年处理量8万吨丙酮浮阀精馏塔的设计【完整版】.doc
《年处理量8万吨丙酮浮阀精馏塔的设计【完整版】.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《年处理量8万吨丙酮浮阀精馏塔的设计【完整版】.doc(48页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、年处理量8万吨丙酮浮阀精馏塔的设计【完整版】(文档可以直接使用,也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载)年处理量8万吨丙酮浮阀精馏塔的设计1 化工原理课程设计任务书1.1设计题目 浮阀连续精馏塔及其主要附属设备设计 1.2工艺条件生产能力:80000吨/年料液年工作日:300天原料组成:25%丙酮,75%水质量分率,下同产品组成:馏出液 99%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: 自选1.3设计内容确定精馏装置流程,绘出流程示意图。工艺参数确实定根底数据的查取及估算,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
2、板数等。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。流体力学计算流体力学验算,操作负荷性能图及操作弹性。1.4设计结果总汇1.5主要符号说明1.6参考文献1.7后记2 前言 2.1 丙酮介绍 丙酮,也叫醋酮又名二甲基甲酮,为最简单的饱和酮。商业上称为阿西通或亚司通,都是英文名 Acetone的译音。示性式CH3COCH3,分子式CO(CH3)2,分子量58.08。 丙酮是一种无色透明液体,有特殊的辛辣气味。易溶于水和甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、吡啶等有机溶剂。易燃、易挥发,化学性质较活泼。 丙酮主要是对中枢神经系统的抑制、麻醉作用,高浓度接触对个别人可能出现肝、肾和胰腺的损害。
3、由于其毒性低,代谢解毒快,生产条件下急性中毒较为少见。急性中毒时可发生呕吐、气急、痉挛甚至昏迷。口服后,口唇、咽喉烧灼感,经数小时的潜伏期后可发生口干、呕吐、昏睡、酸中度和酮症,甚至暂时性意识障碍。丙酮对人体的长期损害表现为对眼的刺激病症如流泪、畏光和角膜上皮浸润等,还可表现为眩晕、灼热感,咽喉刺激、咳嗽等。 丙酮的生产方法主要有异丙醇法、异丙苯法、发酵法、乙炔水合法和丙烯直接氧化法。目前世界上丙酮的工业生产以异丙苯法为主。世界上三分之二的丙酮是制备苯酚的副产品,是异丙苯氧化后的产物之一。 丙酮,工业上主要作为溶剂用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等行业中,也可作为合成烯酮、醋酐、碘
4、仿、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸、甲酯、氯仿、环氧树脂等物质的重要原料。2.2 概述 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式,可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板,气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递,气液相组成呈阶梯变化,属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层,液体自塔顶沿填料外表下流,气体逆流向上也有并流向下者与液相接触进行质热传递,气液相组成沿塔高连续变化,属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要求是:1生产能力大;2传热、传质效率高;3气流的摩擦阻力小;4操作稳定,适应性强,操作弹性大;5结构简单,
5、材料耗用量少;6制造安装容易,操作维修方便。此外,还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类:1有降液管的塔板,如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板;2无降液管的塔板,如穿流式筛板栅板、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板,如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀,气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动,自行调节。 浮阀有盘式、条式等多种,国内多用盘式浮阀,此型又分为F1型V1型、V4型、十字架型、和A型,其中F1型浮阀结构
6、较简单、节省材料,制造方便,性能良好,故在化工及炼油生产中普遍应用,已列入部颁标准JB111881。其阀孔直径为39mm,重阀质量为33g,轻阀为25g。一般多采用重阀,因其操作稳定性好。 浮阀塔的主要优点是生产能力大,操作弹性较大,塔板效率高,气体压强降及液面落差较小,塔的造价低,塔板结构较泡罩塔简单。浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用,由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点,已成为国内应用最广泛的塔型,特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式,但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结构简单、制造方便、节省材料、性能良好,广泛应用在化工及炼油生产中,现已列入部颁标准
7、JB168-68内,F1型浮阀又分轻阀和重阀两种,但一般情况下都采用重阀,只有处理量大且要求压强降很低的系统中,才用轻阀。浮阀塔具有以下优点:1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统,但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统,浮阀塔也能正常操作。故本设计才用的是浮阀塔。2.3 装置流程确定 在很多方面,要求丙酮有不同的纯度,有时要求纯度很高,甚至是无水丙酮,这是很有困难的,因为丙酮极具挥发性,也极具溶解性,所以,想要得到高纯度的丙酮很困难。要想把低纯度的丙酮水溶液提升到高纯度,要用连续精馏的方法。精馏是多数别离
