食品工程原理課程設(shè)計(jì)乙醇 水精餾塔

1、食品工程原理課程設(shè)計(jì) 題目 乙醇-水精餾塔的設(shè)計(jì) 食品工程原理課程設(shè)計(jì)課程名稱 學(xué)號 學(xué)生姓名 食品科學(xué)與工程所在專業(yè) 所在班級 指導(dǎo)老師 目錄 任務(wù)書 . 3 一、方案確定流程說明 . 4 1、生產(chǎn)時日 . 4 2、 選擇塔型 . 4 3、 精餾方式 . 4 4、 操作壓力 . 4 5、加熱方式 . 4 6、 工藝流程 . 4 二、緒論 . 5 1塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用與地位 . 5 2塔設(shè)備的分類 . 5 3板式塔 . 5 三、塔的工藝計(jì)算 . 6 1、查閱文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性數(shù)據(jù) . 6 2、精餾塔的物料衡算 . 7 2.1求q值 . 7 2.2塔頂和塔釜溫度的確定 . 8 2.3回流比

2、和理論塔板的確定 . 8 2.4操作方程的確定 . 8 2.5板效率及實(shí)際塔板數(shù)的確定 . 8 3、精餾段物性衡算 . 9 3、1物料衡算 . 9 3、2氣液體積流率的計(jì)算 . 10 4、提餾段物性衡算 . 11 4、1物料衡算 . 11 4、2氣液體積流率的計(jì)算 . 13 四、塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算 . 13 塔徑D的計(jì)算 . 13 塔板詳細(xì)設(shè)計(jì) . 14 五、精餾塔的附屬設(shè)備及選型 . 15 1 輔助設(shè)備的選型 . 15 1.1 直接蒸汽加熱 . 15 1.2冷凝器 . 16 1.3餾出液冷卻器 . 16 1.4釜液冷卻器 . 17 2 塔的主要接管尺寸的選取 . 18 2.1塔頂蒸氣管

3、路 . 18 2.2塔頂冷凝水管路 . 18 2.3塔頂液相回流管路 . 18 2.4加料管路 . 19 2.5塔釜?dú)堃毫鞒龉?. 19 2.6冷卻水出口管路 . 19 2.7塔頂餾出液管路 . 19 3輸送泵的選取 . 20 六、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 . 21 七、設(shè)計(jì)評述 . 24 八、精餾塔設(shè)備圖與流程圖 . 25 九、主要符號說明與參考資料 . 26 1、符號一覽表 . 26 2、參考文獻(xiàn) . 27 任務(wù)書 乙醇水精餾搭的設(shè)計(jì) （一）設(shè)計(jì)任務(wù) 1、生產(chǎn)能力：日產(chǎn)（24h）40噸93%乙醇產(chǎn)品。 2、產(chǎn)品要求：塔釜排出的殘液中要求乙醇的濃度不大于0.03(質(zhì)量分率)。 3、設(shè)備型式：篩板塔 （

4、二）操作條件 1、精餾塔頂壓強(qiáng)：P1 atm（絕壓） 2、進(jìn)料熱狀況：原料來至上游的粗餾塔，為9596的飽和蒸氣 R 2.0)、回流比：操作回流比R=(1.13min4、加熱蒸汽：接蒸汽加熱 5、單板壓降：不大于0.7Kpa （三）設(shè)計(jì)內(nèi)容 、方案確定流程說明1 、塔的工藝計(jì)算23、塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì) 4、輔助設(shè)備選型 (四)設(shè)計(jì)成果 1、設(shè)計(jì)說明書一份 2、設(shè)計(jì)圖紙，包括流程圖，負(fù)荷性能圖，塔盤布置圖，浮閥塔工藝條件圖。 一、方案確定流程說明 1、生產(chǎn)時日 設(shè)計(jì)要求塔日產(chǎn)40噸93%乙醇，工廠實(shí)行三班制，每班工作8小時，每 天24小時連續(xù)正常工作。 2、 選擇塔型 精餾塔屬氣液傳質(zhì)設(shè)

