丙酮-水精餾設(shè)計化工原理

1、12級化學(xué)工程與工藝專業(yè) 化工原理課程設(shè)計說明書目 錄第一章 緒 論11.1 產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展概況及意義11.2 產(chǎn)品的性質(zhì)、用途、危險性、國家標(biāo)準(zhǔn)1 1.2.1 產(chǎn)品性質(zhì) 1 1.2.2 產(chǎn)品用途 1 1.2.3 產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn) 11.3 原料的性質(zhì)及來源2 1.3.1 原料的性質(zhì) 2 1.3.2 原料的來源 21.4 設(shè)計所采用的分離方法及特點2第二章 工藝流程設(shè)計及設(shè)備論證 32.1 工藝流程敘述及論證 32.2工藝參數(shù)的選擇論證 42.3設(shè)備論證 4第三章 物料衡算 43.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 43.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 53.3 物料衡算 5第四章 能

2、量衡算 54.1 冷凝器的熱負(fù)荷和冷卻水的流量 54.2 再沸器的熱負(fù)荷和飽和水蒸氣的流量 64.3 預(yù)熱器的熱負(fù)荷和飽和水蒸氣的流量 64.4 塔頂產(chǎn)品冷卻器 6第五章 設(shè)備設(shè)計計算與選型 65.1 塔板數(shù)的確定 6 5.1.1 理論板層數(shù)NT的求取 6 5.1.2 實際板層數(shù)的計算 75.2 相關(guān)物性的計算 9 5.2.1 操作壓力的計算 10 5.2.2 平均摩爾質(zhì)量計算 10 5.2.3 平均密度計算 10 5.2.4 液體平均表面張力 11 5.2.5 溫度 125.3 精餾塔的塔體主要工藝尺寸計算 12 5.3.1 氣液相負(fù)荷的計算 12 5.3.2 塔徑 13 5.4 塔板主要工

3、藝尺寸的計算14 5.4.1 溢流裝置計算 14 5.4.2 邊緣區(qū)寬度 16 5.4.3 塔板布置 165.5 板式塔的流體力學(xué)驗算 17 5.5.1 塔板壓力降hf的校驗 17 5.5.2 液面落差 18 5.5.3 霧沫夾帶 18 5.5.4 漏液 18 5.5.5 液泛 195.6 塔板負(fù)荷性能圖 19 5.6.1 漏液線 19 5.6.2 霧沫夾帶線 20 5.6.3 液相負(fù)荷下限線 20 5.6.4 液相負(fù)荷上限線 21 5.6.5 液泛線 21 5.6.6 操作彈性 215.7 換熱器的選型 22 5.7.1 全凝器的選型 22 5.7.2 再沸器的選型 23 5.7.3 預(yù)熱器

4、的選型 24 5.7.4 塔頂產(chǎn)品冷卻器選型及核算 245.8 管徑的選取 28 5.8.1 進(jìn)料管管徑的選取 28 5.8.2 塔頂出料管管徑的選取 28 5.8.3 塔釜出料管管徑的選取 29 5.8.4 塔頂回流液管管徑的選取 29 5.8.5 塔釜回流液管管徑的選取 29 5.8.6 全凝器出口管管徑的選取 295.8.7 再沸器出口管管徑的選取 295.9 離心泵的選取 295.10 精餾塔的附屬設(shè)備 30 5.10.1 法蘭的選擇 30 5.10.2 筒體與封頭 31 5.10.3 裙座 31 5.10.4 有效高度 31 5.10.5 塔總體高度 31 5.10.6儲槽 31第六

5、章 非工藝部分 326.1安全 326.2 三廢情況及環(huán)保的大體方案 33主要參考文獻(xiàn) .34結(jié)束語 .35附錄第一章 緒 論 1.1 產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展概況及意義 丙酮是重要的有機合成原料，用于生產(chǎn)環(huán)氧樹脂， 聚碳酸酯，有機玻璃，醫(yī)藥，農(nóng)藥等。亦是良好溶劑，用于涂料、黏結(jié)劑、鋼瓶乙炔等。也用作稀釋劑，清洗劑，萃取劑。還是制造醋酐、雙丙酮醇、氯仿、碘仿、環(huán)氧樹脂、聚異戊二烯橡膠、甲基丙烯酸甲酯等的重要原料。在無煙火藥、賽璐珞、醋酸纖維、噴漆等工業(yè)中用作溶劑。在油脂等工業(yè)中用作提取劑。 用于制取有機玻璃單體、雙酚A、二丙酮醇、己二醇、甲基異丁基酮、甲基異丁基甲醇、佛爾酮、異佛爾酮、氯仿、碘

