化工原理课程设计丙酮和水
化工原理课程设计--丙酮水连续精馏塔的设计
常用的加热介质有饱和水蒸气和烟道气。饱和水蒸汽是一种应用最广泛的加热介质，由于饱和水蒸汽冷凝时的传热系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确地控制加热速度。燃料燃烧所排放的烟道气温度可达100～1000℃，适用于高温加热，烟道气的缺点是是比热容及传热系数很低，加热温度控制困难，本设计选用300KPa（温度为133.3）的饱和水蒸气作为加热介质，水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。
得出全塔共16块板（包括再沸器），进料位置是第3块板。
第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算
3.1物性数据计算
3.1.1密度计算
已知：混合液体密度： （ 为质量分数， 为平均相对分子质量）
混合气体密度：
已知： =57.117℃ =61.275℃ =97.737℃
=0.9564 =0.8263 =0.0784
由于 ,查图得出
验算降液停留时间
精馏段：
提馏段：
停留时间 ，故降液管可用。
⑷降液底隙高度
精馏段：
取降液底隙的流速
则
提馏段：
取降液底隙的流速
则
3.2.4塔板布置
⑴塔板的分块
因为 ，故塔板可采用分块式，查表可知，塔板可分为3块。
⑵边缘区宽度确定
取
⑶开孔区面积计算
开孔区面积 ，对单溢流型塔板，开孔区面积可用下式计算，即
⑴泡罩塔板
泡罩塔板是最早在工业上大规模应用的板型之一，有成熟的设计方法和操作经验。气体接触良好，操作弹性范围大，而且耐油污、不易堵塞。20世纪上半叶，随着化学工业、炼油与石油 化学工业的高速发展，在生产中大量应用着蒸馏、吸收等气液两相传质操作。
⑵筛孔塔板
筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔。应用于蒸馏、吸收和除尘等。在工业上实际应用的筛板塔中，两相接触不是泡沫状态就是喷射状态，很少采用鼓泡接触状态的。
丙酮-水精馏设计化工原理
目录第一章绪论 (1)1.1产品生产的发展概况及意义 (1)1.2产品的性质、用途、危险性、国家标准 (1)1.2.1 产品性质 (1)1.2.2 产品用途 (1)1.2.3 产品国家标准 (1)1.3原料的性质及来源 (2)1.3.1 原料的性质 (2)1.3.2 原料的来源 (2)1.4设计所采用的分离方法及特点 (2)第二章工艺流程设计及设备论证 (3)2.1工艺流程叙述及论证 (3)2.2工艺参数的选择论证 (4)2.3设备论证 (4)第三章物料衡算 (4)3.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (4)3.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)3.3 物料衡算 (5)第四章能量衡算 (5)4.1冷凝器的热负荷和冷却水的流量 (5)4.2 再沸器的热负荷和饱和水蒸气的流量 (6)4.3 预热器的热负荷和饱和水蒸气的流量 (6)4.4 塔顶产品冷却器 (6)第五章设备设计计算与选型 (6)5.1 塔板数的确定 (6)5.1.1 理论板层数NT的求取 (6)5.1.2 实际板层数的计算 (7)5.2 相关物性的计算 (9)5.2.1 操作压力的计算 (10)5.2.2 平均摩尔质量计算 (10)5.2.3 平均密度计算 (10)5.2.4 液体平均表面张力 (11)5.2.5温度 (12)5.3 精馏塔的塔体主要工艺尺寸计算 (12)5.3.1 气液相负荷的计算 (12)5.3.2 塔径 (13)5.4 塔板主要工艺尺寸的计算 (14)5.4.1 溢流装置计算 (14)5.4.2 边缘区宽度 (16)5.4.3 塔板布置 (16)5.5 板式塔的流体力学验算 (17)5.5.1 塔板压力降hf的校验 (17)5.5.2 液面落差 (18)5.5.3 雾沫夹带 (18)5.5.4 漏液 (18)5.5.5 液泛 (19)5.6 塔板负荷性能图 (19)5.6.1 漏液线 (19)5.6.2 雾沫夹带线 (20)5.6.3 液相负荷下限线 (20)5.6.4 液相负荷上限线 (21)5.6.5 液泛线 (21)5.6.6 操作弹性 (21)5.7 换热器的选型 (22)5.7.1全凝器的选型 (22)5.7.2再沸器的选型 (23)5.7.3预热器的选型 (24)5.7.4 塔顶产品冷却器选型及核算 (24)5.8 管径的选取 (28)5.8.1 进料管管径的选取 (28)5.8.2 塔顶出料管管径的选取 (28)5.8.3 塔釜出料管管径的选取 (29)5.8.4 塔顶回流液管管径的选取 (29)5.8.5 塔釜回流液管管径的选取 (29)5.8.6 全凝器出口管管径的选取 (29)5.8.7 再沸器出口管管径的选取 (29)5.9 离心泵的选取 (29)5.10 精馏塔的附属设备 (30)5.10.1 法兰的选择 (30)5.10.2 筒体与封头 (31)5.10.3 裙座 (31)5.10.4 有效高度 (31)5.10.5 塔总体高度 (31)5.10.6储槽 (31)第六章非工艺部分 (32)6.1安全 (32)6.2 三废情况及环保的大体方案 (33)主要参考文献 (34)结束语 (35)附录第一章绪论1.1 产品生产的发展概况及意义丙酮是重要的有机合成原料，用于生产环氧树脂，聚碳酸酯，有机玻璃，医药，农药等。
丙酮与水的连续精馏塔课程设计
化工原理课程设计题系目:丙酮-水分离板式回收塔设计别: 化学与材料工程系专业: 化学工程与工艺学号: 1303022014姓名：指导教师：附: 回收塔设计任务书一、设计题目丙酮与水分离板式回收塔设计二、设计任务及操作条件1、生产能力（进料量）：300000吨/年2、操作周期：7200 小时/年。
3、进料组成： 6.2%（质量分率，下同）。