5、備。氣液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。該塔設(shè)計(jì)生產(chǎn)時日要求較大，由板式塔與填料塔比較知：板式塔直徑放大時，塔板效率較穩(wěn)定,且持液量較大，液氣比適應(yīng)范圍大，因此本次精餾塔設(shè)備選擇板式塔。篩板塔是降液管塔板中結(jié)構(gòu)最簡單的，它與泡罩塔相比較具有下列優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大10-15%，板效率提高15%左右，而壓降可降低30%左右，另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡單，消耗金屬少，塔板的造價可減少40%左右，安裝容易，也便于清洗檢修。因此，本設(shè)計(jì)采用篩板塔比較合適。 3、 精餾方式 由設(shè)計(jì)要求知，本精餾塔為連續(xù)精餾方式。 4、 操作壓力 常壓操作可減少因加壓或減壓操作所增加的增、減壓設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益,

6、在條件允許下常采用常壓操作，因此本精餾設(shè)計(jì)選擇在常壓下操作。 5、加熱方式 在本物系中，水為難揮發(fā)液體，選用直接蒸汽加熱，可節(jié)省再沸器。 6、 工藝流程 原料槽中的原料液先由離心泵送到預(yù)熱器預(yù)熱，再進(jìn)精餾塔，精餾塔塔頂蒸汽經(jīng)全凝器冷凝，泡點(diǎn) 回流，塔頂產(chǎn)品輸送進(jìn)乙醇貯存罐，而再沸器則加熱釜液，塔釜產(chǎn)品流入釜液貯存罐二、緒論 1塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用與地位 塔設(shè)備是是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣液或液液兩相間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的?？稍谒O(shè)備中完成常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥以及兼有氣液兩

7、相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。 在化工、石油化工、煉油廠中，塔設(shè)備的性能對于整個裝置的產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)等各個方面都有重大影響。塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究受到化工煉油等行業(yè)的極大重視。 2塔設(shè)備的分類 塔設(shè)備經(jīng)過長期的發(fā)展，形成了形式繁多的結(jié)構(gòu)，以滿足各方面的特殊需要，為研究和比較的方便，人們從不同的角度對塔設(shè)備進(jìn)行分類，按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔；按單元操作分為精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔和干燥塔；按形成相際界面的方式分為具有固定相界面的塔和流動過程中形成相界面的塔，長期以來，人們最長用的分類按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔、填料塔兩大類。 3板式塔 板式塔是分級接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁

8、多，根據(jù)目前國內(nèi)外的現(xiàn)狀，主要的塔型是浮閥塔、篩板塔和泡罩塔。 泡罩塔是歷史悠久的板式塔，長期以來，在蒸餾、吸收等單元操作使用的設(shè)備中曾占有主要的地位，泡罩塔具有一下優(yōu)點(diǎn)： （1）.操作彈性大 （2）.無泄漏 （3）.液氣比范圍大 （4）.不易堵塞，能適應(yīng)多種介質(zhì) 泡罩塔的不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、安裝維修方便以及氣相壓力降較大。 篩板塔液是很早就出現(xiàn)的板式塔，20世紀(jì)50年代起對篩板塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，形成了較完善的設(shè)計(jì)方法，與泡罩塔相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)： ）4020生產(chǎn)能力大（提高.）1（2）.塔板效率高（提高1015） （3）.壓力降低（降低3050），而且結(jié)構(gòu)簡單，塔盤造價

9、減少40左右，安裝1。 維修都比較容易20世紀(jì)50年代起，浮閥塔板已大量的用于工業(yè)生產(chǎn)，以完成加壓、常壓、減壓下的蒸餾、脫吸等傳質(zhì)過程。 浮閥式之所以廣泛的應(yīng)用，是由于它具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）.處理能力大 （2）.操作彈性大 （3）.塔板效率高 （4）.壓力降小 其缺點(diǎn)是閥孔易磨損，閥片易脫落。 乙醇水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后，用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后，部分回流，其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。 精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)

10、行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。 乙醇水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔進(jìn)料板，在進(jìn)料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過程。 三、塔的工藝計(jì)算 1、查閱文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性數(shù)據(jù) （1）水和乙醇的物理性質(zhì) 表1：水和乙醇的物理性質(zhì) 名稱 分子式 相對分子密度 沸 點(diǎn) 比熱容 黏度 導(dǎo)熱系表面 數(shù) 張力 20101.33kP(20) (20 質(zhì)量(20) ) (20a Kg/(kg.?/(m. mPa.s ) ) ) N/m 0.599 1.005 4.183 100 998 18.

