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1、吉林化工学院化工单元设计吉吉林林化化工工学学院院化工单元设计化工单元设计题目：题目： 年处理年处理 4 4 万吨丙酮万吨丙酮- -水连续精馏塔设计水连续精馏塔设计教教 学学 院院 石油化工学院石油化工学院 专业班级专业班级 化工化工 12041204 学生姓名学生姓名 学生学号学生学号 1211043212110432 指导教师指导教师 刘艳杰刘艳杰 20142014 年年 1212 月月 5 5 日日 吉林化工学院化工单元设计设计任务书设计任务书一、设计题目一、设计题目年处理 4 万吨丙酮-水连续精馏塔设计 二、设计条件二、设计条件生产时间 8000 小时,处理量 4 万吨/年，进料含丙酮
2、55%塔顶操作压力常压（绝压） 塔顶采用全凝器，泡点回流 塔釜为饱和蒸汽间接加热 筛板塔精馏设计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、三、设计任务设计任务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。绘制生产工艺流程图、精馏塔设计条件图。撰写设计说明书。吉林化工学院化工单元设计目目 录录摘要摘要1第一章第一章 绪论绪论21.1 设计方案的选择2 1.2 流程设计3 1.3 主要设计任务4第二章第二章 精馏塔的工艺设计精馏塔的工艺设计52.1 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
3、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第三章第三章 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算精馏塔主要工艺尺寸的设计计算103.1 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第四章第四章 热量衡算热量衡算284.1 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第五章第五章 塔的辅助设备的设计计算塔的辅助设备的设计计算315.1 冷凝器和再沸器的计算与选型.31 5.2 泵的设计选型32
4、5.3 回流罐的设计34结论结论35结束语结束语36参考文献参考文献37主要符号说明主要符号说明38附录附录40吉林化工学院化工单元设计0摘要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
5、、工艺设计吉林化工学院化工单元设计1第一章第一章 绪论绪论1.1 设计方案的选择设计方案的选择1.1.11.1.1 塔设备的类型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：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、
6、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。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。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
7、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。 1.1.21.1.2 操作条件确定操作条件确定操作压力的选取 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。加料热状况 泡点进料，q=1加热方式吉林化工学院化工单元设计2采用间接蒸汽加热，设置再沸器。回流比的选择 选择回流比，主要从经济观点出发，力求使设备费用和
8、操作费用之和最低，一般经验值 为 R=(1.12.0)Rmin 。 塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择 塔顶冷凝温度要求不低于 30，常用的冷却剂是水和空气，工业上多用冷却水，冷却水 可以是江、河及湖水，受本地气温限制，冷却水一般为 1025，故本设计选用 25的冷却 水，选升温 10，即冷却水的出口温度为 35。塔釜加热介质的选择 常用的加热介质有饱和水蒸气和烟道气。饱和水蒸汽是一种应用最广泛的加热介质，由 于饱和水蒸汽冷凝时的传热系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确地控制加热速度。燃料燃 烧所排放的烟道气温度可达 1001000，适用于高温加热，烟道气的缺点是是比热容及传热 系数很低，加热