4、塔顶产品组成：＞72%。
5、塔底产品组成：＜0.02%。
6、操作压力：塔顶为常压。
7、进料热状态：自选。
8、加热蒸汽：低压蒸汽。
9、设备类型：筛板、浮阀塔板10、回收率: n = 99%11、厂址：安徽地区。
三、设计内容设计方案的选择及流程说明。
塔的工艺计算。
主要设备工艺尺寸设计：塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定；塔板的流体力学校核；塔板的负荷性能图；总塔高、总压降及接管尺寸的确定丙酮- 水分离板式回收塔设计4、辅助设备选型及计算。
5、设计结果汇总。
6、设计评述。
7、工艺流程图及塔工艺条件图附图一：回收塔的工艺流程图。
附图二：回收塔的工艺条件图。
附图三：槽式液体分布器目录一、前言 (1)1.1 塔设备的类型 (1)1.2 操作条件确定 (2)1.3 换热器的选择 (3)1.4 泵的选择 (4)二、设计说明书符号表 (4)三、丙酮与水有关物性数据 (6)3.1 水和丙酮的性质 (6)四、精馏塔的工艺设计 (9)4.1 液相浓度计算 (9)4.2 温度计算 (10)4.3 气相组成计算 (10)4.4 平均相对挥发度的计算............................................ 1.1.4.5 物料衡算........................................................ 1.1..4.6 提馏段操作线方程 (12)4.7 逐板法确定理论板数及进料位置 (13)4.8 全塔效率的计算 (13)4.8.1 粘度计算 (13)4.8.2 板效率计算 (14)4.9 实际塔板数及加料位置的计算 (14)4.10 物性数据计算 (14)4.10.1 密度计算 (14)丙酮- 水分离板式回收塔设计4.10.2 摩尔组成计算 (16)4.10.3 操作压力计算 (17)4.10.4 混合液体表面张力计算 (17)4.11 精馏塔的主要工艺尺寸的计算 (21)4.11.1 体积流量的计算 (21)4.11.2 塔径的计算 (22)4.11.3 溢流装置的计算 (23)4.12 精馏塔流体力学校核 (24)4.12.1 塔板压降 (24)4.12.2 液面落差 (24)4.12.3 液沫夹带 (25)4.12.4 漏液 (25)4.12.5 液相负荷下限线 (25)4.12.6 液相负荷上限线 (26)4.12.7 液泛线 (26)五、热量衡算 (28)5.1 塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷 (28)5.1.1 冷凝器的热负荷 (28)5.1.2 再沸器的热负荷 (28)5.2 塔的辅助设备的设计计算 (29)5.2.1 冷凝器和再沸器的计算与选型 (29)1、冷凝器的计算与选型 (29)丙酮- 水分离板式回收塔设计2、再沸器的设计选型 (30)5.3 泵的设计选型 (30)5.3.1 塔总高度计算 (30)5.3.2 进料管线管径 (31)5.3.3 原料泵的选择 (32)六、参考文献 (34)七、结束语 (35)一、前言丙酮是重要的有机合成原料，用于生产环氧树脂、聚碳酸酯、有机玻璃、医药、农药等。
丙酮和水吸收塔化工原理课程设计
丙酮和水吸收塔化工原理-从结构、工艺过程和应用角度深度探讨丙酮和水吸收塔是一种常用的化工设备，广泛应用于化工、医药、食品等领域，具有吸收、分离、净化等功能。
本文将从结构、工艺过程和应用角度深度探讨丙酮和水吸收塔化工原理。
一、丙酮和水吸收塔结构丙酮和水吸收塔主要由塔壳、填料层、进料管道、排气管道、循环泵和控制系统组成。
塔壳一般为不锈钢或碳钢材质，填料层可以是泡沫塑料、陶粒或塑料制品。
进料管道和排气管道负责分别导入和排出气体。
循环泵则起到循环液体的作用，控制系统用于调节塔内气体温度和流速等参数。
二、丙酮和水吸收塔工艺过程丙酮和水吸收塔的工艺过程可以分为四个步骤：吸附、溶解、反应和分离。
1. 吸附当气体进入丙酮和水吸收塔时，它们就开始接触填料上涂有吸收剂的表面。
此时，气体中的废气开始与吸收剂发生接触，废气中的污染物开始逐渐被吸收剂吸附。
2. 溶解在吸附的基础上，当气体与吸收剂发生接触时，吸附剂会逐渐溶解。
目的是使废气在吸收剂中形成分子内的显著降解和溶解，在这一步骤中，需要预先调节液体和气体的比例，温度和压力等参数以确保溶解的发生。
3. 反应在液池中发生吸收剂与废气中污染物之间化学反应，使废气中的污染物逐渐被分解降解，从而减轻对环境负担。
4. 分离在经过吸附、溶解和反应之后，液池中的吸收剂会变得过度饱和。
这时，液池内的液体会通过流量调节阀流入分离器，使污染物与吸收剂分离。
而气体则经过排气管道排出丙酮和水吸收塔。
三、丙酮和水吸收塔应用丙酮和水吸收塔具有广泛的应用领域，如环境保护、化工生产、医药生产和食品加工等。
例如，在环境保护领域，丙酮和水吸收塔主要应用于废气处理。
在化工生产中，丙酮和水吸收塔主要用于去除废气中的有机气体，减轻对环境的污染。
在医药生产和食品加工领域，丙酮和水吸收塔则主要用于去除废气中的异味、二氧化碳等有害气体，提高晶体产品的纯度和质量。
综上所述，丙酮和水吸收塔化工原理是一种重要的工艺和设备，具有吸收、分离、净化等多种功能。