11、02 水72.8 46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8 乙醇 （2）常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)，見表2 表2 乙醇水系統(tǒng)txy數(shù)據(jù) 乙醇摩爾數(shù)/% 乙醇摩爾數(shù)/% t/沸點(diǎn)t/ 沸點(diǎn)氣相 液相液相 氣相 27.3 82 0.004 99.9 0.053 56.44 33.24 0.51 58.78 81.3 0.04 99.8 42.09 0.05 0.77 99.7 62.22 80.6 48.92 99.5 1.57 64.70 80.1 0.12 52.68 0.23 99.2 2.90 66.28 79.85 61.02 79.5 0.31 99.0

12、 3.725 70.2965.6479.20.394.5172.7198.7568.920.798.7678.9574.6997.6572.3678.7576.9395.81.6116.3475.9991.378.64.1629.9279.2679.8278.487.97.4139.1681.8383.8778.2785.284.9112.6447.4985.9778.217.4183.7551.6786.4089.4125.7555.7478.1582.389.41 乙醇相對分子質(zhì)量：46；水相對分子質(zhì)量：18 2、精餾塔的物料衡算 原料液中：設(shè) A組分乙醇; B組分水 乙醇的摩爾質(zhì)量：M=

13、46.07 kg/kmol 乙水的摩爾質(zhì)量： M=18.02 kg/kmol 水oC所得，因此，x 的液相組成就是90因?yàn)槿肟诘脑弦菏巧嫌螢?596的飽和蒸汽冷卻至F o oC的飽和蒸汽進(jìn)料液的摩爾組成為：95.595.5 C的氣相組成。經(jīng)查表得，x F = 0.17 根據(jù)產(chǎn)量和所定工作時間，即日產(chǎn)40噸93%乙醇，每天24小時連續(xù)正常工作，則 31040?D)hkmol?40.51(/=原料處理量： 24?(0.8265?46.07?0.17?18.02)2.1求q值 由表2乙醇-水的平衡數(shù)據(jù)用內(nèi)差法求得原料進(jìn)入塔時(90)的氣液相組成為：Xa =0.0639 Ya=0.3554 kmol

14、/hx），（得和 F由= L Xa + V Ya F = L + V L = 125.26 F0.6360 q = L /F = xqF= -1.747x+0.467 則：q線方程為 y = ?x q?1q?12.2塔頂和塔釜溫度的確定 由t-x-y數(shù)據(jù)可知: 塔頂溫度t=78.30，塔底溫度t= 96.00， wDt=1/2(t+t)=87.15 wD2.3回流比和理論塔板的確定 用內(nèi)差法求得進(jìn)料板的氣液相組成（90進(jìn)料） x?X?0.0639進(jìn)料板?q ,則：進(jìn)料板位于平衡線上355.?y?Y0進(jìn)料板q=1.5*1.618=2.427R=1.5*R min 操作方程的確定2.4 精餾段：h

15、/.?L?RD?2.427?4051?98.318kmol? 提餾段：h?/387650?223.kmol636318qF?98.?0.*196.L?L 提鎦段操作線方程： 相平衡方程為： 板效率及實(shí)際塔板數(shù)的確定2.5 ）求（1L0t? 下平均溫度 C)=87.15 ( mpas mpas =0.3281= 0.449 BA）=x則x（1B LFFA0.3281 0.17）1=0.170.449（mpas =0.3487 0.3487=0.8194 =2.35LE ）求板效率（2TEEE =70%. ,因此取有所提高，由書查得=0.8194由 =51%，偏低；實(shí)際工作TTLT ）求實(shí)際板數(shù)（

16、31?NT?N 由 得 ETN=21/0.70=30（塊） 精餾段實(shí)際板數(shù)： 精N=7/0.70=10（塊）提餾段實(shí)際板數(shù)： 提 塊 N=40全塔板數(shù)：3、精餾段物性衡算 3、1物料衡算 操作壓強(qiáng) P = 101.325 000C =96.00 t=78.30C tC t=90溫度 twmFDt?t78.30?900FDC = t1584.? m22定性組成 (1)塔頂 y= X= 0.826 查平衡曲線得到 x=0.810 11D(2)進(jìn)料 y=0.355 x=0.0639 ff平均分子量 M 查附表知: m(1)塔頂：=0.82646.07+(1-0.826)18.02=41.189（）

