化工原理课程设计
分离 丙酮-水 混合液（混合气）的 板式 精馏塔
第一部分 设计概述
一 、工艺条件:
生产能力：110000吨/年（料液） 年工作日：300天
原料组成：40%丙酮，60%水（质量分率，下同） 产品组成：馏出液 98%丙酮，釜液2%丙酮 操作压力：塔顶压强为常压 进料温度：泡点 进料状况：泡点 加热方式：直接蒸汽加热 回流比： R/Rmin=1.5
二 、设计内容
1 、 确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 2 、 工艺参数的确定
基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，
塔板效率，实际塔板数等。
3 、 主要设备的工艺尺寸计算
板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 4 、 流体力学计算
流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 5 、 主要附属设备设计计算及选型
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三、工艺流程图
丙酮—水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。
精馏装置有精馏塔、原料预热器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。
丙酮—水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。 流程示意图如下图
图1：精馏装置工艺流程图
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第二部分 塔的工艺计算
一、查阅文献，整理有关物性数据
1、水和丙酮的性质
表1.水和丙酮的粘度 温度 50 60 0.469 70 0.40 80 0.33 90 0.318 100 0.248 水粘度0.592 mpa 丙酮粘度0.26 mpa 表2.水和丙酮表面张力 温度 50 0.231 0.209 0.199 0.179 0.160 60 66.0 70 64.3 80 62.7 90 60.1 100 58.4 水表面张67.7 力 丙酮表面19.5 张力 表3.水和丙酮密度 温度 50 18.8 17.7 16.3 15.2 14.3 60 0.750 70 0.735 80 0.721 90 0.710 100 0.699 相对密0.760 度 水 丙酮 998.1 758.56 983.2 737.4 977.8 718.68 971.8 700.67 965.3 685.36 958.4 669.92 表4.水和丙酮的物理性质 水 丙酮 分子量 18.02 58.08 沸点 100 56.2 临界温度K 647.45 508.1 临界压强kpa 22050 4701.50 表5. 丙酮—水系统t—x—y数据
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沸点t/℃ 100 92 84.2 75.6 66.9 62.4 61.1 60.3 59.8 59.2 58.8 58.2 57.4 56.9 56.7 56.5 由以上数据可作出t-y（x）图如下
由以上数据作出相平衡y-x线图
丙酮摩尔数 x 0 0.01 0.025 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.95 0.975 1 y 0 0.279 0.47 0.63 0.754 0.813 0.832 0.842 0.851 0.863 0.875 0.897 0.935 0.962 0.979 1 2、进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
酮的摩尔质量 MA=58.08 Kg/kmol 水的摩尔质量 MB=18.02 Kg/kmol
xW?0.02/58.08?0.006290.02/58.08?0.98/18.02
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xF?0.4/58.08?0.17140.4/58.08?0.6/18.02
0.98/58.08xD??0.93830.98/58.08?0.02/18.02
平均摩尔质量
MF=0.1714?58.08+（1-0.1714）?18.02=24.886 kg/kmol MD= 0.9383?58.08+ (1-0.9383) ?18.02=55.608 kg/kmol MW=0.00629?58.08+（1-0.00629）?18.02=18.272 kg/kmol
F?110000000/(300*24)=613.91Kmol/h
24.886
最小回流比
由题设可得泡点进料q=1则xF= xe，又附图可得xe=0.1714, ye=0.806 。 Rmin?xD?ye
ye?xe=
0.9383?0.806?0.2085
0.806?0.1714
确定操作回流比：
R/Rmin?1.5
令R?1.5Rmin?0.3128
二、全塔物料衡算、热量衡算与操作方程
1.全塔物料衡算
F?D?W
FxF?DxD?WxW
D=108.77Kmol/h W=505.14Kmol/h
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