化工原理课程设计(丙酮-水)

化工原理课程设计1目录第一部分设计概述······················································································2一、设计题目：..................................................................................................2二、工艺条件:....................................................................................................2三、设计内容......................................................................................................2四、工艺流程图....................................................................................................2第二部分塔的工艺计算················································································4一、查阅文献，整理有关物性数据....................................................................4二、全塔物料衡算与操作方程............................................................................8三、全塔效率的估算............................................................................................9四、实际塔板数..................................................................................................10五、精馏塔主题尺寸的计算..............................................................................111精馏段与提馏段的汽液体积流量112塔径的计算133塔高的计算174塔板结构尺寸的确定185弓形降液管186开孔区面积计算197筛板的筛孔和开孔率20六、筛板的流体力学验算..................................................................................211塔板压降212液面落差21七、塔板负荷性能图..........................................................................................231精馏段塔板负荷性能图232提馏段塔板负荷性能图26八、精馏塔的主要附属设备..............................................................................291.塔顶全凝器设计计算292.料液泵设计计算30九、设计结果一览表..........................................................................................32十、符号说明......................................................................................................33十一、参考文献....................................................................................................1十二、设计小结....................................................................................................2化工原理课程设计2第一部分设计概述一、设计题目：筛板式连续精馏塔及其主要附属设备设计二、工艺条件:生产能力：30000吨/年（料液）年工作日：300天原料组成：25%丙酮，75%水（质量分率，下同）产品组成：馏出液99%丙酮，釜液2%丙酮操作压力：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：自选三、设计内容1、确定精馏装置流程，绘出流程示意图。2、工艺参数的确定基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。3、主要设备的工艺尺寸计算板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。4、流体力学计算流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。5、主要附属设备设计计算及选型塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。料液泵设计计算：流程计算及选型。四、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，化工原理课程设计3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：精馏装置流程示意图化工原理课程设计4第二部分塔的工艺计算一、查阅文献，整理有关物性数据（1）水和丙酮的性质表1.水和丙酮的粘度温度5060708090100水粘度mpa0.5920.4690.400.330.3180.248丙酮粘度mpa0.260.2310.2090.1990.1790.160表2.水和丙酮表面张力温度5060708090100水表面张力67.766.064.362.760.158.4丙酮表面张力19.518.817.716.315.214.3表3.水和丙酮密度温度5060708090100相对密度0.7600.7500.7350.7210.7100.699水998.1983.2977.8971.8965.3958.4丙酮758.56737.4718.68700.67685.36669.92表4.水和丙酮的物理性质分子量沸点临界温度K临界压强kpa水18.02100647.4522050丙酮58.0856.2508.14701.50表5.丙酮—水系统t—x—y数据沸点t/℃丙酮摩尔数xy10000920.010.27984.20.0250.4775.60.050.6366.90.10.75462.40.20.81361.10.30.83260.30.40.84259.80.50.85159.20.60.863化工原理课程设计558.80.70.87558.20.80.89757.40.90.93556.90.950.96256.70.9750.97956.511由以上数据可作出t-y（x）图如下由以上数据作出相平衡y-x线图化工原理课程设计6（2）进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数酮的摩尔质量AM=58.08Kg/kmol水的摩尔质量BM=18.02Kg/kmol平均摩尔质量0937.002.18/75.008.58/25.008.58/25.0Fx968.002.18/01.008.58/99.008.58/99.0Dx00629.002.18/98.008.58/02.008.58/02.0Wx化工原理课程设计7MF=0.093758.08+（1-0.0937）18.02=21.774kg/kmolMD=0.96858.08+(1-0.968)18.02=56.798kg/kmolMW=0.0062958.08+（1-0.00629）18.02=18.272kg/kmol30000000/(30024)191.3621.774Fkg/kmol最小回流比由题设可得泡点进料q=1则Fx=ex，又附图可得ex=0.0937,ey=0.749。化工原理课程设计8minDeeexyRyx=0.9680.7490.00420.7490.0937确定操作回流比：min(1.1~2.0)RR令min2RR=0.6684二、全塔物料衡算与操作方程(1)全塔物料衡算FSDWFDWFxDxWx0.09370.00629191.3617.2050.9680.006290.6684FWDWxqxDFxRxKmol/h0.668417.205191.36202.86WLRDqFKmol/h(1)(1)(0.66841)17.20528.705SVRDqFKmol/h(2)操作方程精馏段111DnnxRyxRR=0.40.58nx提馏段1nn=7.0670.044nx（3）由图可得当R=0.6684时，精馏段与平衡线相切，则即使无穷多塔板及组成也不能跨越切点，切点为（0.854,0.915），则：minmin0.9680.91510.9680.854RR可解得：minR=0.8688设min2RR=1.737617.091/FDDWxxDFKmolhxx(1)46.788/SRDKmolh29.697/LRDKmolh化工原理课程设计9221.057/WRDqFKmolh精馏段操作线方程：111DnnxRyxRR=0.630.35nx利用图解法求理论班层数，可得：总理论板层数11TN块，进料板位置7FN三、全塔效率的估算用奥康奈尔法('Oconenell)对全塔效率进行估算：根据丙酮—水系统t—x(y)图可以查得：ctd05.56(塔顶第一块板)0.968Dx10.968y10.95x设丙酮为A物质，水为B物质所以第一块板上：0.968Ay0.95Ax0.032By0.05Bx可得：()/1.59/AAABDBByxayxctf067.2(加料板)0.0937Fx0.75Fy假设物质同上：0.750Ay0.0937Ax0.250By0.9063Bx可得：()/29/AAABFBByxayxctw0100(塔底)0.00629Wx0.00627Wy假设物质同上：0.00627Ay0.00629Ax0.99373By0.99371Bx可得：()/0.997/AAABWBByxayx所以全塔平均挥发度：331.59290.9973.58DFWaaaa精馏段平均温度：0156.567.261.8522DFTTTC查前面物性常数（粘度表）：61.850C时，0.53mPas水0.51mPas丙酮化工原理课程设计10所以0.530.2430.520.7570.515miixPas精查850C时，丙酮-水的组成0.175y水0.757x水0.825y丙酮0.243x丙酮所以-0.245(E=0.