17、mol/gM?VDm=0.81046.07+(1-0.810)18.02=40.730（） mol/gM?LDm=0.35546.07+(1-0.355)18.02=27.978(2)進(jìn)料: （）molg/M?VFm=0.063946.07+(1-0.0639)18.02=19.810（） molg/M?LFmMM?978?27.41.189VFmVDm平均分子量（）=34.584molg/M Vm22MM?81019.40.730?LFMLDM=) =30.270(mol/gM Lm22? A為乙醇 B/為水】：1/=a/ +a平均密度 由書【6】和書【7mLBLMLABA33? m/kg/

18、mkg) 塔頂：在78.30下：=972.870(=744.289()LBLA13?mkg/) =758.716(/972.870 則=0.9241/744.289+（1-0.9241） LMD?LMD進(jìn)料:在進(jìn)料溫度90下： 33? m/kg/mkg) =965.3()=729.9(LBLA0.0639?46.07?0.149 = a A02.18?)0639.0?1(?07.46?0639.00.149(1?0.149)13?) =則=921.0(mkg/? LMF?729.9965.3LMF3?) 即精餾段的平均液相密度=(758.716+921.0)/2=839.858(mkg/LMP

19、M101.325?34.63VM?) =1.180(平均氣相密度m/kg VM8.314?(84.15?273.15)RT? 液體平均粘度LM?x：液相平均粘度依下式計(jì)算 lg?lgilmi(1)塔頂: 查書【6】和書【7】中圖表求得在78.3下：A是乙醇，B是水 ?=0.367; =0.504; smpas?mpa?DBDA?=0.826lg(0.504)+0.174lg(0.367) lg?LD?=0.477 (則) smpa?LD(2)進(jìn)料: 在90下： ?=0.3165。 =0.428 ; s?mpa?smpaFAFB?=0.0639lg(0.428)+(1-0.0639)lg(0.3

20、165) lg?lF?=0.3226 (則) smpa?lF?）/2=（0.477+0.3226=（）+=0.3998 lFlmLD? 液體表面張力m(1)塔頂: 查書【6】和書【7】求得在78.30下： ?0.826?18.447?0.174?62.974?26.194() m/mNMD(2)進(jìn)料: 在90下： ?0.0639?17.29?(1?0.0639)?60.79?58.01() mmN/MF?)/2=(26.194+58.01)/2=42.102(=() 則 +m/mNmMFMD3、2氣液體積流率的計(jì)算 由已知條件=138.828 =98.318 得 h/hkmolVkmol/L1

21、38.828?34.6VMvm3V/sm) =1.131 (= S?36003600?1.180VMLM101.3?30.273LML/ms) =(001.0? S?3600858.839?3600LM4、提餾段物性衡算 4、1物料衡算 操作壓強(qiáng) P = 101.325 000C C t=90C t=96.0溫度 t t=78.30DwmF90?tf96?tw93? 022?C t= m定性組成 xy=0.0014 =0.OOO0782塔斧 查相平衡圖得到：(1)WW(2)進(jìn)料 y=0.355 x=0.0639 ffM 查附表知: 平均分子量 mg/molM?）=0.0014（46.07+(1

22、-0.0014) 18.02=18.059(1)塔斧：VWmg/molM?）=0.0001（46.07+(1-0.0001) 18.02=18.02LWmg/molM?）46.07+(1-0.355)=0.355（進(jìn)(2)料: 18.02=27.99VFmg/molM?）平均分=0.0639子46.07+(1-0.0639)量18.02=19.81（LFmM?M18.05?27.99VFmVWm g/mol22M）=23.02（VmM?M18.02?19.81LFMLWM g/mol22M) =18.92(=Lm?3 +a=a/平均密度1/ 由式：/mLBLALMBA塔斧：查書【6】和書【7】

23、在96.0下：A乙醇 B水 33?m/kgkg/m) =722.38() =961.16(LBLA1 ?3mkg/) 則=961.135(=0.0000782/722.38+(1-0.0000782)/961.16 LMWLMW進(jìn)料:在進(jìn)料溫度90下： 33?mkgmkg/) =729.9() =965.3(LBLA0.0639?46.07 a =149.?0 A0.0639?46.07?(1?0.0639)?18.020.149(1?0.149)1=3?) =921.0( 則m/kg? LMF?729.9965.3LMF3?mkg/即提餾段的平均液相密度=(961.135+921.0)/2=

