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1、.word.精馏塔的设计及选型 目录 精馏塔的设计及选型 1 目录 1 1 设计概述 1 1.1 工艺条件 1 1.2 设计方案确实定 1 2 塔体设计计算 3 2.1 有关物性数据 3 2.2 物料衡算 6 2.3 塔板数确实定 6 2.4 精馏塔的工艺条件及相关物性数据 10 2.5 塔体工艺尺寸的设计计算 13 2.6 塔板工艺尺寸的设计计算 17 2.7 塔板流体力学验算 21 2.8 负荷性能图 25 2.9 精馏塔接收尺寸计算.31 3 精馏塔辅助设备的设计和选型 35 3.1 原料预热器的设计.36 3.2 回流冷凝器的设计和选型.39 3.3 釜塔再沸器的设计和选型.44 3.
2、4 泵的选择.47 3.5 筒体与封头.47.word.物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏
3、并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.1 设计概述 1.1 工艺条件 1生产能力：2836.1kg/d料液 2工作日：250 天，每天 4 小时连续运行 3 原料组成：35.12%丙酮,64.52%水,杂质 0.35%，由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去，所以可以忽略。所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分，其质量组成为：35.12%丙酮，水 64.88%下同 4产品组成：馏出液 99%丙酮溶液，回收率为 90%，由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于 5.16%即每天生产 99%的丙酮 905.54kg。5进料温度：泡点 6加热方式：间接蒸汽加热 7
4、塔顶压力：常压 8进料热状态：泡点 9回流比：自选 10加热蒸气压力：0.5MPa表压 11单板压降 0.7kPa 1.2 设计方案确实定 1、精馏方式及流程：在本设计中所涉及的浓度 X 围内，丙酮和水的挥发度相差比拟大，容易别离，且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质，因此选用常压精馏，并采取连续精物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水
5、两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.馏方式。母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点，在连续进入精馏塔内，塔顶蒸汽经过塔顶冷凝器冷凝后，大局部连续采出，采出局部经冷却器后进入储罐内备用，少局部进展回流；塔底液一局部经过塔釜再沸器气化后回到塔底，一局部连续采出，采出局部可用于给原料液预热。塔顶装有全凝器，塔釜设有再沸
6、器，进料输送采用离心泵，回流液采用高位槽输送。2、进料状态：泡点进料。3、加热方式：间接蒸汽加热。4、加热及冷却方式：原料用塔釜液预热至泡点，再沸器采用间接蒸汽加热，塔顶全凝器采用自来水作为冷却剂。优点是本钱低，腐蚀性小，黏度小，比热容大，易于输送。5、流程示意图 图 1-1 连续精馏筛板塔流程示意图 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和
7、水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.2 塔体设计计算 2.1 有关物性数据 1、丙酮和水的物性常数 表 1-1 水的黏度和外表 X 力 温度 黏度 MPa 外表 X 力 50 0.592 67.7 60 0.469 66.0 70 0.400 64.3 80 0.33 62.7 90 0.318 60.1 1
8、00 0.248 58.4 表 1-2 丙酮的黏度和外表 X 力 温度 黏度 MPa 外表 X 力 50 0.260 19.5 60 0.231 18.8 70 0.209 17.7 80 0.199 16.3 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得
9、高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.90 0.179 15.2 100 0.160 14.3 表 1-3 丙酮和水的密度 温度 丙酮 水 相对密度 50 758.56 998.1 0.760 60 737.4 983.2 0.750 70 718.68 977.8 0.735 80 700.67 971.8 0.721 90 685.36 965.3 0.710 100 669.92 958.4 0
10、.699 表 1-4 丙酮和水的物理性质 分子量沸点 临界温度 K 临界压强 kpa 丙酮 58.08 56.2 508.1 4701.50 水 18.02 100 647.45 22050 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙
11、方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.表 1-5 丙酮-水系统 t-x-y 数据表 丙酮摩尔数沸点 t/液相 x/%气相 y/%100 0 0 92 0.01 0.279 84.0 0.025 0.47 75.6 0.05 0.63 66.9 0.1 0.754 62.4 0.2 0.813 61.1 0.3 0.832 60.3 0.4 0.842 59.8 0.5 0.851 59.2 0.6 0.863 58.8
12、0.7 0.875 58.2 0.8 0.897 57.4 0.9 0.935 56.9 0.95 0.962 56.7 0.975 0.979 56.5 1 1 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本
13、设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.2.2 物料衡算 1、原料液、塔顶及塔底液中丙酮的摩尔分率 丙酮的摩尔质量 AM=58.08kg/kmol；水的摩尔质量 BM=18.02kg/kmol 那么 02.18/)3512.0 1(08.58/3512.008.58/3512.0/)1(/B F A FA FFM MMx 0.144 02.18/)99.0 1(08.58/99.008.58/99.0/)1(/B D A DA DDM MMx 0.9
14、68 02.18/)0516.0 1(08.58/0516.008.58/0516.0/)1(/B W A WA WWM MMx 0.017 2、原料液、塔顶及塔底液物料的平均摩尔质量 B F A F FM x M x M)1(0.144 58.08+(1-0.144)18.02=23.79 kg/kmol B D A D DM x M x M)1(0.968 58.08+(1-0.968)18.02=56.80(kg/mol)B W A W WM x M x M)1(=0.017 58.08+0.983 18.02=18.70(kg/mol)3、物料衡算 塔顶产品 80.56 454.905
15、 D=3.99 kmol/h 总物料衡算 D+W=F，即 3.99+W=F 丙酮物料衡算 F W DFx Wx Dx，即 0.968D+0.017W=0.144F 联立解得 F=29.9(kmol/h)，W=25.91(kmol/h)2.3 塔板数确实定 1、理论塔板数TN的求取 丙酮-水属非理想溶液体系，故采用图解法求取理论塔板数 1）x-y 图 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起
16、蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.查手册得丙酮-水的气液平衡数据，如表 5 所示，根据表 5 绘制 x-y 图 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70
17、 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.000.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00 BXY0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00 图 1-2 丙酮-水的 x-y 图 2回流比 该精馏别离工艺的进料方式为泡点进料，故 q=1,在图一中对角线上，自点e(0.144,0.144)作垂线即为进料线 q 线，该线与平衡线的交点坐标为
18、xe=0.144,ye=0.775,故最小回流比为：144.0 775.0775.0 968.0mine ee Dx yy xR0.31 操作回流比一般为最小回流比的 1.1-2.0倍，取操作回流比为最小回流比的2 倍，那么操作回流比：R=0.31 2=0.62 3气相及液相负荷 精馏段的气相和液相负荷 RD L 0.62 3.99=2.47 kmol/h 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和
19、丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.D R V)1(1.62 3.99=6.46 kmol/h 提馏段的气相及液相负荷 qF L L 2.47+29.9=32.37 kmol/h V F q V V)1(6.46 kmol/h 4操作线方程 精馏段：59
20、7.0 382.0 968.046.699.346.647.2 x x xVDxVLyD 提馏段：079.0 01.5 0198.046.691.2546.637.32 x x xVWxVLyW 5图解法求理论塔板数，如图二所示，总理论塔板数为 5 块包括塔釜，第 4块为进料板。精馏段为 3 块，提馏段 1 块。0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.000.000.050.100.150.200.250.300.350.400.4
21、50.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00 BXY0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00图 1-3 图解法图 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量
