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。
齐大化工原理课程设计水吸收丙酮填料吸收塔设计
齐齐哈尔大学化工原理课程设计题目水吸收丙酮填料吸收塔设计学院化学与化学工程学院专业班级制药工程学生姓名指导教师成绩年月日摘要吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。
在化工生产中主要用于原料气的净化，有用组分的回收等。
填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备。
塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。
支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。
填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。
本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔的方法处理含有丙酮的混合物，使其达到排放标准。
在设计中,主要以水吸收混合气中的丙酮，在给定的操作条件下对填料吸收塔进行物料衡算。
本次设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。
关键词：水；填料塔；吸收；丙酮；低浓度AbstractAbsorption is the unit operation Of using mixed gas in the liquid component in the solubility of isolated differences to a gaseous mixture of homogeneous . In the production ,it is being used in producing of chemical raw materials, gas purification and recycling of useful components and so on.The absorption chamber was mad that the fluid assumes the continuous contact the gas fluid mass transfer equipment. On base plate's padding has entire builds with the chaotic pile of two ways. The padding level's place above has the liquid to distribute the installment, thus causes the liquid to spray evenly on the padding level.The chemical principle curriculum project's goal is to use the padding absorption tower according to the design requirements method processing to include the acetone mixture. In the design, mainly by the water absorption mixture air's in acetone, under the operating condition which assigns to the padding absorption tower carries on the material balance. This design including design proposal selection, major installation's technological design , equipment's structural design and craft size design calculation, flow chart, major installation's contents and so on technological conditions chart.Key words：Water;Absorption chamber;Absorption;Acetone;Low concentration目录摘要.......................................................................................................................................... Abstract ........................................................................................................................................ 第1章绪论.......................................................................................................................... - 0 -1.1 吸收技术概况................................................... - 0 -1.2 吸收设备的发展................................................. - 1 -1.3 吸收在工业生产中的应用......................................... - 3 -1.3.1 吸收的应用................................................ - 3 -1.3.2 塔设备在化工生产中的作用和地位............................ - 3 -1.3.3 化工生产对塔设备的要求.................................... - 4 - 第2章设计方案................................................................................................................ - 6 -2.1 吸收剂的选择................................................... - 6 -2.2 吸收工艺流程确定............................................... - 7 -2.3 吸收塔设备及填料选择........................................... - 7 -2.3.1 吸收塔的设备选择.......................................... - 8 -2.3.2 填料的选择................................................ - 8 -2.4 操作参数的选择................................................ - 10 -2.4.1 操作温度的选择........................................... - 10 -2.4.2 操作压力的选择........................................... - 10 - 第3章吸收塔的工艺计算.............................................................................................. - 11 -3.1 基础物性数据.................................................. - 11 -3.1.1 液相物性数据............................................. - 11 -3.1.2 气相物性数据............................................. - 11 -3.1.3 气液相平衡数据........................................... - 11 -3.1.4 物料衡算................................................. - 12 -3.2 填料塔的工艺尺寸的计算................................................................................. - 12 -3.2.1 塔径的计算............................................... - 13 -3.2.2 泛点率校核............................................... - 14 -3.2.3 填料规格核算............................................. - 14 -3.2.4 液体喷淋密度校核......................................... - 14 -3.3 填料塔填料高度计算............................................ - 14 -3.3.1 传质单元高度计算......................................... - 14 -3.3.2 传质单元数的计算......................................... - 16 -3.3.3 填料层高度的计算......................................... - 17 -3.3.4 填料塔附属高度计算....................................... - 17 -3.4 填料层压降计算................................................ - 18 -3.4.1 填料层压降............................................... - 18 -3.4.2 气体进出管压降........................................... - 20 -3.4.3 其他塔内件压降及总压降................................... - 20 -3.5 进出管工艺尺寸计算............................................ - 21 -3.5.1 液体进出料管................................................ - 21 -3.5.2 气体进出料管............................................. - 21 -3.6 液体分布器.................................................... - 22 -3.7 其他附属塔内件的选择.......................................... - 22 -3.7.1 填料支承板的选择......................................... - 22 -3.7.2 除沫器的选择............................................. - 23 - 工艺设计计算结果汇总................................................... - 24 -设计总结............................................................... - 25 -参考文献............................................................... - 26 -致谢............................................................... - 27 -第1章绪论1.1 吸收技术概况在化工生产中,经常要处理各种原料、中间产物、粗产品。
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。
化工原理课程设计--丙酮水连续精馏塔的设计
07 安全环保措施与节能优化 建议
安全防护措施考虑
防火防爆措施
采用防爆电器、设置可燃气体检 测报警装置、确保塔内压力稳定 等，以防止火灾和爆炸事故的发 生。
操作安全
制定严格的操作规程，对操作人 员进行专业培训，确保他们熟悉 设备的操作和维护，减少人为操 作失误。
设备安全
选用高质量的材料和可靠的制造 工艺，确保设备的稳定性和安全 性；对关键设备进行定期检查和 维护，及时发现并处理潜在的安 全隐患。
根据冷却水温度、冷却水量、蒸汽量等条件，计算冷凝器传热面积 、冷却水流速等参数。
再沸器
根据加热蒸汽量、加热温度等条件，计算再沸器传热面积、加热蒸 汽流速等参数。
辅助系统（如冷凝器、再沸器等）设计
冷凝器设计
选择合适的冷凝器类型（如列管式、板式等），确定冷却 水进出口温度、冷却水量等参数，进行传热计算和结构设 计。
产品收集
塔顶蒸出的丙酮经过冷凝器冷凝 后收集，塔底排出的水经过处理
后排放或回收利用。
操作条件选择
操作压力
根据丙酮和水的性质及工艺要求 ，选择合适的操作压力。一般来
说，常压精馏可以满足要求。
操作温度
根据丙酮和水的沸点及传质传热要 求，选择合适的操作温度。通常， 操作温度略高于丙酮的沸点。
回流比
回流比对精馏塔的分离效果和能耗 有重要影响。在保证分离效果的前 提下，应尽量降低回流比以减少能 耗。
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对设计结果进行仿真验证，分析 设计方案的可行性和经济性。
02 精馏塔工艺设计
工艺流程确定
原料预处理
将丙酮和水按一定比例混合，经 过预热器加热至适宜温度，进入