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；(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 (1)2.精馏塔的物料衡算 (1)2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (1)2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (1)2.3物料衡算 (2)3.塔板数的确定 (2)3.1理论板层数N T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 (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)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 (7)5.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)5.2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)6.1.1堰长l w (10)6.1.2 溢流堰高度h w (11)6.1.3 弓形降液管宽度W d和截面积A f (11)6.1.4 降液管底隙高度h o (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 c计算 (13)7.1.2气体通过液层的阻力h l计算 (13)7.1.3液体表面张力的阻力hσ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)9.2回流液管的管径计算 (19)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)参考文献 (23)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。
丙酮水精馏塔课程设计
丙酮水精馏塔课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握丙酮与水的精馏原理，理解精馏塔的基本结构和操作流程；2. 学会运用化学平衡和相平衡知识，分析丙酮-水体系的精馏过程；3. 掌握精馏塔的物料与能量平衡计算方法，能进行简单精馏塔的设计与优化。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识解决实际化学工程问题的能力，能独立进行精馏塔的实验操作；2. 提高学生的实验数据分析与处理能力，能够利用实验数据优化精馏操作；3. 培养学生的团队协作和沟通能力，能在小组讨论中提出建设性意见。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对化学工程学科的兴趣，激发他们探索科学问题的热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的真实性和客观性；3. 增强学生的环保意识，让他们认识到化学工艺在环保方面的重要性。
课程性质：本课程为高中化学选修课程，以化学工程实践为基础，结合理论知识，培养学生的实践操作能力和科学素养。
学生特点：高中学生具备一定的化学基础知识和实验操作技能，但化学工程知识相对薄弱，需要通过实践操作和理论学习相结合的方式进行教学。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，引导学生主动参与实验和讨论，提高学生的实践能力和科学素养。
同时，注重培养学生的团队协作能力和环保意识。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际化学工程问题，为未来的学习和工作打下坚实基础。
二、教学内容本节教学内容主要包括以下三个方面：1. 精馏原理与精馏塔结构- 理解丙酮与水的精馏原理，掌握精馏过程中物质的相变和分离机制；- 学习精馏塔的基本结构，包括塔板、填料、加热器、冷凝器等部件的作用和设计要求；- 结合教材相关章节，分析实际精馏塔操作流程。
2. 化学平衡与相平衡- 掌握丙酮-水体系的气液平衡和液液平衡关系；- 学习化学平衡常数、相平衡图等概念，分析影响精馏效果的因素；- 引导学生运用所学知识，进行精馏塔的物料与能量平衡计算。
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；(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 (1)2.精馏塔的物料衡算 (1)2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (1)2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (1)2.3物料衡算 (2)3.塔板数的确定 (2)3.1理论板层数N T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 (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)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 (7)5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8)5.1塔径的计算 (8) (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)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h o (11)6.2塔板布置 (12) (12) (12) (12) (12)7.筛板的流体力学验算 (13)7.1塔板降 (13)hc计算 (13)hl计算 (13)hσ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 (19)9.2回流液管的管径计算 ............................................................19 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 参考文献 (23)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。