6、仿等重要有機化工原料。在涂料、醋酸纖維紡絲過程、鋼瓶貯存乙炔、煉油工業(yè)脫蠟等方面用作優(yōu)良的溶劑。 1.2產(chǎn)品的性質(zhì)、用途、危險性、國家標(biāo)準(zhǔn) 1.2.1 產(chǎn)品性質(zhì)丙酮是脂肪族酮類具有代表性的的化合物，具有酮類的典型反應(yīng)。例如：與亞硫酸氫鈉形成無色結(jié)晶的加成物。與氰化氫反應(yīng)生成丙酮氰醇。在還原劑的作用下生成異丙酮與頻哪醇。丙酮對氧化劑比較穩(wěn)定。在室溫下不會被硝酸氧化。用酸性高錳酸鉀強氧化劑做氧化劑時，生成乙酸、二氧化碳和水。在堿存在下發(fā)生雙分子縮合，生成雙丙酮醇。2mol丙酮在各種酸性催化劑（鹽酸，氯化鋅或硫酸）存在下生成亞異丙基丙酮，再與1mol丙酮加成，生成佛爾酮（二亞異丙基丙酮）。3mol丙

7、酮在濃硫酸作用下，脫3mol水生成1，3，5-三甲苯。在石灰。醇鈉或氨基鈉存在下，縮合生成異佛爾酮（3，5，5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮） 。在酸或堿存在下，與醛或酮發(fā)生縮合反應(yīng)，生成酮醇、不飽和酮及樹脂狀物質(zhì)。與苯酚在酸性條件下，縮合成雙酚-A。丙酮的-氫原子容易被鹵素取代，生成-鹵代丙酮。與次鹵酸鈉或鹵素的堿溶液作用生成鹵仿。丙酮與Grignard試劑發(fā)生加成作用，加成產(chǎn)物水解得到叔醇。丙酮與氨及其衍生物如羥氨、肼、苯肼等也能發(fā)生縮合反應(yīng)。此外，丙酮在5001000時發(fā)生裂解，生成乙烯酮。在170260通過硅-鋁催化劑，生成異丁烯和乙醛；300350時生成異丁烯和乙酸等。不能被

8、銀氨溶液，新制氫氧化銅等弱氧化劑氧化，但可催化加氫生成醇。 1.2.2 產(chǎn)品用途 丙酮是重要的有機合成原料，用于生產(chǎn)環(huán)氧樹脂， 聚碳酸酯，有機玻璃，醫(yī)藥，農(nóng)藥等。亦是良好溶劑，用于涂料、黏結(jié)劑、鋼瓶乙炔等。也用作稀釋劑，清洗劑，萃取劑。還是制造醋酐、雙丙酮醇、氯仿、碘仿、環(huán)氧樹脂、聚異戊二烯橡膠、甲基丙烯酸甲酯等的重要原料。在無煙火藥、賽璐1珞、醋酸纖維、噴漆等工業(yè)中用作溶劑。在油脂等工業(yè)中用作提取劑。用于制取有機玻璃單體、雙酚A、二丙酮醇、己二醇、甲基異丁基酮、甲基異丁基甲醇、佛爾酮、異佛爾酮、氯仿、碘仿等重要有機化工原料。在涂料、醋酸纖維紡絲過程、鋼瓶貯存乙炔、煉油工業(yè)脫蠟等方面