24、941.067() LMPM101.325*23.02VM?3 kg/m RT8.314*（93?273.15）=平均氣相密度=0.766() VM? 液體表面張力m塔釜: 查書【6】和書【7】得在96.0下： ?mN/mmmN =58.99=16.688 BmN/m) ）*58.99=58.930(mv=0.0014*16.688+（1-0.0014進(jìn)料: 查書【6】和書【7】得在90下： ?() 01.6079?58?(1?0.0639)?.?00639?17.29mmN/MF?)/2=(58.930+58.01)/2=58.47（=() +則 mmN/mMFMw? 液體平均粘度LM(3)

25、塔釜: 查書【6】和書【7】得在96.0下： ?=0.2977; =0.391; ssmpa?mpaWBWA?=0.0014lg(0.391)+0.9986lglg(0.2977) ?LW?=0.295(則) smpa?LW(4)進(jìn)料: 查書【6】和書【7】得在90下： ?=0.290。=0.388 ; smpa?s?mpaFAFB?=0.0639lg(0.388)+(1-0.0639)lg(0.290) lg?lF?=0.3226 () 則smpa?lF?)/2 = (0.295+0.3226)/2 =0.309(+) = (s?mpaLWLFLM 氣液體積流率的計(jì)算、24 Vh/hkmol

26、/kmolL =226.6得由已知條件 =70.11 MvmV0223.67.387*? ?3600 3Vssm/766.*03600) =0.562 ( =VM ML92.387*18223LM? ?3600 3sm/Ls067941.3600*) =0.00125(LM 四、塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算 D的計(jì)算塔徑?h0.06m ，取板間距H=0.45m 參考化工原理下表10-1TLh=0.45-0.06=0.39m H-TL 兩相流動參數(shù)計(jì)算如下 ?LsL?Fv Vs =LV0.001839.858F 21/1.1311801.?）=0.0236 （LV 參考化工原理下圖10-42篩板的泛

27、點(diǎn)關(guān)聯(lián)得：C=0.083 20f0.20.2?10242.?0C0.083.0963?C 20f2020? =f50.2.0?0.5?839.858?1.180?VLC?0.0963? 20f? ?20?1.180?m/s) =2.567(u=fV本物系不易起泡,取泛點(diǎn)百分率為80%，可求出設(shè)計(jì)氣速 ?um/s?) 2.567=2.053(= 0.8*u0.8fn?D圓整到D=1m 根據(jù)塔設(shè)備系列化規(guī)格，將作為初選塔徑，因此 u 重新校核流速u4411.n5610.? 567.2u 實(shí)際泛點(diǎn)百分率為f塔板詳細(xì)設(shè)計(jì) 選用單溢流，弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰。因?yàn)楣谓狄汗芫哂休^大容積，又能充分利用塔面

28、積，且單溢流液體流徑長，塔板效率高，4 米的塔中。結(jié)構(gòu)簡單，廣泛用于直徑小于2.2 溢流裝置(1)l 選擇平流溢流堰=0.7D=0.7取堰長1=0.7m, wh?h?hh=0.06 , 已取出口堰高OWwLLL3/2h)( hl3?10 E=2.84W0wL52.2.50.7h)l(=8.644 由=3.544/w查化工原理下圖10-48得：E=1.025 h?3101.025(3.544/0.7)2/3=0.00859m =2.84W0h?h?h=0.06-0.00859=0.0514m OWLwh?0.06取是符合的。 whL=hW+hOW=0.06+0.00859=0.0686m 修正后

29、hL對un影響不大,顧塔徑計(jì)算不用修正. (2) 降液管寬度Wd與降液管面積Af l/D=0.7查化工原理下圖10-40 由得: wW=0.1491=0.149m d(3) 降液管底隙高度hO ?u=0.07m/s. 取液體通過降液管底隙速度不會有臟物堵塞降液管底隙, 因物系較清潔oLs0.001?0.h?024m o?0.70?0.07l?u ho=0.04m 取,過小 ow(4)塔板布置 取安定區(qū)寬度W=0.08m, 取邊緣區(qū)寬度W=0.04m SCt?3.0 6?mmdd?n 初取， 呈正三角形排列(5)篩板數(shù) 與開孔率oo?t 依下式計(jì)算塔板上的開孔率=3.0*6=18MM Ao0.9

