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1、3 丙酮精馏塔精馏丙酮3.1 物性参数丙酮 Cp=1.28kJ/(kg C) (25C)丙酮 r=29.11kJ/mol=501.9 kJ/kg (56.1C)水的比热容：Cp=4.2kJ/(kg C)水的蒸发热： r=40.8kJ/mol=2267 kJ/kg用丁酸参数代替丁酮醇的参数，则丁酮醇比热：1.9KJ/(kg C) 丁酮醇蒸发热： r=42.03kJ/mol=477.6 kJ/kg冷冻盐水比热容：Cp=0.67 Kcal/(kg K)= 2.8KJ/(kg K)3.2 操作过程： 该精馏操作为常压精馏，这里浓缩物的进料量即为薄膜蒸发器的浓缩物出料量1865.3kg/h。进料温度为5
2、6C，其组成：(高沸物按丁酮醇量的6%计)丙酮57.9%水23.2%双丙酮醇2.7%丁酮醇15.3%共沸聚合物 0.9%小试结果：该物料进入丙酮精馏塔，丙酮全部被分离由塔顶采出，回流取1。精馏塔的计算由ASPEN模拟和小试验证得到。下面只就加热和冷凝设备做计算。3.3 传热设备3.3.1 塔顶一级冷凝器1. 热负载根据物料衡算结果，塔顶采出1125kg/h,回流比1。则上汽量为2250kg/h。气温为56C, 冷却到45C。则冷凝器的冷负载为：Q 二 mr + mCpAt 二(2250 x 96% x 501.9 + 2250 x 4% x 2267) +(2250 x 96% x 1.28
3、+ 2250 x 4% x 4.2) x (56 - 45)二 1322704.8KJ / h2. 循环水用量在冷凝器中，用33C循环水进水做冷凝，循环水出水38C。因此所需循环水量为:蒸汽 CpAt1322704.84.2 x (38 - 33)二 62986kg/h循环水循环流速按2m/s，循环水管径:62986D 二 2l3.14uV 二 2 x二 0.106m3.14 x 2 x 3600 x 10003. 传热面积该换热器为管壳式换热器，循环水与被冷却原料做逆向流动，查得换热器K值为： 塔顶一级冷凝器：冷凝段K=500Kcal/(m2hK)=2100 KJ/(m2hK)冷却段 K=2
4、50Kcal/(m2 h K)=1050 KJ/(m2 h K)设在冷却过程中，原料由气态液化后再降温。因此换热面积按冷凝段和冷却段计算方法计算F 二 F + F冷却段 冷凝段A.冷凝段面积F冷凝段QK xAtm冷凝段和冷却段的交界循环水温度为：t = 38 - 1288134 x (38 - 33) = 33.2 oc m 1322704.8A tm由下式计算：Atm1(T -t ) - (T -t ) (56 - 33.2)(- 562m11=、T -1. 56 - 33.2ln 2 mlnT -156 - 3811二 20.3 k塔顶一级冷凝器冷凝段传热面积：12881342100 x
5、20.3=30.2m2B.冷却段面积F冷却段QK xAtm冷凝段和冷却段的交界循环水温度为：t = 38 - 1288134 x (38 - 33) = 33.2 c m 1322704.8A tm 由下式计算：Atm1(T -t )-(T -t ) (56-33.2)(- 452m11=、T -1. 56 - 33.2ln 2 mlnT -145 - 3311二 16.8 k塔顶一级冷凝器冷却段传热面积：1322704.8-12881341050 x 16.8=2 m2塔顶一级冷凝器总传热面积为2+30.2=32.2 m2 考虑传热余量，换热面积取1.5 倍，即一级冷凝器总换热面积为32.2
6、X1.5=48.3 m2。 上气管管径：上汽量为2250kg/h，即2250 x 100058=38793.1mol / h上汽体积为：329.15 = 1047.1m 3/h273.15P T22.4V = n x V x 标矿 x = 38793.1 xx 1 x标矿 PT1000标况常压下操作，上汽速度取20m/s，则上气管直径：D 二 2 V 二 2 x 1047.1 二 0.136m3.14u3.14 x 20 x 36003.3.2 塔顶二级冷凝器1.热负载按塔顶一级冷凝器 20%的热负载计，则热负载：1322704.85=264541KJ / h2.在冷凝器中，用-10C冷冻盐水