9、用作優(yōu)良的溶劑。 1.2.3 危險性、產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn) 健康危害：急性中毒主要表現(xiàn)為對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的麻醉作用，出現(xiàn)乏力、惡心、頭痛、頭暈、易激動。重者發(fā)生嘔吐、氣急、痙攣，甚至昏迷。對眼、鼻、喉有刺激性?？诜?，先有口唇、咽喉有燒灼感，后出現(xiàn)口干、嘔吐、昏迷、酸中毒和酮癥。 慢性影響：長期接觸該品出現(xiàn)眩暈、灼燒感、咽炎、支氣管炎、乏力、易激動等。皮膚長期反復(fù)接觸可致皮炎。 燃爆危險：該品極度易燃，具刺激性。 1.3 原料的性質(zhì)及來源 1.3.1 原料的性質(zhì)但工業(yè)上實際采用的方法并不很多。目前我國用糧食發(fā)酵的生產(chǎn)丙酮仍占較大比重。在合成法中異丙苯法是主要的。由含淀粉的農(nóng)副產(chǎn)品發(fā)酵制得丙酮、丁醇和乙醇

10、的混合物，三者的比例為丙酮：丁醇：乙醇=32：56：12至25：70：3(重量比)。每生產(chǎn)1t丙酮，約耗用11t淀粉或60-66t廢糖蜜。異丙苯法是丙酮生產(chǎn)路線中最經(jīng)濟(jì)的方法，同時得到苯酚。兩者之比是，苯酚：丙酮=1：0.6(重量)。以苯酚計，10萬t級裝置每噸苯酚消耗丙烯(90%)590kg。 1.3.2 原料的來源 丙酮的生產(chǎn)方法主要有異丙醇法、異丙苯法、發(fā)酵法、乙炔水合法和丙烯直接氧化法。目前世界上丙酮的工業(yè)生產(chǎn)以異丙苯法為主。世界上三分之二的丙酮是制備苯酚的副產(chǎn)品，是異丙苯氧化后的產(chǎn)物之一。 丙酮，工業(yè)上主要作為溶劑用于炸藥、塑料、橡膠、纖維、制革、油脂、噴漆等行業(yè)中，也可作為合成烯酮

11、、醋酐、碘仿、聚異戊二烯橡膠、甲基丙烯酸、甲酯、氯仿、環(huán)氧樹脂等物質(zhì)的重要原料。 1.4 設(shè)計所采用的分離方法及特點雙組分混合液的分離是最簡單的精餾操作。典型的精餾設(shè)備是連續(xù)精餾裝置（圖1），包括精餾塔、再沸器、冷凝器等。精餾塔供汽液兩相接觸進(jìn)行相際傳質(zhì)，位于塔頂?shù)睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠?部分凝液作為回流液返回塔底,其余餾出液是塔頂產(chǎn)品。位于塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。進(jìn)料加在塔的中部,進(jìn)料中的液體和上塔段來的液體一起沿塔下降，進(jìn)料中的蒸氣和下塔段來的蒸氣一起沿塔上升。在整個精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進(jìn)行相際傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入汽相，汽相中的難

12、揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相。對不形成恒沸物的物系，只要設(shè)計和操作得當(dāng)，餾出液將是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是高純度的難揮發(fā)組分。進(jìn)料口以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進(jìn)一步提濃，稱為精餾段；進(jìn)料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段。兩段操作的結(jié)合，使液體混合物中的兩個組分較完全地分離，生產(chǎn)出所需純度的兩種產(chǎn)品。具有如下特點： (1)通過精餾分離可以直接獲得所需要的產(chǎn)品，而其它一些分離方法，如吸收、萃取等，由于有外加的溶劑，需進(jìn)一步使所提取的組分與外加組分再行分離，因而精餾操作流程通常較為簡單。 (2)精餾分離的適用范圍廣，它不僅可以分離液體混合物，而且可用于氣態(tài)或固態(tài)混合物的分離。

13、例如，可將空氣加壓液化，再用精餾方法獲得氧、氮等產(chǎn)品；再如，脂肪酸的混合物，可用加熱使其熔化，并在減壓下建立汽液兩相系統(tǒng)，用精餾方法進(jìn)行分離。 (3)精餾過程適用于各種濃度混合物的分離，而像吸收、萃取、結(jié)晶、膜分離等操作，只有當(dāng)被提取組分濃度較低時才比較經(jīng)濟(jì)。 (4)精餾操作是通過對混合液加熱建立汽液兩相體系的，所得到的汽相還需要再冷凝液化。因此，精餾操作耗能較大。 (5)精餾技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展及廣泛的使用，目前已具有相當(dāng)成熟的工程設(shè)計經(jīng)驗與一定的基礎(chǔ)理論研究，并發(fā)展出了以精餾為基礎(chǔ)的許多新型復(fù)合傳質(zhì)分離技術(shù)。 (6)精餾過程操作簡單，易于工程化。即可連續(xù)操作，也可間歇操作，可應(yīng)用于各種批量的

