化工原理课程设计--丙酮水连续精馏塔的设计(7)

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第四章 热量衡算

4.1塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷

4.1.1冷凝器的热负荷 QC??R?1?D?IVD?ILD?

式中：IVD??塔顶上升的蒸气焓,kJ.kg-1 ILD??塔顶馏出液的焓,kJ.kg-1 又IVD?ILD?xD?HV丙??1?xD??HV水 式中：?HV丙--丙酮的蒸发潜热,kJ.kg-1 ?HV水--水的蒸发潜热,kJ.kg-1 蒸发潜热与温度的关系:

0.38?1?Tr2?? Tr??对比温度,℃?HV2??HV2? ?Tr??1?由附表5得出沸点下蒸发潜热可求出以下数据：

tD=57.117℃时，水的蒸发潜热：

Tr2?T2237.15?57.117??0.509 'TC648.15T1237.15?100??0.576 TC'648.15Tr1??HV水?1?0.509??2257???1?0.576?0.38?2386.40kJ/kg

丙酮的蒸发潜热：

Tr2?T2237.15?57.117T237.15?100??0.65 Tr1?1??0.649 TC508.1TC508.10.38?1?0.65??HV丙?523???1?0.649??522.43kJ/kg

所以IVD?ILD?xD?HV丙??1?xD??HV水

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?0.9383?522.43??1?0.9383??2386.40?637.44kJ/kg 得出QC??R?1?D?IVD?ILD? ??0.35?1??0.771?673.44 ?633.84kJ/kg

4.1.2加热器热负荷及全塔热量衡算

已知：tD=57.117℃ tF=61.275℃ tW=97.737℃ t1?59.196℃由附表6得出丙酮和水的比热容，求出以下数据 精馏段：

丙酮：CP1?tD?tF??2.318??57.117?61.275???9.638kJ/(kg.℃) 水：CP2?tD?tF??4.185??57.117?61.275???17.401kJ/(kg.℃) 提馏段：

丙酮：CP1?tW?tF??2.049??97.737?61.275??87.837kJ/(kg.℃) 水：CP1?tW?tF??4.198??97.737?61.275??153.076kJ/(kg.℃) 已知：xF=0.275 xD=0.9383 xW=0.0031 塔顶流出液的比热容：

CP1?CP丙xD??1?xD?CP水?2.313?0.98?4.183?（1-0.98）?2.3504kJ/(kg.℃)

塔釜流出液的比热容：

CP2?CP丙xW??1?xW?CP水?2.446?0.01?4.241?（1-0.01）?4.1963kJ/(kg.℃)

为了简化计算，现在以进料焓，即61.275℃时的焓值为基准 D?0.771 W?0.168 F?1.389

QtDD?D?tCP1dt?DCP1?t?0.771?2.3504??57.117?61.275???7.535kJ/s

FQtWW?W?tCP2dt?WCP2?t?0.618?4.193??97.737?61.275??94.57kJ/s

F对全塔进行热量衡算：

QF?QB?QD?QW?QC QF?0

所以QB?QD?QW?QC??7.535?94.557?663.48?750.502kJ/s 由于塔釜热损失为10%，则??90%

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t2?79.506℃ 吉林化工学院化工单元设计

'所以QB?QB??833.89kJ/s

'式中：QB??加热器理想热负荷，kJ/s QB??加热器实际热负荷，kJ/s

QD??塔顶馏出液带出热量，kJ/s QW??塔釜馏出液带出热量，kJ/s 加热蒸气消耗量为：查得?HV水蒸气?2168.300kpa) .1kJ/kg(133.3℃

