化工原理课程设计--丙酮水连续精馏塔的设计

吉林化工学院化工单元设计

吉林化工学院

化工单元设计

题目： 年处理4万吨丙酮-水连续精馏塔设计

教 学 院 石油化工学院 专业班级 化工1204 学生姓名 学生学号 12110432 指导教师 刘艳杰

2014年12月5日

吉林化工学院化工单元设计

设计任务书

一、设计题目

年处理4万吨丙酮-水连续精馏塔设计

二、设计条件

⑴生产时间8000小时,处理量4万吨/年，进料含丙酮55% ⑵塔顶操作压力常压（绝压） ⑶塔顶采用全凝器，泡点回流 ⑷塔釜为饱和蒸汽间接加热 ⑸筛板塔精馏设计

⑹塔顶产品丙酮浓度不低于98%（质量分率）

塔底釜液丙酮不高于1%（质量分率）

三、设计任务

⑴完成精馏塔的物料衡算、热量衡算和设备设计计算及辅助设备设计选型计算。 ⑵绘制生产工艺流程图、精馏塔设计条件图。 ⑶撰写设计说明书。

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目 录

摘要 .........................................................................................................................1 第一章 绪论 ............................................................................................................2

1.1设计方案的选择 ........................................................................................................................ 2 1.2流程设计 .................................................................................................................................... 3 1.3主要设计任务 ............................................................................................................................ 4

第二章 精馏塔的工艺设计......................................................................................5

2.1产品浓度的计算 ........................................................................................................................ 5 2.2平均相对挥发度的计算 ............................................................................................................ 6 2.3最小回流比的计算的适宜回流比的确定 ................................................................................ 6 2.4物料衡算 .................................................................................................................................... 7 2.5精馏段和提馏段操作线方程 .................................................................................................... 7 2.6逐板法确定理论板数及进料位置 ............................................................................................ 8 2.7全塔效率的计算 ........................................................................................................................ 8 2.8实际塔板数及加料位置的计算 ................................................................................................ 9

第三章 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算 .............................................................10

3.1物性数据计算 .......................................................................................................................... 10 3.2精馏塔的主要工艺尺寸的计算 .............................................................................................. 16 3.3精馏塔流体力学校核 .............................................................................................................. 20 3.4塔板负荷性能图 ...................................................................................................................... 23

第四章 热量衡算...................................................................................................28

4.1塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷 ...................................................................................... 28 4.2公用工程的用量 ...................................................................................................................... 30

第五章 塔的辅助设备的设计计算 ........................................................................31

5.1冷凝器和再沸器的计算与选型 ............................................................................................. 31 5.2泵的设计选型 .......................................................................................................................... 32 5.3回流罐的设计 .......................................................................................................................... 34

结论 .......................................................................................................................35 结束语....................................................................................................................36 参考文献 ................................................................................................................37 主要符号说明 ........................................................................................................38 附录 .......................................................................................................................40

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摘要

本次化工单元设计主要是丙酮-水连续精馏塔设计，包括精馏塔的物料衡算、热量衡算、精馏塔工艺尺寸计算和塔辅助设备的设计计算。精馏塔设计中理论板数6块板，实际板数16块板，全塔效率为31.25%。精馏塔流体力学验证，证明了精馏塔可以正常操作。由漏液线、液沫夹带线、液相负荷下限、液相负荷上限、液泛线等画出塔板负荷性能图，分别得出精馏段和提馏段的操作弹性为8.25和4.364，精馏塔可在正常范围内操作。

关键词：丙酮-水、连续精馏、筛板塔、工艺设计

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第一章 绪论

1.1设计方案的选择

1.1.1塔设备的类型

塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的传质设备，根据塔内 气液接触构件的结构形式可以分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔内设置一定数量的塔板，气体一鼓泡或喷射形式穿过板上的液层进行传质与传热，塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两大类，工业应用以错流式塔板为主，常用的错流式塔板主要有以下几种：

⑴泡罩塔板

泡罩塔板是最早在工业上大规模应用的板型之一，有成熟的设计方法和操作经验。气体接触良好，操作弹性范围大，而且耐油污、不易堵塞。20世纪上半叶，随着化学工业、炼油与石油 化学工业的高速发展，在生产中大量应用着蒸馏、吸收等气液两相传质操作。 ⑵筛孔塔板

筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔。应用于蒸馏、吸收和除尘等。在工业上实际应用的筛板塔中，两相接触不是泡沫状态就是喷射状态，很少采用鼓泡接触状态的。 筛板塔优点：结构简单、造价低；气流压降小、板上液面落差小板效率高。

⑶浮阀塔板

浮阀塔板上开有—定形状的阀孔(圆形或矩形)，孔中安有可上下浮动的阀片有圆形、矩形、盘形等，从而形成不同型式的浮阀塔板。浮阀塔板的优点是结构简单、制造方便、造价低塔板开孔率大，其缺点是处理结焦、高粘度物系是，阀片易与塔板粘结，在操作过程中会发生卡死等现象，使塔板操作弹性下降。

在本设计中采用的是筛板塔。 1.1.2操作条件确定

⑴操作压力的选取

精馏塔操作可在常压、减压和加压中进行，精馏操作中压力影响非常大，当压力增大时，混合液的相对挥发度将减小，对分离不利；当压力减小时，相对挥发度将增加，对分离有利。但当压力太低时，对设备要求高，设备费用增加。因此在设计时一般采用常压精馏。丙酮-水系统在常压下相对挥发度较大，故本设计采用常压精馏。

⑵加料热状况

泡点进料，q=1

⑶加热方式

采用间接蒸汽加热，设置再沸器。 ⑷回流比的选择

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