22、组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.2、实际塔板数的求取 1塔内精馏段和提温度的求0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00566064687276808488
23、9296100t/y(X)xyxwxFxD 图 1-4 t-x-y 图 据此图可以确定进料板，塔顶，塔底的温度及气相组成 tF=64.40 Fy=0.792 tD=56.78 Dy=0.970 tW=90.18 Wy=0.321 精馏段平均温度为t1=2F Dt t=60.59 提馏段平均温度为t2=2F Wt t=73.48 2全塔效率 ET的求取 选用全塔效率估算L TE lg 616.0 17.0 公式计算。式中的L 为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收
24、尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.精馏段：平均温度为 60.59,在此平均温度下查化工原理附录得：A=0.235mPa.s,B=0.469mP
25、a.s。lg0.469 0.144)-(1 lg0.235 144.0 lgL=-0.372)372.0(616.0 17.0 lg 616.0 17.0 L TE=0.399 提馏段：平均温度为 73.48,在此平均温度下查化工原理附录得：A=0.211mPa.s,B=0.399mPa.s。lg0.399 0.144)-(1 lg0.211 144.0 lgL=-0.343)343.0(616.0 17.0 lg 616.0 17.0 L TE=0.381 3实际塔板数确实定 精馏段 52.7399.03 TTENN精 精馏段的实际塔板数为 8 块。提馏段 62.2381.01 TTENN提
26、 提馏段的实际塔板数为 3 块。总塔板数为 11 块，不含塔釜。2.4 精馏塔的工艺条件及相关物性数据(1)操作压强 取每层塔板压降p=0.7kPa，且塔顶操作表压为 2kPa 计算。塔顶操作压强 PD=101.3+2=103.3kPa 进料压强板压强 PF=PD+0.7 8=108.9kPa 塔底操作压强 Pw=PD+11 0.7=111.0kPa 由此可计算得精馏段、提馏段的平均压强。物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙
27、酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.精馏段 P=PD+PF/2=106.1kPa 提馏段 P=PF+Pw/2=109.95kPa 2操作温度 据图三得塔顶及塔底泡点温度分别为tD=56.78，tW=90.18，进料温度Ft
28、=64.40。精馏段平均温度：t=(56.78+64.40)/2=60.59 提馏段平均温度：t=(90.18+64.40)/2=77.29(3)平均摩尔质量 1塔顶组分的平均摩尔质量 y1=Dx=0.968，查平衡曲线得1x=0.957；故塔顶气相和液相的平均摩尔质量分别为 气相平均摩尔质量02.18 968.0-1 08.58 968.0）（DVM=56.79 kg/kmol 液相平均摩尔质量02.18 957.0-1 08.58 957.0）（DLM=56.36 kg/kmol 2进料板组分的平均摩尔质量 由图解法第 4 块理论板为进料板，其气相组成4y=0.761,查平衡曲线得对应的液
29、相组成4x=0.117，故进料板气相和液相的平均摩尔质量分别为 气相平均摩尔质量02.18 761.0-1 08.58 761.0）（FVM=48.51 kg/kmol 液相平均摩尔质量02.18 117.0-1 08.58 117.0）（FLM=22.71 kg/kmol 3塔底组分的平均摩尔质量 塔底Wx=0.017,查得平衡曲线wy=0.321,同理可求得 气相平均摩尔质量02.18 321.0-1 08.58 321.0）（WVM=30.88 kg/kmol 液相平均摩尔质量 02.18 017.0-1 08.58 017.0）（WLM=18.70 kg/kmol 物料衡算塔板数确实定
30、精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word
31、.4精馏段气相和液相的平均摩尔质量 VM=(56.79+48.51)/2=52.65 kg/kmol LM=(56.36+22.71)/2=39.54 kg/kmol 5提馏段气相和液相的平均摩尔质量 VM=(30.88+48.51)/2=39.70 kg/kmol LM=(22.71+18.70)/=20.71 kg/kmol 4丙酮水混合物的密度 A 气相平均密度 精馏段：RTPMvV=)15.273 59.60(314.865.52 1.106=2.01(kg/3m)提馏段：)15.273 29.77(314.870.39 95.109 RTMv PV1.50(kg/3m)B 液相平均密
