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1、丙酮-水分离板式回收塔设计化工原理课程设计题 目:丙酮-水分离板式回收塔设计系 别: 化 学 与 材 料 工 程 系专 业:_ 化 学 工 程 与 工 艺 学 号: 1303022014 姓 名: 指导教师: 2016年 1 月 8 日35附: 回收塔设计任务书一、设计题目 丙酮与水分离板式回收塔设计二、设计任务及操作条件、生产能力（进料量）：300000吨/年。、操作周期：7200小时/年。、进料组成：6.2%（质量分率，下同）。、塔顶产品组成：72%。、塔底产品组成：0.02%。、操作压力：塔顶为常压。、进料热状态：自选。8、加热蒸汽：低压蒸汽。9、设备类型：筛板、浮阀塔板。10、回 收
2、率: = 99%11、厂址：安徽地区。三、设计内容设计方案的选择及流程说明。塔的工艺计算。主要设备工艺尺寸设计：塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定；塔板的流体力学校核；塔板的负荷性能图；总塔高、总压降及接管尺寸的确定。4、辅助设备选型及计算。5、设计结果汇总。6、设计评述。7、工艺流程图及塔工艺条件图。附图一：回收塔的工艺流程图。附图二：回收塔的工艺条件图。附图三：槽式液体分布器目 录一、 前言11.1 塔设备的类型11.2 操作条件确定21.3 换热器的选择31.4 泵的选择4二、 设计说明书符号表4三、 丙酮与水有关物性数据63.1 水和丙酮的性质6四、 精馏塔的工艺设计94.1 液相浓度计算
3、94.2 温度计算104.3 气相组成计算104.4 平均相对挥发度的计算114.5 物料衡算114.6 提馏段操作线方程124.7 逐板法确定理论板数及进料位置134.8 全塔效率的计算134.8.1 粘度计算134.8.2 板效率计算144.9 实际塔板数及加料位置的计算144.10 物性数据计算144.10.1 密度计算144.10.2 摩尔组成计算164.10.3 操作压力计算174.10.4 混合液体表面张力计算174.11 精馏塔的主要工艺尺寸的计算214.11.1 体积流量的计算214.11.2 塔径的计算224.11.3 溢流装置的计算234.12 精馏塔流体力学校核244.1
4、2.1 塔板压降244.12.2 液面落差244.12.3 液沫夹带254.12.4 漏液254.12.5 液相负荷下限线254.12.6 液相负荷上限线264.12.7 液泛线26五、 热量衡算285.1 塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷285.1.1 冷凝器的热负荷285.1.2 再沸器的热负荷285.2 塔的辅助设备的设计计算295.2.1 冷凝器和再沸器的计算与选型291、冷凝器的计算与选型292、再沸器的设计选型305.3 泵的设计选型305.3.1 塔总高度计算305.3.2 进料管线管径315.3.3 原料泵的选择32六、 参考文献34七、 结束语35一、 前言丙酮是重要的有机合成
5、原料，用于生产环氧树脂、聚碳酸酯、有机玻璃、医药、农药等。亦是良好溶剂，用于涂料、黏结剂、钢瓶乙炔等。也用作稀释剂、清洁剂、萃取剂。还是制造醋酐、双丙酮醇、氯仿、碘仿、环氧树脂、聚异戊二烯橡胶等的重要原料。在无烟火药、赛璐珞、醋酸纤维、喷漆等工业中用作溶剂，以及在油脂等工业中用作提取剂。 塔设备是化工，制药，环保等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等。塔型的合理选择是做好塔设备设计的首
6、要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。评价塔设备的基本性能的指标主要有： 1、产量和通量：前者指单位时间处理物料量，而后者指单位塔截面上的单位时间的物料处理量。 2、分离效率：对板式塔是指每层塔板所能达到的分离程度。填料塔则是单位填料层高度的分离能力。 3、适应能力及操作弹性：对各种物料性质的适应性及在负荷波动时维持操作稳定而保持较高分离效率的能力。 4、流体阻力：气相通过每层塔板或单位高度填料层的压降。 除上述几项主要性能外，塔的造价高低、安装、维修的难易以及长期运转的可靠性等因素，也是必须考虑的实际问题。1.1 塔设备的类型
7、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、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H2
8、S-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。 1.2 操作条件确定1. 操作压力的选取精馏塔操作可在常压、减压和加压中进行，
9、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。2. 加料热状况 泡点进料，q=13. 加热方式采用间接蒸汽加热，设置再沸器。4. 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。5. 塔釜加热介质的选择常用
10、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。1.3 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
11、，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。1.4 泵的选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
12、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。二、 设计说明书符号表a质量百分比a填料的比表面积，m2/m3A面积，m2C比热容，kJ/kgKd管径，mmD塔顶产品流量，kmol/hD塔径，mDi圆筒内径，mmDN公称直径，mmF进料量流量，kmol/hg重力加速度，m/s2G汽相摩尔流率，kmol/(sm2)H扬程，mHb塔底空间高度，mHd塔顶空间高度（不包括封头），mHf液体再分布器的空间高度，mh0封头直边高度，mmHETP等板高度，mhf沿程阻力，J/kgK传热系数，W/(m2)l管长，mL液相摩尔流量，
13、kmol/hLh液体喷淋量，m3/hLh,min最小液体喷淋量，m3/hLw,min最小润湿率，m3/(mh)M摩尔质量，kg/kmoln填料层分层数NT理论塔板数p压强，Pap压降，PaPN公称压力，PaQ换热器的热负荷，WR回流比Re雷诺数，无量纲Rmin最小回流比t温度，tm对数平均温度差，T绝对温度，Ku空塔气速，m/suf空塔气体泛速，m/sU喷淋密度，m3/(m2h)Umin最小喷淋密度，m3/(m2h)V汽相摩尔流量，kmol/hW塔底产品流量，kmol/hW质量流量，kg/hWh热流体质量流量，kg/hx液相摩尔分数xD塔顶产品浓度xF进料浓度xW塔底产品浓度y气相摩尔分数Z高度，m组分的相对挥发度汽化潜热，kJ/kg空隙率管壁绝对粗糙度，m密度，kg/m3流体粘度，Pas摩擦系数，无量纲局部阻力系数，无量纲回收率表面张力，N/md圆筒设计厚度，mm填料