14、操作中。第二章 工藝流程設(shè)計及設(shè)備論證 2.1 工藝流程敘述及論證本設(shè)計任務(wù)為分離丙酮-水混合物。對于該非理想二元混合物的分離，應(yīng)該使用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻后送至儲罐該物系屬于易分離物系（標(biāo)況下，丙酮的沸點56.2°C），塔釜采用直接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。2.2工藝參數(shù)的選擇論證1. 原料液處理量： 30000噸/年2. 原料液含苯： 40 （質(zhì)量分率）3. 塔釜餾出液中含丙酮2 （質(zhì)量分率）4. 塔頂餾出液中含丙酮97（質(zhì)量分率）5.操作

15、壓力： 4Kpa（塔頂表壓）6.進(jìn)料熱狀況： 泡點進(jìn)料       7.回流比：  2             8.單板壓降： 0.7Kpa9.建廠地址： 衢州地區(qū)       以上參數(shù)均符合工藝條件 2.3設(shè)備論證塔設(shè)備按其結(jié)構(gòu)形式基本上可以分為兩類：板式塔和填料塔。板式塔為逐板接觸式汽液傳質(zhì)設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡單、安

16、裝方便、壓降低，操作彈性大，持液量小等優(yōu)點。同時也有投資費用較高，填料易堵塞等缺點。本設(shè)計目的是分離丙酮-水混合液，采用篩板式精餾塔。塔型的選擇因素很多。主要有物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的制造安裝和維修等。1、與物性有關(guān)的因素（1）本設(shè)計任務(wù)為分離丙酮-水混合物，對于二元混合物的分離，應(yīng)該使用連續(xù)精餾。（2）易起泡的物系在板式塔中有較嚴(yán)重的霧沫夾帶現(xiàn)象或引起液泛，應(yīng)選填料塔。（3） 對于有懸浮物或容易聚合物系的分離，為防止堵塞，宜選用板式塔。 本設(shè)計為 丙酮和水，可選用板式塔。2、與操作條件有關(guān)的因素（1）對于有側(cè)線進(jìn)料和出料的工藝過程，選用板式塔為適宜；（2）對于液體噴淋密度極小的工藝過程，

17、若采用填料塔，填料層得不到充分潤濕，使其分離效率明顯下降，故宜選用板式塔。在設(shè)計過程中應(yīng)考慮到設(shè)計的精餾塔具有較大的生產(chǎn)能力滿足工藝要求，另外還要有一定的潛力。節(jié)省能源，綜合利用余熱。經(jīng)濟(jì)合理，冷卻水進(jìn)出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量。另一方面影響到所需傳熱面積的大小。即對操作費用和設(shè)備費用均有影響，因此設(shè)計是否合理的利用熱能R等直接關(guān)系到生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)問題。第三章 物料衡算 3.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 將物料組成轉(zhuǎn)換成摩爾分率： 3.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 3.3 物料衡算 第四章 能量衡算 4.1 冷凝器的熱負(fù)荷和冷卻水的流量 1 r1= 4.2 再沸

18、器的熱負(fù)荷和飽和水蒸氣的流量 1 塔釜溫度為=95 4.3 預(yù)熱器的熱負(fù)荷和飽和水蒸氣的流量 1 4.4 塔頂產(chǎn)品冷卻器 第五章 設(shè)備設(shè)計計算與選型5.1 塔板數(shù)的確定 5.1.1 理論板層數(shù)NT的求取理論塔板數(shù)計算（1） q線方程 q線方程為：（2) 求最小回流比和因為丙酮-水物系的曲線是不正常的平衡曲線，所以最小回流比的求法是由點 ，向平衡線做切線，再由切線的斜率或截距求，見圖1，圖2作圖可知 由吉利蘭圖作出N和R的關(guān)系圖3 最終確定R=1（3） 精餾段和提餾段的氣液流量D=70.93kmol/hR=1（4） 精餾段操作線方程（5） 精餾段操作線方程 (6)作圖法確定理論板數(shù)由圖4得精餾段