水吸收丙酮课程设计—化工原理课程设计报告书
化工原理课程设计报告书设计题目：水吸收丙酮填料塔的设计姓名：王XX学号：XXXXXXX专业：制药工程班级：20XX（1）班指导老师：XXX日期：20XX 年1 月目录1设计方案简介 (2)1.1设计方案的确定 (2)1.2填料的选择 (2)2工艺计算 (2)2.1 基础物性数据 (2)2.1.1 (2)2.1.2气相物性的数据 (2)2.1.3气液相平衡数据 (3)2.1.4 物料衡算 (3)2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (4)2.2.1 塔径的计算 (4)2.2.2 填料层高度计算 (6)2.2.3 填料层压降计算 (8)2.2.4 液体分布器简要设计 (8)3.设备的计算及选型 (10)3.1 填料支承设备 (10)3.2填料压紧装置 (10)3.3液体收集再分布装置 (10)3.4气体和液体的进出口装置 (10)4.设计参数一览表 (11)5.设计评述 (12)6.参考文献 (12)设计内容及目的：本次试验所设计的内容为一填料吸收塔，用于脱除空气中的丙酮蒸汽。
混合气体处理量为2800m 3/h 。
进口混合气中含丙酮蒸汽8%(V/V)；混合气进料温度为35℃，采用清水进行吸收。
[要求]：丙酮的回收率达到96%；[操作条件]:操作压力为常压，操作温度为25℃。
1设计方案简介1.1设计方案的确定用水吸收丙酮属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。
因用水作为吸收剂，且丙酮不作为产品，故采用纯溶剂。
1.2填料的选择对于水吸收丙酮的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。
在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。
2工艺计算2.1 基础物性数据2.1.1液相物性的数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。
由手册查得，25℃时水的有关物性数据如下：密度为 ρL=997.1 kg/m3粘度为 μL=0.0008937 Pa·s=3.2173kg/(m·h)表面张力为σL=71.97 dyn/cm=932731 kg/h2丙酮在水中的扩散系数为 DL=1.327×10-9m2/s=4.776×10-6m2/h(依 D=0D μμ00T T 计算，查《化工原理》教材)2.1.2气相物性的数据进塔混合气体温度为35℃混合气体的平均摩尔质量为MVm=ΣyiMi=0.08×58.08+0.92×29=31.33g/mol混合气体的平均密度为混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得35℃空气的粘度为μV=1.88 ×10-5Pa•s=0.068kg/(m•h)查手册得丙酮在空气中的扩散系数为h m s cm D V /038.0/106.022== （依2/3000))((T T P P D D =计算，其中293K 时，100kPa 时丙酮在空气中扩散系数为1×s m /1025-，查《化工原理》教材）2.1.3气液相平衡数据当x<0.01,t=15～45℃时，丙酮-水体系的亨利系数可用式：T E 2040171.9lg -=计算E=211.5kPa相平衡常数为m=E/P=211.5/101.3=2.09溶解度系数为262.002.185.2111.997=⨯==s LEM H ρ)/(3m kPa kmol ⋅2.1.4 物料衡算进塔气相摩尔比为1110.080.0870110.08y Y y ===--出塔气相摩尔比为21(1)0.0870(10.96)0.00348Y Y φA =-=-=3 / K 239 . 1 15 . 308 314 . 8 33 .31. 325 . 101 m g RT PM m m V V = ⨯ ⨯ = = ρ进塔惰性气相流量为2800273(10.08)101.93/22.427335V kmol h =⨯-=+该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即2121min /)(X m Y Y Y VL --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 02=Xmin 0.08700.00348() 2.010.0870/2.090L V -==-取操作液气比为min )(8.1V L V L = 1.8 2.01 3.62L V =⨯=3.62101.93368.99/L kmol h =⨯=)()(2121X X L Y Y V -=-1101.93(0.08700.00348)0.023368.99X -==2.2 填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1 塔径的计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速气相质量流量为2800 1.2393469V ω=⨯=kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即368.9918.026649L ω=⨯=kg/hEckert 通用关联图的横坐标为0.50.566491.239()()0.073469997.1L V V L ωρωρ==图一填料塔泛点和压降的通用关联图（引自《化工原理》教材） 查图一得 17.02.02=L LV F F g u μρρψφ 查表1170-=m F φ 0.20.20.170.179.81997.1 2.842/1701 1.2390.8937LF F V L g u m s