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1、South China University of Technology课程设计报告书丙酮-水连续精憎浮阀塔的设计学院化学与化工学院专业化学工程与工艺学生某某吴熠学生学号201230361316指导教师江燕斌课程编号137137课程学分a起始日期2014.12.30教 师评 语教师签名： 日期：成 绩 评止备 注目录III第1局部设计任务书5设计题目：丙酮-水连续精储浮阀塔的设计5设计条件5设计任务5第2局部设计方案与工艺流程图6设计方案6工艺流程图6第3局部设计计算与论证7精储塔的工艺计算7全塔物料衡算7实际回流比8理论塔板数确定8实际塔板数确定9塔的工艺条件与有关物性数据计算10塔的塔体工
2、艺尺寸计算14塔板工艺尺寸的计算17溢流装置计算17塔板布置与浮阀排列18塔板的流体力学性能的验算23阻力计算23雾沫夹带24雾沫夹带验算25塔板负荷性能图26精微段塔板负荷性能计算过程26提储段塔板负荷性能计算过程27接收尺寸确实定29液流管29蒸气接收29附属设备30冷凝器30原料预热器31塔釜残液冷凝器31冷却器31塔的总体结构32人孔与手孔32封头32裙座32塔高33壁厚33第4局部设计结果汇总33第5局部小结与体会36第1局部设计任务书计题目：丙酮-水连续精储浮阀塔的设计在常压操作的连续精储浮阀塔内别离丙酮-水混合物。生产能力和产品的质量要求 如下：任务要求（工艺参数）：1 .塔顶产
3、品（丙酮）：t/hr, x d（质量分率）2 .塔顶丙酮回收率：n = 49（质量分率）3 .原料中丙酮含量：质量分率=（4.5+1*33）%=37.5%4 .原料处理量：根据1、2、3返算进料F、xf、W xw5 .精储方式：直接蒸汽加热操作条件：常压精储进料热状态q = 1回流比R 3小也加热蒸汽直接加热蒸汽的绝对压强冷却水进口温度25C、出口温度45C,热损失以5%十单板压降1.3设计任务1 .确定双组份系统精储过程的流程，辅助设备，测量仪表等，并绘出工艺流程示意 图，明确所需的设备、管线与有关观测或控制所必需的仪表和装置。2 .计算冷凝器和再沸器热负荷。塔的工艺设计：热量和物料衡算，确
4、定操作回流比， 选定板型，确定塔径，塔板数、塔高与进料位置3 .塔的结构设计：选择塔板的结构型式、确定塔的结构尺寸；进展塔板流体力学性 能校核包括塔板压降，液泛校核与雾沫夹带量校核等。4 .作出塔的负荷性能图，计算塔的操作弹性。5 .塔的附属设备选型，计算全套装置所用的蒸汽量和冷却水用量， 和塔顶冷凝器、塔 底蒸储釜的换热面积，原料预热器的换热面积与泵的选型 ，各接收尺寸确实定。5 / 36第2局部设计方案与工艺流程图计方案本设计任务为别离丙酮-水二元混合物。对于该非理想二元混合物的别离，应使用 连续精储。含丙酮质量分数的原料由进料泵输送至高位槽。通过进料调节阀调节 进料流量，经与釜液进展热交
5、换温度升至泡点后进入精储塔进料板。塔顶上升蒸汽使用 冷。C，塔釜为直接蒸汽加热，釜液出料后与进料换热，充分利用余热。2.2工艺流程图斗街位槽；+进料调节网 工排子流或计；&恻债 T港泵；宇排出阀； 9线泡管；除注器； 1】-冷凝E回沆目； 13,蹴流量没； 】小卢V调中询；产品苑室F】通涉五施；m之品倭健; 国冷水寂2班水谱推O温度计-一七丹工,连续精镭装置流程图(3.(1)(3.(2)(3.(3)(3.(4)(3.(5)(3.(6)(3.9)W=kmol/hx j 0.9383第3局部设计计算与论证精储塔的工艺计算全塔物料衡算 原料液、塔顶与塔底产品的摩尔分数丙酮C3H6。的摩尔质量：Ma
6、58.08kg/kmol水H2O的摩尔质量：必尸l&015kg/knwl如此各局部的摩尔分数为：WDMTXD wD 1 wDM7WFXlxF Wf 1 WfMI wWwExw Ww 1 Ww Ml -MT原料液、塔顶与塔底产品的平均摩尔质量Md XdMa (1-Xd)MbMf xfMa (1-xf)MbMw xwMa (1-Xw)Mb塔顶产品物质的量D = W出3.7物料衡算总物料衡算直接蒸汽加热：F = W + D3.8轻组分丙酮衡算：Fxf Wxw Dxd回收率计算：n -“Fxf(3.i。)求解得到：F=kmol/h D=kmol/hXw = 0 0018805X| = 0.1569际回
7、流比 最小回流比与实际回流比确定根据101.325KPa下，丙酮-水的汽液平衡组成关系绘出丙酮-水t-x-y和x-y图，泡点进料，所以q=1, q线为过Xf=0.1569的竖直线。本平衡具有下凹局部，在相平衡图上过Xu, Xu）点作平衡线的切线,得切点（Xq, yq）=0.7836, 0.8875据HeIn行Rmin=初步取实际操作回流比为理论回流比的3倍：R=Rmin 3=操作线精微段操作线方程：为1 1 = 白 X + 白覆尸Xn +提储段操作线方程：y山1 = ? L 3W =Xn-汽、液相热负荷计算1精储段：Lj = RD = 79 0967kmol/hVI = (R + 1)D =