19、3塊板，進(jìn)料板為第4塊，提餾段3塊板，總共6塊板（包 括再沸器）。 5.1.2 實際板層數(shù)的計算（1） 全塔溫度的計算通過“t-x-y”數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計算得泡點進(jìn)料：0.1431進(jìn)料板溫度65塔頂溫度：57.3塔底溫度：95精餾段平均溫度=(65+57.3)/2=61.15提餾段平均溫度=(95+65)/2=80(2) 全塔黏度計算1） 塔頂黏度 表一 物性表溫度/5060708090100水的粘度0.5920.4690.40.330.3180.248丙酮粘度0.260.2310.2090.1990.1790.16水表面張力67.76664.362.760.158.4丙酮表面張力19.518.8

20、17.716.315.24.3水相對密度988.1983.2977.8971.8965.3958.4丙酮相對密度758.56737.4718.68700.67685.36669.92由表一查得57.3 查得 查得 2）塔底黏度 表一查得95 查得 查得 3） 進(jìn)料板黏度 65 查得 查得 4） 全塔平均黏度： 2精餾段平均黏度：提餾段平均黏度：5) 相對揮發(fā)度由x-y圖1查得（4）全塔效率精餾段效率： 1 提餾段效率：（5) 實際塔板數(shù)精餾段: 取整8塊提餾段: 取整6塊 5.2 相關(guān)物性的計算 5.2.1 操作壓力的計算塔頂壓強取每層塔板壓強p=0.9kPa， 則進(jìn)料板的壓力為：塔底壓力為：

21、故精餾段平均操作壓力為：故提餾段平均操作壓力為： 5.2.2 平均摩爾質(zhì)量計算查圖二得塔頂： 進(jìn)料板： 塔釜： 精餾段平均摩爾質(zhì)量： 提餾段平均摩爾質(zhì)量： 5.2.3 平均密度計算1）氣相密度2） 液相密度表二 丙酮-水在各溫度下的密度溫度塔釜溫度進(jìn)料溫度塔頂溫度956557.3丙酮685.36727.5 742.055 水965.3 979.5984.28 1塔頂：進(jìn)料板：塔底： 5.2.4 液體平均表面張表三 丙酮-水各溫度下的表面張力溫度塔釜溫度進(jìn)料溫度塔頂溫度956557.3丙酮N/m15.218.36 19.34水N/m60.165.3269.061） 塔頂平均表面張力 2） 進(jìn)料板

22、平均表面張力3） 塔釜平均表面張力4） 精餾段平均表面張力 5） 提餾段平均表面張力 5.2.5溫度進(jìn)料板溫度65塔頂溫度：57.3塔底溫度：95精餾段平均溫度=(65+57.3)/2=61.15提餾段平均溫度=(95+65)/2=805.3 精餾塔的塔體主要工藝尺寸計算 5.3.1 氣液相負(fù)荷的計算D=70.93kmol/hR=1 5.3.2 塔徑 精餾段：板間距取=0.45m 板上液層高度=0.05m表四 塔板間距與塔徑的關(guān)系塔 徑/D，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板間距/HT，mm200300250350300450350600400600則參數(shù)： 2查

23、史密斯關(guān)聯(lián)圖5得:取安全系數(shù)為0.707 圓整得塔截面積：空塔氣速：提餾段：板間距取=0.35m 板上液層高度=0.06m則查史密斯關(guān)聯(lián)圖4得:取安全系數(shù)為0.753 圓整得塔截面積：空塔氣速： 5.4 塔板主要工藝尺寸的計算 5.4.1 溢流裝置計算選用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。單溢流又稱直徑流，液體自液盤橫向流過塔板至溢流堰，流體流徑較大，塔板效率高，塔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，直徑小于2.2m的塔中廣泛使用。工業(yè)中應(yīng)用最廣的降液管是弓形降液管。1） 溢流堰長取 2） 溢流堰高度選用平直堰 2堰上液層高度由圖6查得，近似取E=1，則精餾段： 提餾段： 3）弓形降液