8、过程,即同时进行屡次局部汽化和局部冷凝的过程,因此可使混合液得到几乎完全的别离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的,塔内装有假设干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏别离操作,除精馏塔外,还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知,单有精馏塔还不能完成精馏操作,还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器,有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备,才能实现整个操作。丙酮水的混合液原料经预热器加热到指定温度后送入精馏塔的进料板,在进料板上与自塔上部下降的的回流液体集合后,逐板溢流,最后流入塔底的再沸器中。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。操作时,连续的从再沸器
9、取出局部液体作为塔底产品,局部液体气化,产生上升蒸汽,一次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝,并将局部冷凝液用泵送回塔顶作为回流液,其余局部经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品,经冷凝器冷却后送入贮槽。塔釜采用直接蒸汽和再沸器共热。塔底产品经冷却后送入贮槽。经综合考虑,且本着低本钱高效率的原那么,本设计采用的浮阀是F1型重阀。考虑到本设计的塔径将会大于,所以再沸器选用釜式罐式再沸器。由于本设计的条件为常压下,且塔处理量也不小,所以选用强制循环式冷凝器 。为了省略间接加热设备,本设计采用直接蒸汽加热的方法,且采用泡点进料。2.4 精馏装置流程图说明 精馏装置流程图如附图1所示,原料液先贮存在V1
10、01原料贮存罐中,再利用P101原料泵输送进入E101原料预热器中预热,预热后到达泡点温度的原料液从塔中下部的进料板连续进入塔内,沿塔向下流到蒸馏釜。釜中液体被加热而局部汽化,蒸气沿塔向上流动,到达塔顶E103全凝器,冷凝为液体,再输入A106分配器,一局部回流流入塔顶,其余的作为塔顶产品馏出液)送入E105冷却器中冷却,再送入V103产品贮存罐中。釜底得到的釜液送入E104冷却器中冷却后再输入V102釜底贮存罐中。本设计是采用的直接真气加热法,将低压蒸气LW直接通入精馏塔中加热塔内物质。 3 工艺参数确实定3.1 根底数据的查取及估算3.1.1 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数水的摩尔质量:
11、丙酮的摩尔质量: 3.1.2 平均摩尔质量 3.1.3 物料计算 原料液处理量: 3.1.4 操作温度的计算根据化工原理附录丙酮水溶液的汽液相平衡数据,制图有:x 液相中丙酮的摩尔分数% x 液相中丙酮的摩尔分数%t 温度图 3.1 丙酮-水溶液的汽液相平衡图(液相)根据图 1.1 读取数据有: 精馏段平均温度: 提馏段平均温度: 塔平均温度: 3.1.5 平均密度的计算: 混合液密度: :质量分率 混合气体密度: :为平均相对分子质量精馏段: 液相组成: , 汽相组成: , 所以: 提馏段: 液相组成: , 汽相组成: , 所以: 求在与下的丙酮和水的密度: : , : , 精馏段:液相密度
12、: , 解得:汽相密度: 提馏段:液相密度: , 解得: 汽相密度: 3.1.6 平均外表张力的计算液相平均外表张力依下式计算,即: 精馏段:由前面计算有:,此时查物系数据表可知: , 提馏段:由前面计算有:,此时查物系数据表可知: , 3.1.7 水和丙酮平均相对挥发度的计算查化工工程手册有:两组分正常沸点温度: 根据公式: 得:3.1.8 R的估算3.1.8.1 根据丙酮水气液平衡表,作图:Y汽相中丙酮的摩尔分数% X 液相中丙酮的摩尔分数% 图 3.2 R的估算图 3.1.8.2 求最小回流比Rmin和操作回流比 因为丙酮水物系的曲线是不正常的平衡曲线,所以最小回流比的求法是由点D(,)
13、 即:D(0.968,0.968,向平衡线作切线,再由切线的斜率或截距求,见图1.2 作图可知 b=0.48 b=0.48 Rmin =1.017 由工艺条件决定 R=1.5R故取操作回流比 R=1.52553.2 物料及热量衡算3.2.1 塔顶冷凝器的热量衡算 目的:对塔顶冷凝器进行热量衡算以确定冷却水的用量。3.2.1.1 热量衡算式 如图3.3所示,根据热量衡算式,有: QLQD图3.3 冷凝器热量恒算示意图式中 塔顶蒸气带入系统的热量; 回流液带出系统的热量; 馏出液带出系统的热量; 冷凝水带出系统的热量。3.2.1.2 基准态的选择以101.3kPa、的丙酮和水为热量衡算的基准态,那
14、么: QLQD03.2.1.3 各股物流热量的计算查的丙酮与水在正常沸点下的汽化焓分别为:VHm丙酮Tb=30.38J/mol VHm水Tb=40.69J/mol正常沸点分别为: Tb丙酮329.35K Tb水373.15K使用Watson公式计算丙酮和水在56.55的汽化焓:式中 比照温度; TC临界温度。查的苯和甲苯的临界温度分别为:TC丙酮508.1K TC水647.4K对于丙酮: 对于水: 由此可计算进入塔顶冷凝器蒸气的热量为:代入到热量衡算式中,可求得塔顶冷凝器带走的热量为:30.81VkJ/h=77.81DkJ/h3.2.1.4 冷却水的用量设冷却水的流量为qm,那么:qmCp(t
15、2t1):t130 t245以进出口水温的平均值为定性温度:查得水在37.5时的比热容为: Cpm4.175kJ/(kg.) 3.2.2 全塔的热量衡算目的:确定再沸器的蒸汽用量。如图3.4所示,对精馏塔进行全塔的热量衡算。QFQbQDQLQbQS图3.4 全塔热量恒算示意图3.2.2.1 热量衡算式根据热量衡算式,可得:设定: QL5%QS0.05QS 式中 进料带入系统的热量; 加热蒸汽带入系统的热量; 馏出液带出系统的热量; 釜残液带出系统的热量; 冷却水带出系统的热量; 热损失。3.2.2.2 各股物流的温度由各股物流的组成,根据气液平衡数据表,可得各股物流的温度分别为:tF67.05
16、 tD56.55 tb95.643.2.2.3 基准态的选择以101.3kPa、56.55的液态丙酮和水为热量衡算的基准态,且忽略压力的影响,那么:QD=03.2.2.4 各股物流热量的计算由于温度变化不大,采用平均温度:的比热容计算各股物流的热量。据: CpmabTcT2dT3查得: 丙酮a=13.962 b=226.467103 c=746.719106 d207.552109 水 a=30.204 b=9.933103 c=1.117106 故丙酮的比热容为: 水的比热容为: 由此可求得进料与釜残液的热量分别为: 将以上结果代入到热量衡算式中:357662.340.95QS02546.4
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 完整版 处理 丙酮 精馏塔 设计
限制150内