精馏塔的设计及选型
精馏塔的设计及选型
目录
精馏塔的设计及选型 (1)
目录 (1)
1设计概述 0
1.1工艺条件 0
1.2设计方案的确定 0
2塔体设计计算 (1)
2.1有关物性数据 (1)
2.2物料衡算 (3)
2.3塔板数的确定 (4)
2.4精馏塔的工艺条件及相关物性数据 (8)
2.5塔体工艺尺寸的设计计算 (11)
2.6塔板工艺尺寸的设计计算 (14)
2.7塔板流体力学验算 (18)
2.8负荷性能图 (22)
2.9精馏塔接管尺寸计算 (27)
3精馏塔辅助设备的设计和选型 (31)
3.1原料预热器的设计 (32)
3.2回流冷凝器的设计和选型 (34)
3.3釜塔再沸器的设计和选型 (38)
3.4泵的选择 (40)
3.5筒体与封头 (41)
1设计概述
1.1工艺条件
（1）生产能力：2836.1kg/d（料液）
（2）工作日：250天，每天4小时连续运行
（3）原料组成：35.12%丙酮,64.52%水,杂质0.35%，由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去，所以可以忽略。所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分，其质量组成为：35.12%丙酮，水64.88%（下同）
（4）产品组成：馏出液99%丙酮溶液，回收率为90%，由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于5.16%
即每天生产99%的丙酮905.54kg。
（5）进料温度：泡点
（6）加热方式：间接蒸汽加热
（7）塔顶压力：常压
（8）进料热状态：泡点
（9）回流比：自选
（10）加热蒸气压力：0.5MPa（表压）
（11）单板压降≤0.7kPa
1.2设计方案的确定
（1）、精馏方式及流程：
在本设计中所涉及的浓度范围内，丙酮和水的挥发度相差比较大，容易分离，且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质，因此选用常压精馏，并采取连续精馏方式。母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点，在连续进入精馏塔内，塔顶蒸汽经过塔顶冷凝器冷凝后，大部分连续采出，采出部分经冷却器后进入储罐内备用，少部分进行回流；塔底液一部分经过塔釜再沸器气化后回到塔底，一部分连续采出，采出部分可用于给原料液预热。塔顶装有全凝器，塔釜设有再沸器，进料输送采用离心泵，回流液采用高位槽输送。
（2）、进料状态：泡点进料。
（3）、加热方式：间接蒸汽加热。
（4）、加热及冷却方式：原料用塔釜液预热至泡点，再沸器采用间接蒸汽加热，塔顶全凝器采用自来水作为冷却剂。优点是成本低，腐蚀性小，黏度小，比热容
大，易于输送。
（5）、流程示意图
图1-1连续精馏筛板塔流程示意图2塔体设计计算
2.1有关物性数据
1、丙酮和水的物性常数
表1-1 水的黏度和表面张力
温度黏度MPa表面张力
50 0.592 67.7
60 0.469 66.0
70 0.400 64.3
80 0.33 62.7
90 0.318 60.1
100 0.248 58.4
表1-2 丙酮的黏度和表面张力
温度黏度MPa表面张力
50 0.260 19.5
60 0.231 18.8
70 0.209 17.7
80 0.199 16.3
90 0.179 15.2
100 0.160 14.3
表1-3 丙酮和水的密度
温度丙酮水相对密度
50 758.56 998.1 0.760
60 737.4 983.2 0.750
70 718.68 977.8 0.735
80 700.67 971.8 0.721
90 685.36 965.3 0.710
100 669.92 958.4 0.699
表1-4 丙酮和水的物理性质
分子量沸点临界温度K 临界压强kpa
丙酮58.08 56.2 508.1 4701.50
水18.02 100 647.45 22050
表1-5 丙酮-水系统t-x-y 数据表
丙酮摩尔数沸点
t/℃ 液相x/% 气相y/%
100 0 0
92 0.01 0.279
84.0 0.025 0.47
75.6 0.05 0.63
66.9 0.1 0.754
62.4 0.2 0.813
61.1 0.3 0.832
60.3 0.4 0.842
59.8 0.5 0.851
59.2 0.6 0.863
58.8 0.7 0.875
58.2 0.8 0.897
57.4 0.9 0.935
56.9 0.95 0.962
56.7 0.975 0.979 56.5 1 1
2.2物料衡算
1、原料液、塔顶及塔底液中丙酮的摩尔分率
丙酮的摩尔质量 A M =58.08kg/kmol ；
水的摩尔质量 B M =18.02kg/kmol
则=-+=-+=02
.18/)3512.01(08.58/3512.008.58/3512.0/)1(//B F A F A F F M M M x ωωω0.144 =-+=-+=
02.18/)99.01(08.58/99.008.58/99.0/)1(//B D A D A D D M M M x ωωω0.968
=-+=-+=02
.18/)0516.01(08.58/0516.008.58/0516.0/)1(//B W A W A W W M M M x ωωω0.017 2、原料液、塔顶及塔底液物料的平均摩尔质量
=-+=B F A F F M x M x M )1(0.144×58.08+(1-0.144)×18.02=23.79（kg/kmol ）
=-+=B D A D D M x M x M )1(0.968×58.08+(1-0.968)×18.02=56.80(kg/mol)
B W A W W M x M x M )1(-+==0.017×58.08+0.983×18.02=18.70(kg/mol)
3、物料衡算
塔顶产品 80
.56454.905?=D =3.99（kmol/h ） 总物料衡算 D+W=F ，即3.99+W=F
丙酮物料衡算 F W D Fx Wx Dx =+，即0.968D+0.017W=0.144F
联立解得 F=29.9(kmol/h)，W=25.91(kmol/h)
2.3塔板数的确定
1、理论塔板数T N 的求取
丙酮-水属非理想溶液体系，故采用图解法求取理论塔板数
1）x-y 图
查手册得丙酮-水的气液平衡数据，如表5所示，根据表5绘制x-y 图
0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.000.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00 B
X
Y
0.000.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
图1-2 丙酮-水的x-y 图
2）回流比
该精馏分离工艺的进料方式为泡点进料，故q=1,在图一中对角线上，自点e(0.144,0.144)作垂线即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为
xe=0.144,ye=0.775,故最小回流比为：
=--=--=144
.0775.0775.0968.0min e e e D x y y x R 0.31 操作回流比一般为最小回流比的1.1-2.0倍，取操作回流比为最小回流比的2倍，则操作回流比：R=0.31×2=0.62
3）气相及液相负荷
精馏段的气相和液相负荷
==RD L 0.62×3.99=2.47（kmol/h ）
=+=D R V )1( 1.62×3.99=6.46（kmol/h ）
提馏段的气相及液相负荷
=+=qF L L ' 2.47+29.9=32.37（kmol/h ）
==--=V F q V V )1(' 6.46（kmol/h ）