32、度 塔顶：由Dt=56.78 查得丙酮的密度共线图及水的物性数据表可知A=749(kg/3m),B=985(kg/3m)；塔顶液相的质量分率为：A 02.18)957.0 1(08.58 957.008.58 957.00.986 D=1/(0.986/749+0.014/985)=751.52(kg/3m)进料板：由Ft=64.40，查得A=738(kg/3m),B=980.5(kg/3m),进料板液相质量分率A=02.18)117.0 1(08.58 117.008.58 117.0=0.275 FL=1/(0.275/738+0.725/980.5)=899.24(kg/3m)塔底：由W
33、t=90.18 查得A=710(kg/3m)，那么B=965.3(kg/3m)物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏
34、性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.塔釜液相质量分率：02.18)017.0 1(08.58 017.008.58 017.0A0.052 w=1/(0.052/710+0.948/965.3)=947.58(kg/3m)精馏段液相平均密度：L=(751.52+899.24)/2=825.38(kg/3m)提馏段液相平均密度：L=(899.24+947.58)/2=923.41(kg/3m)5丙酮-水混合物的外表 X 力 塔顶：由Dt=56.78，可知A=19.5mN/m,B=66.94mN/m，故D=0.968 19.5+(1-
35、0.968)66.94=21.02mN/m。进料板：由Ft=64.40 查得A=18.9mN/m，B=65.27mN/m，故F=0.16 18.9+1-0.16 65.27=57.85mN/m 塔底：由wt=90.18 查得A=15.8mN/m，B=60.71mN/m，那么W=0.017 15.8+1-0.017 60.71=59.94mN/m 精馏段平均外表 X 力：L=21.02+57.85)/2=39.44mN/m 提馏段平均外表 X 力：L=(57.85+59.94)/2=58.90mN/m 2.5 塔体工艺尺寸的设计计算 1、塔径 表 1-6 塔径与塔板间距的关系 塔径 D/m 塔板
36、间距TH/mm 塔径 D/m 塔板间距TH/mm 0.3-0.5 200-300 1.6-2.0 450-600 0.5-0.8 300-500 2.0-2.4 600-800 0.8-1.6 350-450 2.4 800 1精馏段 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可
37、知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.精馏段气相及液相的流量分别为 Vh=vVMv=01.265.52 46.6=169.21 3m/h；38.82554.39 47.2LLhLML0.118 3m/h SV=169.21/3600=0.047(s m/3);sL=0.118/3600=3.28510(s m/3)21)01.238.825(21.169118.0)(VLhhV
38、L0.02 取塔板间距TH=0.25m,板上液层高度Lh=0.05m，那么TH-Lh=0.20m 查图得20C=0.043 图 1-5 史密斯关联图 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的
39、浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.那么复合因子：C=2.020)20(L C=2.0)2044.39(043.0=0.049 最大允许气速：VV L C u max=0.049 01.201.2 38.825=0.989 m/s 取平安系数为 0.7，那么空气塔速为：u=0.7maxu=0.692(m/s)塔径：D=uVS4=692.0 14.3047.0 4=0.292m=292mm,按标准塔径圆整后为 D=300mm 2提馏段 hV=VVM V=50.1
40、70.39 46.6=170.97 3m/h；41.92371.20 37.32 LLhM LL0.726 3m/h SV=170.97/3600=0.0475(s m/3);sL=0.726/3600=2.02410(s m/3)21)50.141.923(97.170726.0)(VLhhVL0.02 取塔板间距TH=0.25m,板上液层高度Lh=0.05m，那么TH-Lh=0.20m 查图得20C=0.043 那么复合因子：C=2.020)20(L C=2.0)2090.58(043.0=0.053 最大允许气速：maxVV L C u=0.053 5.15.1 41.923=1.32
41、m/s 取平安系数为 0.7，那么空气塔速为：u=0.7maxu=0.922(m/s)塔径：D=4uVS=922.0 14.30475.0 4=0.256m=256mm,物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流
