丙酮-水化工原理课程设计.docxVIP

1. 设计方案简介1.1设计方案的确定本设计任务为分离丙酮—水混合物提纯丙酮，采用连续精馏塔提纯流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。1.2 操作条件和基础数据进料中丙酮含量（质量分率）35%；产品中丙酮含量（质量分率）99%；塔釜中丙酮含量（质量分率）不大于0.04；进料量F=2000kg/h；操作压力塔顶压强为常压进料温度泡点；1.3工艺流程图图1：精馏装置流程示意图2.精馏塔的物料衡算2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 丙酮的摩尔质量 MA =58.08kg/kmol 水的摩尔质量 MB =18.02kg/kmolxF==0.143xD==0.968xW==0.0132.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.143×58.08+（1-0.143）×18.02=23.75kg/kmol MD=0.968×58.08+（1-0.968）×18.02=56.80kg/kmol MW=0.013×58.08+（1-0.013）×18.02=18.54kg/kmol2.3物料衡算原料进料量为2000kg/hF=2000/27.51=72.70kmol/h总物料衡算72.70=D+W丙酮的物料衡算 72.70×0.143=0.968D+0.013W联立解得 D=9.90 W=62.803.塔板数的确定3.1理论塔板数NT的求取3.1.1求最小回流比及操作回流比丙酮-水是非理想物系，先根据丙酮-水平衡数据（见下表1），绘出平衡线，如下图所示。表1丙酮—水系统t—x—y数据沸点t/℃丙酮摩尔数x010.27984.20.0250.4775.60.050.6366.90.10.75462.40.20.81361.10.30.83260.30.40.84259.80.50.85159.20.60.86358.80.70.87558.20.80.89757.40.90.93556.90.950.96256.70.9750.97956.511由表1数据可作出t-y（x）图如下由表1数据作出相平衡y-x线图由，得由表计算得：α1=38.31α8=5.71α2=34.58α9=4.20α3=32.35α10=3α4=27.59α11=2.18α5=17.39α12=1.60α6=11.56α13=1.33α7=7.99α14=1.20所以α==7.055得出相平衡方程：y=泡点进料，所以q=1，xe=xF=0.143代入相平衡方程，得到ye=0.541所以Rmin1.073初步取实际操作回流比为理论回流比的1.5倍即 R=1.5Rmin=1.5×1.073=1.613.1.2 求精馏塔的气、液相负荷Lkmol/h Vkmol/hLkmol/hVkmol/h3.1.3 求操作线方程精馏段操作线方程为 y提馏段操作线方程为 y3.1.4 捷算法求理论板层数求最少理论塔板数Nmin和NminlNminNminl捷算法求理论塔板数由解得 N=13.5（包括再沸器），取14块根据式 得，取10块所以加料板可设在第10块。3.2 求取塔板的效率用奥康奈尔法()对全塔效率进行估算：根据丙酮—水系统t—x(y)图可以查得：（塔顶第一块板) x1=0.81设丙酮为A物质，水为B物质所以第一块板上：xA=0.81xB=0.19可得：(加料板) xF=0.143yF=0.541假设物质同上：yA=0.541xA=0.143yB=0.459xB=0.857可得：(塔底) xW=0.013yW=0.085假设物质同上：yA=0.085xA=0.013yB=0.915xB=0.987可得：所以全塔平均挥发度：α=7.055精馏段平均温度：查物性常数表(如表2)：表2.水和丙酮的性质温度5060708090100水粘度mPa0.5920.4690.400.330.3180.248丙酮粘度mPa0.260.2310.2090.1990.1790.160水表面张力67.766.064.362.760.158.4丙酮表面张力19.518.817.716.315.214.3相对密度0.7600.7500.7350.7210.7100.699水密度998.1983.2977.8971.8965.3958.4丙酮密度758.56737.4718.68700