24、管寬度和截面積精餾段： 用經(jīng)驗公式：提餾段： 用經(jīng)驗公式：4） 降液管底隙高度精餾段： 取0.1m/s故降液管底隙高度設(shè)計合理選用凹形受液盤，深度取0.05m提餾段： 取0.2m/s故降液管底隙高度設(shè)計合理選用凹形受液盤，深度取0.05m 5.4.2 邊緣區(qū)寬度1) 入口安定區(qū) 塔板上液流的上游部位有狹長的不開孔區(qū)，叫入口安定區(qū)，其寬度為。此區(qū)域不開孔是為了防止因這部位液層較厚而造成傾向性 2) 邊緣固定區(qū) 在塔板邊緣有寬度為WC的區(qū)域不開孔，這部分用于塔板固定。 5.4.3 塔板布置（1）塔板的分塊因為 故采用分塊式，以便通過人孔拆塔板，塔板分為3塊。1） 開孔面積的確定 1（2)篩孔計算及

25、其排列本例采用的物系無腐蝕性選用碳鋼板，取篩孔直徑，篩孔按正三角形排列。取孔中心距為：精餾段：篩孔數(shù)為：開孔率： 提餾段：篩孔數(shù)為：開孔率： 5.5 板式塔的流體力學(xué)驗算 5.5.1 塔板壓力降hf的校驗塔板壓降（1） 干板阻力：（2） 氣體通過液層的阻力 精餾段： 1故提餾段:（3）液體表面張力計算精餾段=液柱提餾段=液柱（4）氣體通過每層塔板的液柱高可按下式計算精餾段=0.0767+0.0290+0.0415=0.105m液柱提餾段=0.0767+0.0290+0.0053=0.111m液柱 5.5.2 液面落差D1600mm,所以忽略液面落差 5.5.3 霧沫夾帶(kg液/kg氣) 1精

26、餾段：,提餾段：,本設(shè)計液沫夾帶量在允許范圍0.1 kg液/kg氣內(nèi),符合要求。 5.5.4 漏液篩板塔,漏液點氣速=精餾段:=6.10m/s,提餾段:=7.7m/s實際孔速:精餾段,提餾段穩(wěn)定系數(shù):精餾段K=Uo/Uomim=3.12,提餾段K =Uo/Uomim =2.45均大于1.5,所以設(shè)計無明顯液漏符合要求 5.5.5 液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛,降液管內(nèi)液層高Hd()對于設(shè)計中的丙酮-水體系=0.5, Hd0.5=0.246mm液柱精餾段提餾段所以不會發(fā)生液泛現(xiàn)象 5.6 塔板負(fù)荷性能圖 5.6.1 漏液線 由=得精餾段：得=提餾段：= 5.6.2 霧沫夾帶線以kg液/kg氣為限求-

27、關(guān)系：由， 精餾段,整理得提餾段解得 5.6.3 液相負(fù)荷下限線對平直堰取堰上上層清液高度精餾段how=0.006m ，提餾段how= 0.0125m， 5.6.4 液相負(fù)荷上限線以=4s作為液體在降液管中停留的下限故精餾段： 提鎦段： 5.6.5 液泛線Hd=()由，得其中帶入數(shù)據(jù)精餾段 提餾段所以精餾段提餾段 5.6.6操作彈性由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負(fù)荷圖。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷，可知操作點在正常的操作范圍內(nèi)，作出操作線故精餾段操作彈性為/=4.1由圖，故提餾段操作彈性為/=3.2精餾段提餾段操作彈性均大于2小于5,符合要求。 5.7 換熱器的選型5.7.1 全凝器的

28、選型（1）丙酮-水冷凝蒸汽的數(shù)據(jù) tD=57.31冷凝蒸汽量：（2）冷凝水始溫為20，取冷凝器出口水溫為36，在平均溫度 混合氣單位冷凝熱： r1=（3）a. 設(shè)備的熱參數(shù)： b平均溫度差： 根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計表”取K=700W/(m2.) 傳熱面積的估計值為：由上面計算數(shù)據(jù)，選型如下：公稱直徑D/mm450管子尺寸/mm19*2公稱壓力 PN/（MPa）1.00管子長l/m4.5管程數(shù)Np4管數(shù)n/根200管子排列正三角排列公稱面積/52.55.7.2 再沸器的選型（1）計算熱負(fù)荷 塔釜溫度為=95 （2）選用0.2MPa飽和水蒸氣,始溫為120，由于兩相都是恒溫相變根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計表