42、程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.按标准塔径圆整后为 D=300mm 精馏段与提馏段塔径相等，塔径取 300mm。塔截面积为 2 23.04 4 D AT=0.071 精馏段和提馏段的实际空塔气速分别为 071.0047.0 u=0.662 m/s；071.00475.0 u=0.669 m/s 2、塔高 塔高按下式计算 B D P P F F T P FH H H N H N H N N N H)1(1塔板间距TH=0.25m。2塔顶空
43、间高度DH取两倍的塔板间距，即T DH H 0.2=0.5m。3塔底空间高度2 1h h HB。塔底料液停留时间取 3min，查表知 300mm 的封头容积为 0.0053 3m,总深度为 100mm。按下式计算得塔底的储液高度为 2213.0 14.3 25.00053.058.947 360060 3 70.18 91.25D41360060封头VWMh WW0.287m 取塔底液面到最下层塔板之间的距离为2h=0.75m,那么塔底空间高度为 2 1h h HB=0.287+0.75=1.037m（4）由于本次设计的塔径较小，所以应设置手孔。手孔的设置应方便人的手臂伸入塔内，在进料板，塔顶
44、及塔釜处各设一个手孔，孔径为 150mm。（5）取FH=0.6m。（6）塔高 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏
45、性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连续进入精.word.B D P P F F T P FH H H N H N H N N N H)1(=11-1-1 0.25+1 0.6+0+0.5+1.037=4.39m 2.6 塔板工艺尺寸的设计计算 1、溢流装置 塔径为 0.3m,采用单溢流,弓形降液管，平形受液盘。（1）溢流堰堰长 精馏段：取 3.0 65.0 65.0 D lW0.195m 提馏段：3.0 68.0 68.0 D lW0.204m（2）溢流堰高度 选用平直堰，按下式计算堰上层液的高度，E 近似为 1。32)(100084.2whowll
46、E h 精馏段和提馏段的板上液层高度取为 0.05m,即m h hL L05.0，那么有 精馏段 32)195.0118.0(1100084.2 owh=0.002m 溢流堰高度ow l wh h h=0.05-0.002=0.048m 提馏段 32)204.0726.0(1100084.2 owh=0.007m 溢流堰高度 ow l wh h h=0.05-0.007=0.043m 3弓形降液管宽度和降液管截面面积 精馏段：由 D lw/0.65 查右图得T fA A/0.072，D Wd/0.13，由此可得 dW=0.13 0.3=0.039m；fA=0.072 0.071=0.005 物
47、料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取连续精馏方式母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点在连
48、续进入精.word.精馏段：由 D lw/0.65 查图四得T fA A/0.088，D Wd/0.15，由此可得 dW=0.15 0.3=0.045m；fA=0.088 0.071=0.006 4验算液体在降液管中的停留时间 精馏段：h T fL H A/3600=3600 0.005 0.25/0.118=38.1s5s 提馏段：/3600 h T fL H A=3600 0.006 0.25/0.726=7.44s5s 故降液管设计合理。5降液管底隙高度 因物系较清洁，不会有赃物堵塞降液管底隙，故取液体通过降液管底隙得流速cu 0.07m/s，依式：cu lLhwho3600来计算降液管
49、底隙高度oh：精馏段：故07.0 195.0 3600118.03600 cu lLhwho=0.002m 提馏段：故07.0 204.0 3600726.0 3600 cu lLhwho=0.014m 精馏段和提馏段降液管底隙高度oh 过小，取 m h 03.00 m m h hW006.0 018.0 03.0 048.00 m m h hW006.0 013.0 03.0 043.0 0 故降液管底隙高度设计合理。2、塔板布置 本塔设计塔径 D=0.3m,故采用整块式塔板。1边缘区域确定 取边缘区宽度m Wc030.0，安定区宽度m W Ws s020.0 1开孔区面积 依下式计算开孔区
50、面积aA 图 1-6 弓形降液管的宽度与截面面积 物料衡算塔板数确实定精馏塔的工艺条件及相关物性数据塔体工艺尺寸的设计计算塔板工艺尺寸的设计计算塔板流体力学验算负荷性能图精馏塔接收尺寸计算精馏塔辅助设备的设计和选型原料预热器的设计回流冷凝器的设计和选型 成丙酮水杂质由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去所以可以忽略所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分其质量组成为丙酮水下同产品组成馏出液丙酮溶液回收率为由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于即每天生产的丙 方案确实定精馏方式及流程在本设计中所涉及的浓度围内丙酮和水的挥发度相差比大容易别离且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质因此选用常压精馏并采取