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

指导教师江燕斌

课程编号

课程学分

起始日期

目录 \ "" \ \ \

第部分设计任务书

设计题目：丙酮水连续精馏浮阀塔的设计

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)：

.塔顶产品(丙酮)：, (质量分率)

.塔顶丙酮回收率：η=0.99(质量分率)

.原料中丙酮含量：质量分率(*)

.原料处理量：根据、、返算进料、、、

.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

冷却水进口温度℃、出口温度℃，热损失以计

⑤单板压降≯

设计任务

.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。

.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

.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）。

.作出塔的负荷性能图，计算塔的操作弹性。

.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。

第部分设计方案及工艺流程图

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（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°），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。

工艺流程图

第部分设计计算与论证

精馏塔的工艺计算

全塔物料衡算

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 -+

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) 塔顶产品物质的量 D =W D /M D （） 物料衡算

总物料衡算（直接蒸汽加热）： （）

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 () 求解得到：

x D =0.9383

x W

=0.0018805x F =0.1569

实际回流比

最小回流比及实际回流比确定

根据下，丙酮水的汽液平衡组成关系绘出丙酮水和图，泡点进料，所以，线为过x F的竖直线。本平衡具有下凹部分，在相平衡图上过（x D，x D）点作平衡线的切线，得切点(x q，y q)（，）

据R min=x D−y q

y q−x q

得

初步取实际操作回流比为理论回流比的倍：

×

操作线

精馏段操作线方程：y n+1=R

R+1X+1

R+1

x d

提馏段操作线方程：y n+1=w

s x n−w

s

x w

汽、液相热负荷计算

（）精馏段：

L1=RD=79.0967kmol/h

V1=(R+1)D=133.0471kmol/h

（）提馏段：

据，得

V2=S=V1=133.0471kmol/h

L2=W=404.9712kmol/h

x W=0.0012545

理论塔板数确定

在平衡曲线即曲线图上做操作线，在平衡线与操作线间画阶梯，过精馏段操作线与线焦点，直到阶梯与平衡线交点小于为止，由此，得到理论板块（塔釜算一块板），进料板为第块理论板。如下作图：

实际塔板数确定

板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体力学性质有关，它反应了实际塔板上传质过程进行的程度。板效率可用奥康奈尔公式计算：

E T=0.49(αμ)−0.245

注：α——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度

μ——塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mPa∗s

L

据液相组成在图中查得温度，再计算出精馏段与提馏段的均温查得液相组成。

具体过程如下：

精馏段均温：()

提馏段均温：()

其中，x B=1−x A，y B=1−y A

相对挥发度：α=y A/x A

y B/x B

3=9.2825

全塔平均挥发度：αm=√αD×αF×αW

在数据手册中查得对应温度下的黏度：