9、温度控制困难，本设计选用 300KPa（温度为 133.3）的饱和水蒸气作为加热 介质，水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。1.1.31.1.3 换热器的选择换热器的选择换热器是许多工业部门的通用工艺设备，尤其是石油、化工生产中应用更为广泛，在化 工厂中换热器可作为加热器、冷却器、蒸发器和再沸器等。 列管换热器是目前化工生产中应用最广泛的一种换热器，它的结构简单、坚固、制造容 易，材料广泛，处理能力大，适用性强，尤其是在高温高压下较其它换热器更为适用，是目 前化工厂中主要的换热设备，列管换热器的类型主要有一下几种：固定管板式换热器 浮头式换热器 U 形管式换
10、热器 填料函式换热器 其中固定管板是换热器的优点是结构简单、紧凑、制造成本低；管内不易结垢，即使 产生污垢也便于清洗。 缺点是壳程检修困难主要适用于壳体和管束温差小，管外物料比较清洁，不易结垢的场合。所以在本设计中采用固定管板式换热器中的列管换热器，管外走 气体，管内走液体。1 1. .1 1. .4 4 泵泵的的选选择择化工用泵主要有离心泵、往复泵、回转式泵、旋涡泵等。由于离心泵具有宽范围宽流 量和宽扬程等特点，且范围适用于轻度腐蚀性液体多种控制选择流量均匀、运转平稳、振 动小，不需要特别减震的基础，设备安装、维护检修费用较低等，故本设计采用离心泵。1.21.2 流程设计流程设计1.2.11
11、.2.1 流程叙述流程叙述丙酮-水物料从储罐 V0101 出来，由泵 P0101 打入换热器 E0101，经过换热器加热到 61.275后进入精馏塔 T0101 进行分离，在塔釜的采出主要是水，其中一部分经再沸器吉林化工学院化工单元设计3E0102 回到精馏塔 T0101，一部分由产品泵 P0103 打入釜液冷却器 E0105,冷却到 30后进 入釜液储罐 V0104，塔顶采出丙酮，经全凝器 E0103 后产品进入回流罐 V0102，一部分由 回流泵 P0102 再次打入精馏塔 T0101，一部分经产品冷却器 E0104 冷却到 30后进入产品 储罐 V0103。 1.2.21.2.2 流程示
12、意图流程示意图FDWE0101FEEDP01015E0102E0103V0103V0102V010167T0101丙 丙 丙丙 丙 丙丙 丙 丙丙 丙 -丙 丙 丙 丙丙 丙 丙 丙 丙 丙丙 丙 丙 丙 丙 丙 丙丙 丙 丙 丙 丙丙 丙图 1-1 工艺流程图 1.31.3 主要设计任务主要设计任务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。绘制生产工艺流程图、精馏塔设计条件图。撰写设计说明书。吉林化工学院化工单元设计4第二章第二章 精馏塔的工艺设计精馏塔的工艺设计2.12.1 产品浓度的计算产品浓度的计算2.1.12.1.1 液相浓度计算液相浓度计算 将各项组成由质
13、量分数换算为摩尔分数：=55% =27.5%FxFx18/4558/5558/55 =98% =93.83%Dx换算为摩尔分数Dx18/258/9858/98 =1% =0.31%WxWx18/9958/158/1 2.1.22.1.2 温度计算温度计算由附表 1 中数据，利用插值法求得、DtWtFt进料温度：= =61.275Ft30. 020. 00 .611 .62 20. 0275. 01 .62FtFt塔顶温度：= =57.117Dt957. 09 .100 .575 .57 90. 09383. 05 .57 DtDt塔底温度: = =97.737Wt01. 007 .92100
14、00031. 0100 wtWt精馏段平均温度：=59.1961t2DFtt 2117.57275.61提馏段平均温度：=79.5062t2WFtt 2737.97275.61全塔平均温度:=72.043全t3DWFttt 3737.97117.57275.612.1.32.1.3 气相组成计算气相组成计算=57.117 =61.275 =97.737DtFtWt: = =95.64%Dy3 .965 .930 .575 .57 3 .961000 .57117.57 DyDy: = =82.63%Fy830. 0815. 00 .611 .62 3 .961000 .61275.61 FyF
15、y: =7.84%WyWy1000737.971003 .2507 .92100 Wy精馏段：液相组成：1x%665.602275. 09383. 02FDxx吉林化工学院化工单元设计5气相组成：1y%135.8928263. 09564. 02FDyy提馏段：液相组成：2x%905.132275. 00031. 02FWxx气相组成：2y%235.4528263. 00784. 02Fwyy2.22.2 平均相对挥发度的计算平均相对挥发度的计算根据=ABBA xyxy由 =0.275 =0.8263FxFy: = = =12.54FABBA xyxy FFFF xyxy 11 275. 08263. 01275. 018263. 0F由 =0.9383 =0.9564DxDy: = = =1.442DABBA xyxy DDDD xyxy 11 9383. 09564. 019383. 019564. 0D由 =0.0031 =0.0784WxWy: = WABB
