精馏塔的设计及选型目录精馏塔的设计及选型1目录11设计概述11.1工艺条件11.2设计方案的确定12塔体设计计算22.1有关物性数据22.2物料衡算42.3塔板数的确定52.4精馏塔的工艺条件及相关物性数据92.5塔体工艺尺寸的设计计算122.6塔板工艺尺寸的设计计算152.7塔板流体力学验算202.8负荷性能图232.9精馏塔接管尺寸计算283精馏塔辅助设备的设计和选型323.1原料预热器的设计333.2回流冷凝器的设计和选型353.3釜塔再沸器的设计和选型393.4泵的选择413.5筒体与封头421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0.7kPa1.2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 16.390 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 0.76060 737.4 983.2 0.75070 718.68 977.8 0.735 80 700.67 971.8 0.721 90 685.36 965.3 0.710100 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 =58.08kg/kmol； 水的摩尔质量 =18.02kg/kmol则0.144 0.968 0.0172、原料液、塔顶及塔底液物料的平均摩尔质量0.14458.08+(1-0.144)18.02=23.79（kg/kmol）0.96858.08+(1-0.968)18.02=56.80(kg/mol)=0.01758.08+0.98318.02=18.70(kg/mol)3、物料衡算塔顶产品 =3.99（kmol/h）总物料衡算 D+W=F，即3.99+W=F丙酮物料衡算 ，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 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： 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=0.312=0.623）气相及液相负荷 精馏段的气相和液相负荷 0.623.99=2.47（kmol/h） 1.623.99=6.46（kmol/h） 提馏段的气相及液相负荷 2.47+29.9=32.37（kmol/h） 6.46（kmol/h）4）操作线方程 精馏段： 提馏段： 5）图解法求理论塔板数，如图二所示，总理论塔板数为5块（包括塔釜），第4块为进料板。精馏段为3块，提馏段1块。 图1-3 图解法图2、实际塔板数的求取1）塔内精馏段和提温度的求图1-4 t-x-y图 据此图可以确定进料板，塔顶，塔底的温度及气相组成tF=64.40 =0.792tD=56.78 =0.970tW=90.18 =0.321 精馏段平均温度为t