河西学院化学化工学院化工课程设计
致谢 ..................................................................................................................................... 36 附图 ..................................................................................................................................... 37
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丙酮-水混合液筛板精馏塔设计
徐庭国
摘 要：本次设计是针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程。我们对此塔进行了工艺设计，包括它的辅助设备及进出口管路的计算，画出了塔板负荷性能图，并对设计结果进行了汇总。
此次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计的精馏装置包括精馏塔，再沸器，冷凝器等设备。本文是精馏塔及其进料预热的设计，分离摩尔分数为0.117的丙酮—水溶液，使塔顶产品丙酮的摩尔含量达到96%，塔底釜液丙酮摩尔分数为5%。
综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑，本设计采用了筛板塔对丙酮-水进行分离提纯，塔板为碳钢材料，求得理论板数为6。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为8，提馏段实际板数为11。根据经验式算得全塔效率为0.316实际加料位置在第9块板。塔径为2.0m。通过板压降、漏液、液泛、液沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。确定了操作点符合操作要求。
关键词：丙酮-水、精馏、图解理论板法、负荷性能图、精馏塔设备结构
1.设计背景与原理 1.1精馏塔的设计原理
精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
精馏原理 (Principle of Rectify) 蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度，α）的特性，实现分离目的的单元操作。 1.2确定设计方案
本设计任务为分离丙酮——水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用冷夜进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内，其余部分经产品冷
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却器后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 1.3设计原则
确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。
1.3.1满足工艺和操作的要求
（1）首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定。这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。
（2）其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。
因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。 1.3.2满足经济的要求
要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最佳方案。 1.3.3满足安全生产的要求
例如丙酮属易燃有毒物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。
以上原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。
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1.4板式塔的选择 1.4.1塔设备的分类
塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。 1.4.2筛板塔的优缺点
筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：
（1）结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。
（2）处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。 （3） 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。 （4）压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。 筛板塔的缺点是：
（1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 （2）操作弹性较小(约2～3)。 （3）小孔筛板容易堵塞。 2.工艺设计计算 2.1设计方案的确定
本设计任务书为分离丙酮－水的混合液体。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，设计中采用进料温度60℃。将原料液通过预热器加热到60℃后送入精馏塔内，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最小回流比较小，故回流比取最小回流比的两倍。
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