7、做冷却，温度上升到-7C，因此所需循环水量为: 冷冻盐水比热容：Cp=0.67 Kcal/(kg K)= 2.8KJ/(kg K)W =一 = = 31493kg/ h冷冻盐水2 At 2.8 x (-7 +10)p冷冻盐水循环流速按1.5m/s，冷冻盐水管径：D 二 2. V 二 2 x二 0.079m3.14u3.14 x 1.5 x 3600 x 1200314933.传热面积该换热器为管壳式换热器，循环水与被冷却原料做逆向流动，查得换热器K值为： 塔顶二级冷凝器：冷凝段K=500Kcal/(m2hK)=2100 KJ/(m2hK)冷却段 K=250Kcal/(m2 h K)=1050
8、KJ/(m2 h K)设在加热过程中，原料由气态液化后再降温。因此换热面积按冷凝段和冷却段计算方法计算F 二 F + F冷却段 冷凝段A.冷凝段面积F =冷凝段K x Atm冷凝段和冷却段的交界冷冻盐水温度为257626.8t =-7 x 3 = -9.9 Cm264541Atm 由下式计算：(T t ) (T t ) (56 + 9.9) - (56 + 7) 2 分11二二 64.3 kIn 2 mT t11塔顶二级冷凝器冷凝段传热面积257626.8F = 2 m22100 x 64.3B.冷却段面积Atm156 + 7F冷却段QK xAtm冷凝段和冷却段的交界冷冻盐水温度为：t 二-9
9、.9 C mAtm 由下式计算(T -1 ) - (T -1 )(56 + 9.9) - (45 +10)2 t 11 = 60.1 KIn 2mT -111塔顶二级冷凝器冷却段传热面积:264541- 2567626.8F = 0.2 m2Atm1ln注45 +101050x60.1塔顶二级冷凝器总传热面积为0.2+2=2.2 m2 考虑传热余量，换热面积取1.5倍，即 二级冷凝器总换热面积为2.2X1.5=3.3 m2。选用5 m2冷凝器。 上气管管径:上汽量为225kg/h，即225 x 10003879 3 心n = 3879.3mol / h58上汽体积为:V = 104.7 m 3
10、/h常压下操作，上汽速度取20m/s，则上气管直径:104.7D = 2 V = 2 x= 0.043m3.14u3.14 x 20 x 36003.3.3 塔釜再沸器1.热负载根据物料衡算结果，塔顶采出1125kg/h,回流比1。则上汽量为2250kg/h,气温为56C, 冷却到45C。进料量为1865.3kg/h，温度45C。出料量为740.3kg/h，温度100C。设精馏 塔的热量损失为20%。则再沸器的热负载为：Q = Qv + Qw- Qr Qf再沸器0.8Qy = mr + mCpt = (2250 x 96% x 501.9 + 2250 x 4% x 2267) +(2250
11、x 96% x 1.28 + 2250 x 4% x 4.2) x 56 =1464130.8KJ /hQ 二 mCpt = (1865.3 x 57.9% x 1.28 +1865.3 x 23.2% x 4.2 +F1865.3 x 2.7% x 1.78 +1865.3 x 16.2% x 1.98) x 45二 174960KJ / hQ = mCpt = (1125 x 96% x 1.28 +1125 x 7% x 4.2) x 45R=70713KJ /hQ = mCpt = (740.3 x 52.2% x 4.2 + 740.3 x 6.9% x 1.78 + 740.3 x
12、 40.9% x 1.98) x 100W=231346.7KJ /h所以再沸器热负载为：l464】30.8 + 珈7 - 7713 -17496。= 1449804.5KJ / h再沸器0.82.蒸汽用量在再沸器中，用110C蒸汽加热。因此所需蒸汽用量为:蒸汽1449804.52267=639.5kg/h低压蒸汽流速按15m/s，蒸汽管径：V = 639.5 = 774.8m 3/h0.8254Vi1 774.8D 二 2-二 2 x二 0.135m3.14u3.14 x 15 x 36003.传热面积该再沸器选用立式热虹吸式再沸器，用110C蒸汽加热，查得个物理参数值为: 水的沸点为 100C因此再沸器的传热平均温度为：AT 二 110-100 二 10 C查手册得再沸器的单位面积设计热负荷=13000 kcal/(m2 h) 所以再沸器的传热面积为：Q 1449804.526 6F = 26.6 m21200013000 x 4.2考虑传热余量，换热面积取1.5倍，即再沸器换热面积F = 26.6 x 1.5 = 39.9 m2加热管采用32X2.5，长度3m。可以计算的所需的管子数为：39.9N =157 根t 冗 x 0.027 x 3出气口直径为：D = v157x(0.027)2 = 0.34m