4.2公用工程的用量

4.2.1冷却水消耗量 WC?QC

CP介?t2?t1?式中：WC??冷却水消耗质量,kg/h

CP介??冷却介质在平均温度下的比热容,kJ/(kg.℃) t1、t2??冷却介质在冷凝器进出口的温度,℃ 由于地区温度影响，选择升温10℃，即

t?t25?35 t?12? ?30℃

22此温度下水的比热容CP?4.15kJ/(kg.℃) 带如数据得出： WC?QC663.48??14.744kg/s

CP介?t2?t1?4.15??35?25? WC?14.744kg/s Wh?0.38kg/s

4.2.2加热蒸气消耗量

'QB833.89Wh???0.38kg/s?H22168.1

热量衡算结果表见表4-1

表4-1 热量衡算结果

符号 数值

QC

kJ/sWC kJ/s

QF kJ/sQD kJ/sQW kJ/s'QB kJ/sWh kJ/s633.48 14.744 0 -7.535 94.557 833.89 0.38

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第五章 塔的辅助设备的设计计算

5.1冷凝器和再沸器的计算与选型

5.1.1冷凝器的计算与选型

本设计中冷凝器选用列管式换热器。有机物水蒸气冷凝器设计选用的总体传热系数一般为500～1500kcal/(m2.h.℃),本设计取 K?700kal/(m2.h.?C)?2926J/(m2.h.℃)

??57.117℃（饱和液） 对于逆流操作：T:57.117℃(饱和气)???35℃ t：25℃? ?t1?32.117℃ ?t2?22.117℃ 所以?tm??t1??t232.117?22.117??26.81℃ ?t132.117lnln?t222.117已知：QC?633.48kJ/s 可求得冷凝器面积：A?QC633.48?36002

??26.81m2m K?tm2926?26.81选择的标准的换热器参数见表5-1

表5-1 标准换热器性能参数[4]

公称直径/mm

500

管程数 1

管数 275

管长/mm 2000

换热器面积/m

31.2

2

公称压力/MPa

1.6

5.1.2再沸器的设计选型

本设计选用U形管加热器，蒸气选择133.3℃饱和水蒸气，传热系数K=1000Kcal/(m2.h.℃)=418.kJ/(m2.h.℃). tW1?100℃为再沸器热体入口温度 tW2?100℃为回流汽化上升蒸气时的温度 t1?133.3℃为加热蒸气的温度

t2?133.3℃为加热蒸气冷凝为液体的温度 ?t1?t1?tW1?133.3?100?33.3℃

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?t2?t2?tW2?133.3?100?33.3℃ ?tm?33.3℃

'已知：QB?833.89kJ/s

'QB833.89?3600可求得冷凝器面积：A???22.78m2

K?tm4186?33.3选择的标准的换热器参数见表5-2

表5-2标准换热器性能参数[4]

公称直径/mm

325

管程数 2

管数 88

管长/mm 4500

换热器面积/m2

23.1

公称压力/MPa

6.40

5.2泵的设计选型

5.2.1塔总高度计算[5]

⑴塔顶封头

本设计采用椭圆封头，有公称直径DN=800mm，查得由曲面高度h1?200mm，直边高度

936，则封头高度： 626，容积V?0.07mh2?25mm，内表面积A?0.75mH1?h1?h2?200?25?225m

⑵塔顶空间

设计中取塔顶间距Ha?2HT?2?0.45?0.9m，选取塔顶空间为1.2m ⑶塔底空间

塔底空间高度HB是指从塔底最下一层塔板到塔底封头的底边距离，取釜液停留时间为

5min，则塔底液面至最下一层塔板之间距离为1.5m，则

HB?tL?60?V?AT'S5?0.618?60?0.0796955.89?0.2276m V??封头容积

0.5024⑷进料板处间距

考虑在进口处安装防冲设施，取进料板间距HF=800mm ⑸裙座

塔底常用裙座支撑，本设计采用圆筒形裙座，裙座壁厚取16mm。

基础环内径：Dbi??800?2?16???0.2~0.6??103?432mm

基础环外径：Dbo??800?2?16???0.2~0.6??103?1232mm

圆整后：Dbi?500mm Dbo?1400mm 考虑到再沸器，取裙座高2m。 塔体总高度：H??n?nF?1?HT?nFHF?HD?HB?H1?H2

??16?1?1??0.45?1?0.8?1.3?0.7?0.225?2?11.23m

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