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化工原理课程设计

丙酮连续精馏塔的设计

设计者谢汶级

学号201262361339

指导老师江燕斌

专业名称化学工程与工艺

所属院系化学与化工学院

上交日期2015.01.10

丙酮—水连续蒸馏精馏塔课程任务设计书

成绩评定：

目录

TOC\o1-3\h\z\u一、设计任务 4

1.1设计题目 4

1.2原始数据 4

1.3设计任务 4

二、设计方案的选择及流程说明 4

2.1流程说明 4

2.2设计方案 5

三、工艺参数设计与计算 6

3.1物料衡算 6

3.2操作条件和回流比 7

3.3实际塔板数及全塔效率计算 9

四、精馏塔主题尺寸的计算 11

4.1精馏段与提馏段的汽液体积流量 11

4.2塔径的计算 13

4.3塔的有效高度的计算及排板 16

五、塔板的流体力学验算 20

六、塔板负荷性能图 22

七、精馏塔的主要接管尺寸 28

7.1进料管 28

7.2回流液管 28

7.3釜液出口管 29

7.4塔顶蒸汽管 29

7.5加热蒸汽管 29

八、塔的辅助设备设计 29

8.1、塔釜液与进料换热器 29

8.2、塔顶冷却器- 30

8.3、再沸器 31

8.4、全凝器 31

九、塔总体结构 32

9.1塔壁厚选择 32

9.2压力试验 32

9.3塔封头的确定 32

9.4法兰的确定 33

9.5人孔数 33

9.6塔高的计算 33

9.7支座 33

十、设计结果总览及设备模型 34

10.1结果总览表 34

10.2装配图 35

十一、设计心得及参考文献 37

11.1设计心得 37

11.2参考文献 38

一、设计任务

1.1设计题目

丙酮-水连续精馏浮阀塔的设计

1.2原始数据

1、塔顶产品(丙酮)：3.0t/hr,XD=0.98(质量分率)

2、塔顶丙酮回收率：η=0.99(质量分率)

3、原料中丙酮含量：质量分率=(4.5+1×学号)%=48.5%

4、原料处理量：根据1、2、3返算进料F、xF、W、xW

5、精馏方式：学号单号直接蒸汽加热、双号间接蒸汽，44号为间接蒸汽加热

M丙酮=58g/molM水=18g/mol

1.3设计任务

1、确定全套精馏装置的流程，绘出流程图，表明所需的设备、管线及有关观测或控制所需的仪表和装置。

2、精馏塔的工艺设计及结构设计：选定板型，确定塔径、塔高及进料板位置；选择塔板的结构型式、确定塔的结构尺寸；进行塔板流体力学计算（包括塔板压降，淹塔校核及雾沫夹带量校核等）。

3、作出塔的操作性能图，计算塔的操作弹性。

4、确定与塔身相连的各种管路的直径。

5、计算全塔装置所用的，确定每个换热器的面积并进行初步选型，因采用直接蒸汽加热，还需确定蒸汽鼓泡管的形式和尺寸。

二、设计方案的选择及流程说明

2.1流程说明

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。塔釜采用直接蒸汽供热，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，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。

2.2设计方案

2.2.1操作压力

丙酮-水混合体系在常压下为液态，且丙酮在常压下的沸点为56.48℃，水在常压下的沸点为100℃，两者沸点相差较大容易分离，但丙酮与水会形成共沸物，因此常规精馏塔不能得到无水丙酮，根据设计任务可知，产品要求低于丙酮水共沸物的浓度，故可以在常压就实现精馏，高压或真空操作都会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加。因此，本设计选用常压操作。

2.2.2进料状况

进料状况分为低于泡点的冷液体进料、泡点进料、气液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽进料五种方式。其中，泡点进料时操作比较容易控制且不受季节气温的影响，此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，设计和制造比较方便。故本设计的进料方式选用泡点进料。

2.2.3塔板选型

几种有代表性的溢流式塔板为泡罩塔板、筛板、浮阀塔板。浮阀塔兼有泡罩塔板和筛板的特点，其具有的