29、”取K=1400W/(m2.) 傳熱面積的估計值為：由上面計算數(shù)據(jù)，選型如下：公稱直徑D/mm450管子尺寸/mm19*2公稱壓力 PN/（MPa）1.00管子長l/m3管程數(shù)Np1管數(shù)n/根1009管子排列正三角排列公稱面積/174.75.7.3 預(yù)熱器的選型原料加熱：采用壓強為270.25kpa的飽和水蒸氣加熱，溫度為130,冷凝溫度至130流體形式，采用逆流加熱。查表得 設(shè)原料溫度為20，需加熱至65。平均溫度差：根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計表”取K=750W/(m2.) 傳熱面積的估計值為：由上面計算數(shù)據(jù)，選型如下：公稱直徑D/mm273管子尺寸/mm19*2公稱壓力 PN/（MPa）2.5管

30、子長l/m2管程數(shù)Np1管數(shù)n/根65管子排列正三角排列公稱面積/7.45.7.4 塔頂產(chǎn)品冷卻器選型及核算表5定性溫度下流體物性密度/()比熱容/黏度/導(dǎo)熱系數(shù)/(W/(m·）丙酮743.12.7 0.2370.17水984.54.20.7270.60因丙酮有一定毒性，故選擇丙酮走管層，水走殼層。（1） 試算和粗初選換熱器規(guī)格1） 計算熱負(fù)荷和冷卻水流量：2） 計算兩流體平均溫差（逆流），由圖查得：=0.853） 初選換熱器規(guī)格。假設(shè)K=430據(jù)此由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)選定JB325-4-34.9型換熱器公稱直徑D/mm325管子尺寸/mm19*2公稱壓力 PN/（MPa）4.00管子長

31、l/m6管程數(shù)Np1管數(shù)n/根99管子排列正方形斜轉(zhuǎn)45°公稱面積/34.9實際傳熱面積若選該型號的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為（2） 核算壓力降1） 管程壓力降其中，管程流通面積設(shè)管壁粗糙度為0.1mm，則/d=0.0067, 查得摩擦系數(shù)=0.035 符合一般要求2） 殼程壓力降 ，故代入得 故管殼程壓力損失均符合要求（3）核算總傳熱系數(shù)1）管程對流傳熱系數(shù)Pr1=0.023=1881.52）殼程對流給熱系數(shù)=0.36Pr1=所以=0.363）取污垢熱阻 Rs0.2m/kW Rs=0.17 m/kWK=K=安全系數(shù)為 5.8 管徑的選取 5.8.1 進(jìn)料管管徑的選取選用的無縫

32、鋼管核算 5.8.2 塔頂出料管管徑的選取 5.8.3 塔釜出料管管徑的選取 選用的無縫鋼管 5.8.4 塔頂回流液管管徑的選取 選用的無縫鋼管5.8.5 塔釜回流液管管徑的選取 選用的無縫鋼管5.8.6 全凝器出口管管徑的選取 選用的無縫鋼管5.8.7 再沸器出口管管徑的選取 選用的無縫鋼管 5.9 離心泵的選取進(jìn)料泵選用的無縫鋼管核算雷諾數(shù)取=0.01，,查圖摩擦系數(shù)=0.0285各管件及閥門阻力系數(shù)如下:名稱水管入口進(jìn)口閥90·彎頭×20.560.75×2設(shè)管長為6米,在原料液罐液面與進(jìn)料口之間列伯努利方程得：其中假設(shè)Z2-Z16.85m，P11atm,P2

33、1atm， u1=0 ，u2=0.97m/s，=1.8 ,則泵的壓頭為H13m選用 IS50-32-250型泵。流量/(m3/h)15配帶功率7.83揚程18.5汽蝕余量2.5轉(zhuǎn)速2900效率41 Pe=QHg=2.15×13×9.81=274 W P軸=Pe=2740.41=6697830 W 所以該離心泵符合要求 5.10 精餾塔的附屬設(shè)備 5.10.1 法蘭的選擇由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭。進(jìn)料管接管法蘭：回流管接管法蘭：塔底儲料管法蘭： 塔頂蒸氣管法蘭： 5.10.2 筒體與封頭壁厚選6mm，所用材質(zhì)為。本設(shè)計采