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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……………………………………………………………43.3 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)hch计算 (13)l计算 (13)hσ7.3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 lx F =08.58/50.0=0.237F==⨯⨯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=1.423.1.2 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/hV '79.336==V kmol/h3.1.3 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⎪⎩⎪⎨⎧===019.0237.0968.0WF 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：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取安全系数为0.7，则空塔气速为102.1574.17.07.0max =⨯==u u m/s 606.1102.114.323.244=⨯⨯==u V D s πm6.14.0)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 m5.3精馏塔的高度计算实际塔板数块；=n33进料板数块=1n；F由于该设计中板式塔的塔径mm≥，为安装、检修的需要，选取每6层塔D1000故精馏塔的总高度为=18.93m6.塔板主要工艺尺寸的计算6.1溢流装置计算因为塔径8.1=D m ，一般场合可选用单溢流弓形降液管【4】，采用凹形受液盘。
各项计算如下：6.1.1堰长lw由 66.0=Dl W 查图（弓形降液管的参数）【4】，得故 m D W m A A d T f 216.08.112.012.0183.054.2072.0072.02=⨯===⨯== 依式h Tf L H A 3600=θ 【4】验算液体在降液管中停留的时间，即故降液管设计合理。
6.2.2边缘区宽度确定取 m W W s s 07.0='=，m W c 035.0=6.2.3开孔区面积计算开孔区面积a A 按下式计算，即其中 m W W D x s d 614.0)07.0216.0(28.1)(2=+-=+-=故 a A =⨯+-⨯=-（865.0614.0sin 180865.014.3614.0865.0614.0212221.93m 27.1塔板降7.1.1干板阻力h c 计算干板阻力h c 由下式计算，即由67.1350==d ，查图（干筛孔的流量系数）得，772.00=c故 029.097.84323.2772.044.11051.02=⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=c h m 液柱7.1.2气体通过液层的阻力h l 计算对于筛板塔，液面落差很小，且本次的塔径（m m D 28.1<=）和液流量（s m L s /0025.03=）均不大，故可以忽略液面落差的影响。
7.3液沫夹带液沫夹带量由下式计算，即故 气液气液kg kg kg kg e V /1.0/0095.015.040.0946.01033.42107.52.336<=⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=--故在本次设计中液沫夹带量e V 在允许范围内。
7.4漏液故在本次设计中不会发生液泛现象。
8.塔板负荷性能图8.1漏液线由 V L L h h C u ρρσ)13.00056.0(4.40min ,0-+=得23.293.8430041.019.136001100084.2049.013.00056.093.1101.0772.04.4100084.213.00056.04.432320min ,⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯++⨯⨯⨯⨯=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=s V L W h W as L h l L E h A C V ρρσ⎭⎝fT L 故 2475.1123.0s f L h +=整理得 3245.2716.5ss L V -=在操作范围内，任取几个L s 值，依上式计算出V s 值，计算结果列于表3。
表3由上表数据即可作出液沫夹带线2。
令 )(W T d h H H +=ϕ由 OW W L L l l c p d L p d h h h h h h h h h h h h H +==++=++=;;;βσ联立得 σββϕϕh h h h h H d c OW W T ++++=--+)1()1(忽略σh ，将OW h 与s L ，d h 与s L ，c h 与s V 的关系式代入上式，并整理得式中 ()⎪⎪⎭⎫⎝⎛='LVc A a ρρ200051.0 将有关的数据代入，得在负荷性能图上，作出操作点A ，连接OA ，即作出操作线。
由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为液沫夹带控制。
由图可查得故操作弹性为 9.主要接管尺寸计算 9.1塔顶蒸汽管的管径计算由于塔顶操作压力为4kpa ，故选取s m u v /00.15=，则 圆整直径为mm d v 5360⨯=φ9.2回流液管的管径计算冷凝器安装在塔顶，故选取s m u D /35.0=，则 圆整直径为mm d D 589⨯=φ 9.3进料液管的管径计算由于料液是由泵输送的，故选取s m u F /00.2=； 进料管中料液的体积流量故 m u F d F F 047.000.214.30035.044=⨯⨯='=π11．1 筛板塔的特性讨论筛板塔式最早使用的板式塔之一，它的主要优点有：结构简单，易于加工，造价较低；在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%~40%；踏板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；气体压降较小，约比泡罩塔低30%；但也有一些缺点，即是：理论塔板数的确定有多种方法，本次设计中采用梯级图解法求取理论塔板数。
利用求得的精馏段操作线、提馏段操作线及q线，在操作线和平衡线间画梯级得出理论塔板数，由此也得到了最佳进料位置。
本次设计中求取到的理论塔板数为15块，进料板是第14块。
11．5 操作温度的求解本次设计中，为计算方便，用精馏段平均温度作为其操作温度。
11．6 溢流方式的选择本次设计中，由于塔径为1.8m，不超过2.0m，可选用单溢流弓形降液管，夹带量在允许范围内、不会发生漏液及液泛现象。
11．8 塔板负荷性能图结果讨论由本次设计所得的数据计算得出的塔板负荷性能图中A点为本次设计中精馏塔的操作点。
由图中可看出，操作点在理论范围内，但偏边界位置，即该操作点并非最佳操作点，可能由于回流比取值的大小有关。
参考文献[1] 杨祖荣，刘丽英，刘伟化工原理（第二版）北京：化学工业出版社，2009[2] 刘光启，马连湘，邢志有化工物性算图手册北京：化学工业出版社，2002。