8、133 0471 kmol/h2提储段：据 F + S= D + W ，得V2 = S = V1 = 133 0471kmol/hL2 = W = 404.9712kmol/hxw = 0.0012S45论塔板数确定12545为止，由此，得到理论板8块塔釜算一块板，进料板为第5块理论板。如 下CAD乍图：际塔板数确定板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质与流体力学性质有关，它反响了实 际塔板上传质过程进展的程度。板效率可用奥康奈尔公式计算：Et0 49(ji) 0245注：一一塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度L 一一塔顶与塔底平均温度下的液相粘度1川据液相组成在中查得温度，再计算出精储段与
9、提储段的均温查得液相组成。具体过程如下:液相组成如气相组成vd温度/0C相对挥发度进料塔顶塔底精储段提储段精储段均温：11=(64.98+56.61)/2=60.7950c提储段均温：12=(64.98+98.92)/2=81.950c相对挥发度：口 =洸 其中，币=1-4,Vb=1-网全塔平均挥发度：a- =2 9 2825在数据手册中查得对应温度下的黏度: 精微段：丙酮：%二 0?Z9ZmPa*s,水：山“二0,4638口心5提储段：丙酮：pAZ = 0.1951m!W 水：Uu2 = 0.3478mPa4S液相黏度：精储段：i=xAX HAI + U f a) X ntn = 0 357
10、8mPa * $提储段：吹:X八 X MA2 + (1 - Ka) X 内以：0,3430mPn * 冬塔板效率:精储段:Ei = 04%砌。= 0,4089提储段：El04%即)0245 = 0.2662实际塔板数：精储段：，! = = 10n12提储段：可值=咯=15精储段实际塔板数为N】*i=10块 提储段实际塔板数为N理=15块 全塔所需要的实际塔板数：Np = N, + M* = 25块，进料板位于第1I块全塔效率：，n u ：二的工艺条件与有关物性数据计算 操作压力计算塔顶操作压力；P口 101. 32的pa每层塔板压降：P 0.7kPa ;进料板的压力:1、= 1% + 07X1
11、0 = 108,325kpfi塔底操作压力:lPw = P 十 O*7 x25 = Ha82Skpa% + ir精微段平均压力：Pmi = -z = 104,825kparw + r；提储段平均压力：Pmz = -IT- = 11357 Skpa操作温度计算塔顶温度：”=56,61气：；进料板温度：”=64,98弋；塔釜温度：I， 8里二精储段平均温度：ti =匕J=60.80%：提储段平均温度：= 学 =8L9C平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量:，.niMvdni = 56,3893kg/kmol进料板平均摩尔质量：= 243O12kg/krnolM5m = 49.0934kg/kmol塔底
12、平均摩尔质量：1 ：1 ：l l ： L，lui1 1Mvwttl = 19,416lkg/kmolMu 十 My精储段平均摩尔质量：Mm = -z = 39.9546kg/kmolMutim + Mn1mMVMt =5=527414kg/kmolt提储段平均摩尔质量：M】M = 工_%= 21,1833kg/kmolVwm + MyimMvmz -= 34.2548kg/kmolMl平均密度计算气相平均密度计算：由理想气体状态方程，即M1 X MvMl口Pvmi = -d vT - = 2.6212kg/m K x 1 MlPm X MvM2口Pvm2 = - D v T = 1 7026k
13、g/m K x 1 M2液相平均密度计算：1 i i(3.32)Lm注：i为该物质的质量分数塔顶平均密度计算：由M = 56.61 f查手册得3745kg/m一一 _3985.5kg/mPldm - ： o；一, (1 u) ；. , o/pu +/pti=kg/m3进料板平均密度计算：由“ 64.98e(：,查手册得 A 742.5kg/m 3,B 980.5kg/m3ct=0.375Pllm = 5=875,289kg/m/pa +塔底平均密度计算：由讪98.92H查手册得A 705kg/m3 ,958.4kg/m3aw 二0SHDB HT (I.OOIZ54 51 xlOlS=0 004
14、033Piwm = = 957.013kg/m育十 fl - ffW)/pR精微段平均密度:Pldm + PllmPimi =2=lL972kg/m提储段平均密度:Plwm + PllrttPlmz =2= y16 ISlkg/m液体平均外表X力计算对于二元有机物-水溶液外表X力可用下试计算:口川】=Ex1塔顶外表X力：由5 = 56右1也，查表得:口 A119 03mN/m,；(j jh = 66,S7niN/ni求得:0 1dm = 21.9632mN/m2进料板外表X力：由卬=64,98口（；o A2 = 18.29mN/mo HZ = 65.21 mN/m求得:o nm = 57-8483itiN/m3塔釜外表X力：由tw = 98 92&C查表得:o A3 = 14
