丙酮水溶液筛板精馏塔设计.docx
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1、吨/年体系精馏分离板式塔设计第一部分 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:70000吨/年(料液)年工作日:7200小时原料组成: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、
2、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
3、,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,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第二部分 塔的工艺计算一.进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数酮的摩尔质量 =58.08 Kg/kmol水的摩尔质量 =18.02 Kg/kmol 平均摩尔质量 M=0.093758.08+(1-0.0937)18.02=21.774 kg/kmolM= 0.96858.08+ (1-0.968) 18.02=56.798 kg/kmolM=0.0062958.08+(1-0.00629)18.02=18.272 kg/kmol
4、 原料处理量 kmol/h最小回流比 去操作回流比为 二、全塔物料衡算与操作方程 (1)全塔物料衡算 446.51=D+W丙酮物料衡算 446.510.0937=0.968D+0.00629W联立解得 D=35.6743.48 kmol/h W=430.8366 kmol/hkmol/hL=RD=1.3535.67=58.698 kmol/h(2) 操作方程精馏段操作线方程:利用图解法求理论班层数,可得:总理论板层数 10块 ,进料板位置 实际板层数的求取 精馏段实际板层数 N=17 提馏段实际板层数N“=7三、全塔效率的估算用奥康奈尔法()对全塔效率进行估算:根据丙酮水系统tx(y)图可以查
5、得: (塔顶第一块板) 设丙酮为A物质,水为B物质所以第一块板上: 可得: (加料板) 假设物质同上: 可得: (塔底) 假设物质同上: 可得: 所以全塔平均挥发度: 精馏段平均温度: 查前面物性常数(粘度表):61.85 时, 所以 查85时,丙酮-水的组成 所以 同理可得:提留段的平均温度 查表可得在83.6时 五、精馏塔主题尺寸的计算1 精馏段与提馏段的汽液体积流量精馏段的汽液体积流量 整理精馏段的已知数据列于表3(见下页),由表中数据可知:液相平均摩尔质量:M=(21.7474+56.798)/2=39.29kg/kmol液相平均温度:tm=(tf+td)/2=(67.2+56.5)/
6、2=61.85表6. 精馏段的已知数据位置进料板塔顶(第一块板)摩尔分数xf=0.09370y1=xD=0.9680yf=0.7500x1=0.9500摩尔质量/MLf=20.22MLf=56.79Mvf=43.46Mvl=56.08温度/67.2056.70在平均温度下查得液相平均密度为:其中,1 =0.1580 2 =0.8420所以,lm =852.35精馏段的液相负荷L=RD=1.3543.48=58.698kmol/h Ln=LM/lm=58.69839.29/852.35=2.71由 所以 精馏段塔顶压强若取单板压降为0.7, 则进料板压强气相平均压强气相平均摩尔质量 气相平均密度
7、汽相负荷 V=(R+1)D=(1.35+1)43.48= 102.178kmol/h精馏段的负荷列于表7。表7 精馏段的汽液相负荷名称汽相液相平均摩尔质量/50.10539.29平均密度/1.92852.35体积流量/2666.471.332提馏段的汽液体积流量整理提馏段的已知数据列于表8,采用与精馏段相同的计算方法可以得到提馏段的负荷,结果列于表9。表8提馏段的已知数据位置塔釜进料板摩尔分数Xw=0.00629Xf=0.0937Yw=0.00627Yf=0.750摩尔质量/Mlv =0MLf=20.22Mlv=18.272Mvf=43.46温度/10067.2表9提馏段的汽液相负荷名称液相汽
8、相平均摩尔质量/30.84619.12平均密度/951.371.809体积流量/0.6841209.62 塔径的计算在塔顶的温度下查表面张力表 在进料板温度下查表面张力表:=17.9mN/m =64.74mN/m 在塔底温度下查表面张力表: =14.3mN/m =58.4mN/m 精馏段液相平均表面张力 提馏段液相平均表面张力 全塔液相平均表面张力 在塔顶的温度下查粘度表 在进料板温度下查粘度表: 在塔底温度下查粘度表: 精馏段液相平均粘度 提馏段液相平均粘度 全塔液相平均粘度 1. 塔径的计算精馏段的体积流率计算: 图横坐标:取板间距,板上液层高度 3 塔高的计算塔的高度可以由下式计算: -
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