ρϕψρμ⨯⨯===⨯⨯⨯ 取 0.70.7 2.842 1.989/F u u m s ==⨯=由 442800/36000.73.14 1.989s V D m u π⨯===⨯ 圆整塔径，取D=0.7m泛点率校核： 22800/3600 2.02/0.7850.7u m s ==⨯2.14100%75.30%2.842F u u =⨯=（在允许范围内） 填料规格校核：70018.42838D d ==> 液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为()h m m L w ⋅=/08.03min查表3/5.1322m m a t =h m m a L U t w ⋅=⨯==23min min /6.105.13208.0)( min 26649/997.117.330.7850.7U U ==>⨯ 经以上校核可知，填料塔直径选用D=700m 合理。
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化工原理课程设计丙酮和水Prepared on 22 November 2020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（表压）5) 单板压降≤ 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；(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)设计方案的确定 (1)操作条件和基础数据 (1)2.精馏塔的物料衡算 (1)原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (1)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (1)物料衡算 (2)3.塔板数的确定 (2)理论板层数N T的求取 (2)求最小回流比及操作回流比 (2)求精馏塔的气、液相负荷 (3)求操作线方程 (3)图解法求理论板层数 (3)塔板效率的求取 (4)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)操作压力计算 (5)操作温度计算 (5)平均摩尔质量的计算 (5)平均密度的计算 (6)气相平均密度计算 (6)液相平均密度计算 (6)液体平均表面张力计算 (7)液体平均黏度计算 (7)5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8)塔径的计算 (8) (8) (9)精馏塔有效高度的计算 (9)精馏塔的高度计算 (10)6.塔板主要工艺尺寸的计算 (10)溢流装置计算 (10)l w (10)溢流堰高度h w (11)弓形降液管宽度W d和截面积A f (11)降液管底隙高度h o (11)塔板布置 (12) (12) (12) (12) (12)7.筛板的流体力学验算 (13)塔板降 (13)h c计算 (13)h l计算 (13)hσ计算 (13)液面落差 (13)液沫夹带 (14)漏液 (14)液泛 (14)8.塔板负荷性能图 (15)漏液线 (15)液沫夹带线 (15)液相负荷下限线 (16)液相负荷上限线 (17)液泛线 (17)9.主要接管尺寸计算 (19)蒸汽出口管的管径计算 (19)回流液管的管径计算 (19)进料液管的管径计算 (19)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 (23)1. 设计方案简介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倍。
塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
操作条件和基础数据进料中丙酮含量（质量分数）w F = ；产品中丙酮含量（质量分数）w D = ；塔釜中丙酮含量（质量分数）w W = ；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；单板压降≤；塔底加热蒸汽的压力（表压）2.精馏塔的物料衡算原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率丙酮的摩尔质量 M A =kmol水的摩尔质量 M B =18.02kg/kmo l x F =02.18/50.008.58/50.008.58/50.0+=x D =02.18/01.008.58/99.008.58/99.0+=x W =02.18/94.008.58/06.008.58/06.0+=原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F ==⨯-+⨯02.18)237.01(08.58237.0kmolM D ==⨯-+⨯02.18968.0108.58968.0）（kmol M W ==⨯-+⨯02.18)06.01(08.5806.0kmol 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==⨯⨯51.2724300/101200003）（ kmol/h 总物料衡算 = D + W 乙醇的物料衡算 ⨯ + 联立解得 F = kmol/h W = kmol/h 3.塔板数的确定 理论板层数N T 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t —x —y 数据采用截距法求最小回流比。