30、070.907?0.101 22AAa?)618/t（/d）(?為： =10.1% 則每層塔板上的開孔面積o0A0 2?4?0.0473d0孔1674? 2n0060.3.14*4 =五、精餾塔的附屬設(shè)備及選型 1 輔助設(shè)備的選型 本精餾塔選用直接蒸汽加熱，其附屬設(shè)備主要有蒸汽冷凝器、產(chǎn)品冷凝器、連接管、泵等（由于原料由上游而來，且進(jìn)料時溫度為90,故不需預(yù)熱。）列管換熱器具有結(jié)構(gòu)較簡單，加工制造比較容易，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，性能可靠，適應(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用與化工生產(chǎn)中，特別是列管式換熱器在現(xiàn)階段的化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，而且設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和資料較為完善，技術(shù)上比較成熟。因此,以下的冷凝器采用列管換熱器。

31、 1.1 直接蒸汽加熱 本設(shè)計(jì)中，水為難揮發(fā)組分，采用直接蒸汽加熱方式，以提高傳熱效果，并節(jié)省再沸器。 熱量衡算 在t=96.00時，查書【6】和書【7】：r=36.98KJ/mol Aw r=40.81KJ/mol Br =0.0000782*36.98+(1-0.0000782)* 40.81=40.810 KJ/mol m6 *.74481?21000?67.247*40.VQ?rm KJ/h上標(biāo)為106 設(shè)熱損為5%,則： 6 6 上標(biāo)為=2.744*10KJ/h *1.05=2.8812*106 ）實(shí)際 Q=Q（1+0.052.8812*10?6實(shí)際Q3 上標(biāo)為加熱蒸汽消耗量：mol

32、/h3 =70.60*10W= rm81.401.2冷凝器 采用列管式冷凝器，并使塔頂蒸汽在殼程冷凝，冷卻水在管程流動，以提高傳熱系數(shù)和便于排出凝液。 熱量衡算 已知: 在78.30時： h/V?149.7kmol 查書【6】和書【7】： r=38.78 KJ/mol r=41.61KJ/mol BARm=0.82638.78+（1-0.826）41.61=39.272 KJ/mol 則塔頂蒸汽效出的熱量,泡點(diǎn)回流6 10=138.828100039.272=5.4521)h(VrkJ/Q?0否則會使溶于水中的無機(jī)鹽析出,50破壞效果。 冷卻水出口溫度不宜超過C-1 K時，KJ/Kg在3017

33、4c?4.p水00 ，則水的冷卻用量為：為設(shè)冷卻水進(jìn)口溫度為2040，出口溫度CCtt216Q*45215.10=3624.3 =)/h(kmolW t)t?C(4.174?18.02（40?20）12P設(shè)傳熱方式為逆流傳熱 420 =1000查書取選型 Cm?hkcal/K?t?t(78.30?20)?(78.30?40)021C.62?47t? = m 78.30?20?t1lnln 78.30?40?t26Q*45215.102 =27.345m換熱器面積： A= t?K1000?47.62?4.187m5可選G500-25-35查書型列管式換熱器,主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下: 2?碳鋼管 DN=

34、500mm，管長L=3000，管程數(shù)4,A=35m公稱直徑52.25?1.3餾出液冷卻器 熱量衡算 -118.024.175?0.1735?c?0.8265?2.99?46.07)?c?xc(1?x K =126.88KJ/KmolB,pp,APFF5 10t=40.51126.88(78.5-25)=2.750Q=mct=Dc)hkJ/(?pp204Ch/m?kcal 選型 查書取=700K?t?t(78.3?40)?(25?20)021C356?16.t? = m78.3?40?t1lnln 25?20?t2設(shè)熱損為5%,則： 5105 KJ/h ?.613?0.95?1?0.05)?2.

