【正文】 中的丙酮。 化工原理課程設(shè)計(jì) 7 工藝路線圖 水 含 10%丙酮 空氣混合物 吸收 排放合格的廢氣 丙酮水溶液 精餾 丙酮 （塔頂產(chǎn)品） 水 （塔底產(chǎn)品） 江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 8 （參見附件） 空氣 丙酮 氣柜 吸收塔 貯槽 離心泵 25℃ 換熱器 精餾塔 全凝器 丙酮 貯槽 部分回流 氣泵 再沸器 換熱器 水相 釜液 25℃ 廢氣 泡點(diǎn) 冷卻 換熱器 化工原理課程設(shè)計(jì) 9 丙酮 空氣混合氣體貯存在干燥的氣柜中，通過氣泵，混合氣體進(jìn)入填料吸收塔，與水逆流相接觸后，大部分丙酮被水吸收，得到可排放的凈化氣，在填料塔塔頂 排放到大氣中；吸收丙酮后的水，從塔底流出，貯存在丙酮貯槽中，待用。 用離心泵將貯槽中的丙酮水溶液抽到位于高位的列管式換熱器中，用板式精餾塔塔底的流出液進(jìn)行加熱，再通過套管換熱器，使用低壓蒸汽進(jìn)行加熱至泡點(diǎn)。將泡點(diǎn)下的丙酮水溶液，通入板式精餾塔的加料口 進(jìn)行精餾。 經(jīng)過精餾后，在精餾塔塔頂經(jīng)過全凝器冷凝后的溶液進(jìn)入分配器，一部分回流至精餾塔，另一部分再通過冷凝器冷凝后貯存在丙酮產(chǎn)品貯罐中，即得到產(chǎn)品；在精餾塔塔底， 用低壓蒸汽直接加熱塔釜液體，在塔底 流出液 中， 丙酮含量較低， 可 對(duì)吸收塔塔底流出的丙酮 水溶液進(jìn)行第一次加熱 。 從列管換熱器流出的低含量丙酮 水溶液， 經(jīng)過套管換熱器進(jìn)行冷卻，至 20 攝氏度，再 通入吸收塔對(duì)空氣中的丙酮進(jìn)行吸收。如此，完成水吸收 精餾法回收空氣中的丙酮的操作工藝。 江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 10 【工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算】 取吸收操作溫度為 t=20 ℃，操作壓強(qiáng)為 P= KPa 由《化工工藝設(shè)備》得丙酮 水兩相系統(tǒng)亨利系數(shù) E（ KPa)與溫度 t(℃ )的關(guān)系公式為： lg E = ?t （ 1） 已知 t=20 ℃ ,則由公式（ 1）可得 E= KPa m = PE = 所以，吸收操作相平衡關(guān)系為： y= 丙酮、空氣混合氣的平均摩爾質(zhì)量為 M =?iy iM （ 2） 已知 丙酮y =， 丙酮M = g/mol , 則 空氣y ==， 查得 20℃空氣的平均摩爾質(zhì)量 空氣M =29， 根據(jù)公式（ 2）可得， M = g/mol = 1 kg/kmol 將丙酮、空氣混合氣體近似看做理想氣體， 則可知 PV=nRT (3)， V=M /? 帶入公式（ 3）中，可得 ? = RTMP = ?? = kg/ 3m G=8000 3m /h= ? = kmol /s 由吸收、精餾過程可得以下方程： 吸收最小液氣比 min)(GL=21 21 xx yye?? (4) 吸收的液氣比 GL =min)(GL=2121 xx yy?? (5) 化工原理課程設(shè)計(jì) 11 吸收的相平衡的關(guān)系 y= (6) 精餾的總物料 F=D+W (7) 易揮發(fā)組分 F Fx =D Dx +W Wx (8) L=F, Fxx?1 , wxx?2 (9) 總的回收率 1GyDx D?? 起始丙酮的量最后丙酮的量? (10) 式中： L、 G—— 分別表示吸收過程水相、氣相的流量， kmol/s。 x x2—— 分別表示吸收過程水相進(jìn)、出口中易揮發(fā)組分的摩爾分率； y y2—— 分別表示吸收過程氣相進(jìn)、出口中易揮發(fā)組分的摩爾分率； F、 D、 W—— 分別表示精餾過程中原料液、餾出液和釜?dú)堃旱牧髁浚? kmol /s； xF、 xD、 xW—— 分別表示精餾過程中原料液、餾出液和釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分率。 已知 Dx =， G= kmol /s,? =，假設(shè) wx = 根據(jù)方程（ 4） （ 10），可求得 L=F= kmol /s,D= kmol /s,W= kmol /s, 2y = kmol /s, Fxx?1 =, wxx?2 = 根據(jù)物料衡算，結(jié)果整理如下表： F（ L） /kmol /s D /kmol /s W /kmol /s y2 X1(xF) x2(xW) 103 103 江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 12 換熱器的選擇 根據(jù)流程工藝的需要，共需提供三臺(tái)換熱器進(jìn)行操作，我們選了兩臺(tái)套管式換熱器和一臺(tái)列管式換熱器。其流程如上圖所示 ，精餾塔塔底流出液，對(duì)吸收塔塔底流出的丙酮 水溶液進(jìn)行第一次加熱。之后再經(jīng)過套管換熱器進(jìn)行冷卻，至 20 攝氏度，再通入吸收塔對(duì)空氣中的丙酮進(jìn)行吸收。被加熱的丙酮 水溶液再用低壓蒸汽加熱至泡點(diǎn)，送入精餾塔進(jìn)料版進(jìn)料。 下面逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算： 套管式 換熱器 2 套管式 換熱器 1 列管式 換熱器 精餾塔釜液 低壓蒸汽 冷卻水 精餾塔 吸收塔 吸收塔塔底流出液 化工原理課程設(shè)計(jì) 13 ① 套管式換熱器 1的計(jì)算 根據(jù)物料衡算，再通過計(jì)算可知，含丙酮 %、水 %的混合溶液，其泡點(diǎn)溫度為 98℃。 用 T=110℃低壓蒸汽對(duì)冷流體加熱，至泡點(diǎn)溫度 t2=98℃，采用內(nèi)管直徑為 Φ 58 ， 外管直徑為 Φ 78mm 的套管式換熱器逆流傳熱，蒸汽流量選用 qm， 1=， 查得 110℃飽和水蒸汽汽化焓為 Δ H=。 冷流體平均摩爾質(zhì)量： M 冷 =Σ xiMi= +（ ） 18= kg/kmol。 冷流體流量 qm， 2=L M 冷 = = kg/s 冷流體進(jìn)口溫度 t1， 出溫度 t2=98℃， Cp 水 = kJ/kg。 qm， 2Cp， 水 （ t2t1） = qm， 1Δ H t1=t2，水pm,21,mCq Hq ? =98 ?? =62 ℃ Q=qm， 1Δ H= = kJ/s Δ tm= )/()ln( )()(2121 tTtT tTtT ?? ??? = )98110/()62110ln( )98110()62110( ?? ??? = ℃ 冷流體定性溫度 t=（ t1+t2） /2=（ 62+98） /2=80 ℃ 冷流體在 80℃下的物性數(shù)據(jù)如下： 3// mkg? )/(/ kkgkJCp ? )/(/ KmW ?? sPa??? / Pr 355 則 d1= m。d2= m。d 外 = m u=214/2,dqm?? =2)(4??= m/s 江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 14 Re=??ud1=6