在上图对角线上，自点b （,）作垂线bf 即为q 线，由a 点（,）出发作平衡线的切线的交点坐标为：，yq=,xq=,求得最小回流比为：R min =-=237.0-613.0613.0968.0944.0R = =⨯3.1.2 求精馏塔的气、液相负荷L 62.19717.13942.1=⨯==RD kmol/hV =79.33617.139)142.1()1(=⨯+=+D R kmol/hL '46.80384.60562.197=+=+=F L kmol/h V '79.336==V kmol/h 3.1.3 求操作线方程精馏段操作线方程为 y 40.0587.0968.079.33617.13979.33662.197+=⨯+=+=x x x V D x V L D 提馏段操作线方程为y '0263.0386.2019.079.33667.46679.33646.803''''''-=⨯-=-=x x x VW x V L W 3.1.4 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 T =15（包括再沸器） 进料板位置 N F =14 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⎪⎩⎪⎨⎧===019.0237.0968.0WF 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：查化工物性算图手册得：⎩⎨⎧==88.3524.1底顶αα则塔内相对挥发度：67.688.3524.1=⨯=⋅=底顶αααm 全塔液体平均粘度的计算：液相平均粘度的计算，即 i i Lm x μμlg lg ∑= 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 ⋅=24.0μ 塔底液相平均粘度的计算 由C 95.86︒=W t ，查手册得： 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，故精馏塔的全塔效率为 实际板层数的求取精馏段实际板层数 N 31418.0/13==精 提馏段实际板层数 N 5418.0/2==提4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算操作压力计算塔顶操作压力 3.10543.101=+=D P kpa 每层塔板压降 kPa P 7.0=∆进料板压力 127317.03.105=⨯+=F P kpa精馏段平均压力 15.1162/1273.105m =+=）（P kpa 操作温度计算丙酮-水溶液的t —x--y 图由丙酮-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 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 进料板平均摩尔质量计算 由图解理论板（x-y 图），得查平衡曲线（x-y 图），得 精馏段平均摩尔质量 平均密度的计算 4.4.1 气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算，即 07.2)15.2733.59(314.831.4915.116m =+⨯⨯==m Vm m V RT M P ρkg/3m 4.4.2 液相平均密度计算 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 进料板液相平均密度的计算 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 液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算 由C 75.56︒=D t ，查手册得 进料板液相平均表面张力的计算 由℃85.61=F t ，查手册得 精馏段液相平均表面张力为 液体平均黏度计算液相平均粘度依下式计算，即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 进料板液相平均粘度的计算 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5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算塔径的计算5.1.1精馏段塔径的计算 精馏段的气、液相体积流率为 23.207.2360031.4979.3363600=⨯⨯==Vm Vm s VM V ρm 3/s0025.093.843360009.3862.1973600=⨯⨯==Lm Lm s LM L ρm 3/s由 VVL Cu ρρρ-=max 式中C 由式2.02020⎪⎭⎫⎝⎛=L C C σ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 取安全系数为，则空塔气速为 102.1574.17.07.0max =⨯==u u m/s606.1102.114.323.244=⨯⨯==u V D sπm按标准塔径圆整后为D=1.2m 塔截面积为 54.28.1414.3422=⨯==D A T πm 2 实际空塔气速为 88.054.223.2===T s A V u m/s 精馏塔有效高度的计算 精馏段有效高度为1240.0)131(1=⨯-=-=T H N Z ）（精精m 提馏段有效高度为6.14.0)15(1=⨯-=-=T H N Z ）（提提m 故精馏塔的有效高度为4.1224.10=+=+=提精Z Z Z m 精馏塔的高度计算 实际塔板数 块；33=n 进料板数 块1=F n ；由于该设计中板式塔的塔径mm D 1000≥，为安装、检修的需要，选取每6层塔板设置一个人孔，故人孔数 6=p n ；进料板处板间距 m H F 5.0=； 设人孔处的板间距m H p 6.0=；为利于出塔气体夹带的液滴沉降，其高度应大于板间距，故选取塔顶间距m H H T D 68.040.07.17.1=⨯==； 塔底空间高度 m H B 2.1= 封头高度 mm H 3751=； 裙座高度 mm H 10002=。