34、用橢圓形封頭。 5.10.3 裙座塔底常用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能良好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。 5.10.4 有效高度 3 精餾段有效高度 提餾段有效高度從塔頂開始每隔7塊板開一個人孔，其直徑為0.6米,開人孔的兩塊板間距 取0.7米,所以應(yīng)多加高(0.7-0.45)×2=0.5mZ=+0.5=7.25m 5.10.5 塔總體高度(1)塔頂空間HD取HD=1.6=0.72m 加一人孔0.6米,共為1.32m(2)塔底空間塔底儲液高度依停留4min而定 0.87m取塔底液面至最下層塔板之間的距離為1m，中間再開一直徑為0.6

35、米的人孔1+0.87=1.87m(3)整體塔高H=Z+=7.25+1.32+1.87=10.44m 5.10.6儲槽1.本品具高度易燃性，有嚴(yán)重火災(zāi)危險，屬于甲類火災(zāi)危險物質(zhì)。儲存于陰涼干燥、良好通風(fēng)處，遠(yuǎn)離熱源、火源和有禁忌的物質(zhì)。所有容器都應(yīng)放在地面上。但久貯和回收的丙酮常有酸性雜質(zhì)存在，對金屬有腐蝕性。2.用200L(53USgal)鐵桶包裝，每桶凈重160kg，鐵桶內(nèi)部應(yīng)清潔、干燥。貯存于干燥、通風(fēng)處，溫度保持在35以下，裝卸、運輸時防止猛烈撞擊，并防止日曬雨淋。按防火防爆化學(xué)品規(guī)定貯運。3.儲存注意事項：儲存于陰涼、通風(fēng)良好的專用庫房內(nèi)，遠(yuǎn)離火種、熱源。庫溫不宜超過29。保持容器密封

36、。應(yīng)與氧化劑、還原劑、堿類分開存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具。儲區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料。第六章 非工藝部分6.1安全（1）危險性概述健康危害：急性中毒主要表現(xiàn)為對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的麻醉作用，出現(xiàn)乏力、惡心、頭痛、頭暈、易激動。重者發(fā)生嘔吐、氣急、痙攣，甚至昏迷。對眼、鼻、喉有刺激性?？诜?，先有口唇、咽喉有燒灼感，后出現(xiàn)口干、嘔吐、昏迷、酸中毒和酮癥。慢性影響：長期接觸該品出現(xiàn)眩暈、灼燒感、咽炎、支氣管炎、乏力、易激動等。皮膚長期反復(fù)接觸可致皮炎。燃爆危險：該品極度易燃，具刺激性。 急救措施皮膚接觸：脫去污染的衣著，用肥皂水

37、和清水徹底沖洗皮膚。眼睛接觸：提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫(yī)。吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。食入：飲足量溫水，催吐。就醫(yī)。 消防措施危險特性：其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸。與氧化劑能發(fā)生強烈反應(yīng)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇火源會著火回燃。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。滅火方法：盡可能將容器從火場移至空曠處。噴水保持火場容器冷卻，直至滅火結(jié)束。處在火場中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中產(chǎn)生聲音，所有人員必須

38、馬上撤離。滅火劑：抗溶性泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。用水滅火無效。 泄漏應(yīng)急處理應(yīng)急處理：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防靜電工作服。盡可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用砂土或其它不燃材料吸附或吸收。也可以用大量水沖洗，洗水稀釋后放入廢水系統(tǒng)。大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。用泡沫覆蓋，降低蒸氣災(zāi)害。用防爆泵轉(zhuǎn)移至槽車或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運至廢物處理場所處置。  (2)操作注意事項密閉操作，全面密封。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴過濾式防毒面具（半面罩），戴安全防護(hù)眼鏡，穿防靜電工作服，戴橡膠耐油手套。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。防止蒸氣泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑、還原劑、堿類接觸。灌裝時應(yīng)控制流速，且有接地裝置，防止靜電積聚。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。4 (2)法律法規(guī)化學(xué)危險物品安全管理條例 (1987年2月17日國務(wù)院發(fā)布)，化學(xué)危險