水和丙酮的性质（究极体）(2)

第一部分：设计概述

一：任务书

（一）、设计题目

试设计一座丙酮—水连续精馏装置,要求年产纯度为98%的丙酮26000吨,塔底馏出液中含丙酮不得高于1%,原料液含丙酮36%(以上均为质量百分数)。

（二）、设计条件

1、精馏塔

（1）塔顶压力 4KPa（表） （2）进料热状态 自选 (3)回流比 自选

(4)塔底加热蒸汽压力 0.5MPa（表） (5)单板压降 ≤0.7KPa （6）全塔效率 ET=52%

（7）塔板类型——筛板或浮阀塔板（F1型） 2、换热器

——配置于精馏装置中的预热器 冷凝器 冷却器 再沸器等选一设计 （1）加热介质——饱和水蒸汽0.3MPa（绝）；

（2）冷却介质——冷却循环水，进口温度30℃，出温度40℃； （3）换热器允许压降≯105Pa；

（4）换热器类型——标准型列管式或板式换热器。 （三）、工作日

每年工作300天，每天24小时连续运行。 （四）、生产厂址

海南洋浦工业开发区 （五）、设计内容

1、选择合适的精馏塔

（1）精馏塔的物料衡算； （2）塔板数的确定；

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（3）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； （4）精馏塔的塔体工艺尺寸的计算； （5）塔板的主要工艺尺寸的计算；

（6）塔板的流体力学验算与塔板负荷性能图； （7）精馏塔接管尺寸计算； （8）绘制精馏装置工艺流程图； （9）绘制精馏塔设计条件图；

（10）对设计过程的评述和有关问题讨论。 2、选择合适的换热的

（1）确定设计方案

——选择换热器类型；流动空间及流速的确定。 （2）确定物性数据 （3）估算传热面积 （4）工艺结构尺寸 （5）换热器核算

（6）绘制换热器设计示意图；

（7）对换热器设计过程的评述和有关问题讨论。 （六）、编写设计说明书

1、封面 2、目录 3、总论 4、装置流程

——装置流程图与流程叙述 5、换热器设计 6、精馏塔设计 7、设计评述与小结 8、设计绘图

——精馏装置工艺流程图；精馏塔设计条件图；换热器设计示意图。 9、参考文献 二：总论

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利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制

原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。

在精馏段,气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获轻组分产品。

在提馏段，其液相在下降的过程中，其轻组分不断地提馏出来，使重组分在液相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分的产品，

精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。

通过对精馏塔的运算，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。

本设计是以丙酮――水物系为设计物系，以筛板塔为精馏设备分离丙酮和水。筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对二元物系丙酮－－水的精馏问题进行分析，选取，计算，核算，绘图等，是较完整的精馏设计过程。

通过逐板计算得出理论板数9块，回流比为0.8604,算出塔效率为0.52，实际板数为18块，进料位置为第7块，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为0.8米，有效塔高5.6米。通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。在此次设计中，对塔进行了物料衡算，本次设计过程正常，操作合适。

三：工艺流程

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

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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

第二部分：塔的工艺计算

一：查文献，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 50 60 水粘度0.5494 0.4688 mpa 丙酮粘0.260 0.231 度mpa 表2.水和丙酮表面张力 温度 50 60 水表面67.7 66.2 张力mN?m?1 70 0.4061 0.209 80 0.3565 0.199 90 0.3165 0.179 100 0.2838 0.160 70 64.4 80 62.6 90 60.7 100 58.9 4

丙酮表19.5 面张力mN?m?1 18.8 17.7 16.3 15.2 14.3 表3.水和丙酮密度 温度 50 60 70 80 90 100 相对密0.760 0.750 0.735 0.721 0.710 0.699 度 水 998.1 983.2 977.8 971.8 965.3 958.4 丙酮 758.56 737.4 718.68 700.67 685.36 669.92 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 18.02 100 647.45 22050 丙酮 58.08 56.2 508.1 4701.50 表5. 丙酮—水系统t—x—y数据 丙酮摩尔数 沸点t/℃ x y 100 0 0 92．7 0.01 0.253 86.5 0.02 0.425 75.8 0.05 0.624 66.5 0.10 0.755 63.4 0.15 0.793 62.1 0.20 0.815 61.0 0.30 0.830 60.4 0.40 0.839 60.0 0.50 0.849 59.7 0.60 0.859 59.0 0.70 0.874 58.2 0.80 0.898 57.5 0.90 0.935 57.0 0.95 0.963 56.13 1.0 1.0

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四、全塔效率的估算

用奥康奈尔法(O'conenell)对全塔效率进行估算： 根据丙酮—水系统t—x(y)图可以查得：

td?57.50c (塔顶第一块板)

xD?0.9389y1?0.9389x1?0.9074

设丙酮为A物质，水为B物质 所以第一块板上：

yA?0.9389xA?0.9074yB?0.0611xB?0.0926可得： 相对挥发度

?/xAD?yAy=1.643

B/xB进料温度为tf?63.40c

yA?0.7924xA?0.1486yB?0.2076xB?0.8514

?yA/xAF?y=21.87

B/xB塔底温度t?97.80c

yA?0.08312xA?0.003125yB?0.9179xB?0.9969?yA/xAw?y=20.89

B/xB所以全塔平均挥发度 ??3?3D?F?W=1.643?18.87?20.89=7.13

精馏段液相平均粘度

?0.249?0.401m?2?0.325mPa?s

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