x a x x a R 1111min

代入数据得：

()07.225.01968.018.225.0968.018.21min =⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡----=

R

令min 5.1R R = 所以1.307.25.1=⨯=R

2.1.2操作线方程

精馏段 111

D n n x R

y x R R +=

+++= 0.756Xn+0.236 W nW

nF n nW

n nW nF nL nF nL n x q qq q q x q qq q qq q y -+--++=

+L 1

提馏段：因为泡点进料，所以q=1,且nD nL q R q ⋅=代入数据

00221.0709.11-=+n n x y

通过已获得的精馏段和提馏段的操作线方程，进行逐板计算，确定给定条件下完成规定分离要求所需要的理论板数T N ，数据如下表所示：

y1= 0.968 x1= 0.915279879 y2= 0.928138445 x2= 0.821833611 y3= 0.85748395 x3= 0.682422789 y4= 0.752075767 x4= 0.52001292 y5= 0.629278061 x5=

0.377423531 y6= 0.521466572 x6= 0.280153503 y7= 0.447920942 x7= 0.224663408 y11= #VALUE! X7= 0.224663408 y12= 0.381798143 0.180710321 y13= 0.306670323 0.136419582 y14= 0.230965363 0.096870784 y15= 0.163365674 0.065191328 y16= 0.109216839 0.041951461 y17= 0.069493563 0.025979761 y18= 0.042193569 0.01548927 y19= 0.024262457 0.008802458 y20= 0.012832871 0.004621293 y21=

0.005686119

0.002038207

通过该表的数据表明，总理论板层数块21=T N ，进料板位置7=F N

2.1.3操作温度、全塔效率的估算

塔顶温度：56.55D t C =︒； 进料板的温度：64.12F t C =︒； 塔底的温度：99.94W t C =︒