35、750102Q?Q(實(shí)510?2.613Q2 A=5.451m換熱器面積： tK?356.187?16700?4.m5: 主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下-25-4型列管式換熱器,可選G273查書2? DN=273mm，碳鋼管，管長L=1500，管程數(shù)1,A=6m公稱直徑5.25?21.4釜液冷卻器 設(shè)將餾出液冷卻到25, 25?96.00-1 -1175.?.994c?c2 KKJ/KgKKJ/Kg求得平均溫度=60.5 下:t?C B,PP,Am2- K+(1-XC)C=0.0000782*2.99*46.07+(1-0.0000782)*4.175*18.02=75.238 KJ/KmolC=XP,BP

36、,AWPW5 (96.0-25)=8.34110Q=mct=Wct=156.14075.238)/h(kJ?pp204 =1000查書選型 取C?hkcal/mK?t?t(96.0?40)?(25?20)021C109?21.t? = m96.0?40?t1lnln 25?20?t25105 KJ/h 5%,則：設(shè)熱損為?9247.95?8.341?10.?00Q?Q(1?.05)實(shí)510?9247.Q52,-25-10.89m A=型列管式換熱器查書可選G159換熱器面積：? t?K109.187?211000?4.m: 主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下2? DN=159mm，L=1500，管長，管程數(shù)1,

37、公稱直徑A=1m52.25? 換熱器規(guī)格匯總表 管規(guī)格管程數(shù) 公稱直徑換熱器 管數(shù)換熱面積管長 (mm) (m) 2 （m）原料預(yù)熱器1500 10 4 400 86 -16-10 G400152 500 3000 35 4 冷凝器 G500-25-3538 餾出液冷卻器1 4 1500 273 -25-4 G27313 釜液冷卻器159 1500 1 1 -25-1 G159 塔的主要接管尺寸的選取2 熱扎無縫鋼管接管尺寸由管內(nèi)蒸氣、液體速度及體積流量決定。本塔的接管均采用YB231-645 。 2.1塔頂蒸氣管路, 近似取精餾段體積流率為塔頂蒸汽體積流率VS131Vs4?14.)）?240

38、(mm?0.2410（m=則塔頂蒸汽直徑= d253.14?3.14*u? 選取 選管: mm260d?56.273?i131.Vs1=21.313(m/s) =u? 實(shí)22260di.0?0.785*7850. 塔頂冷凝水管路2.2 30下：20 設(shè)冷凝水進(jìn)口溫度為 ,出口溫度為40。則在平均溫度0218.WM3704.9*3m Lw =s?0.0221/ 858*839.36003600L40221?0.4w)(mm8m?)?167.?0.d?1678( 冷凝水管直徑i?114?3.u?mm?158d 選管: 選取mm*1685i0221.0Lw(m/s) u=128?1. 實(shí)221580

39、.di*78500.785. 塔頂液相回流管路2.33s001m/L?0. , 已知回流液體流率為則S4L4?0.001S?0.0357(?m)?35.7(?dmm) 回流管直徑i?3.14?u1?d?40mm 選管: 選取 mm5.45*2iL0.001S?0.796(m/s)? =u ?實(shí)2040.0?785.02di 42.4加料管路 =196.650 , 查書【6】和書【7】得在30下： hkmol/Faa0.1710.833BA? 得：mKg/?952.381 m?785.84995.7BmA? : 選取選管mm?45d657?iV0.00131 F)/s.?824(m?0=u ?實(shí)

40、20450.785?02d i42.5塔釜?dú)堃毫鞒龉?已知釜液體積流率 ， s/.1401kmolL?W?156 查書【6】和書【7】得在96.00下： 3? 得：m54Kg/?961.m _ 0.000813?L44S)mm?32.2(d?0.0322(m)? 釜液出口管直徑，i?1?u3.14: 選管?mmd?35 選取 545?i_L0.000813S?0.845(m?/s) =u ?實(shí)20.0350.785?2d i42.6冷卻水出口管路 3?Cp?4.174KJ/Kg?Km?995/.7Kg ，）/2=30下：20+40在（水水Q?W?C?t得：由 水p選管: ?d?33mm 選取

41、538?2.iW0.00067s?0.784(?m/s) =u ?實(shí)20330?.7850.2d i42.7塔頂餾出液管路 : 選管? 選取mm?27d532?2.iL0.00041DS u=)s0.716(m?/? ?實(shí)20.785?0.0272d i4接口管路匯總表 Di 尺寸或型號項(xiàng)目(mm) （熱扎無縫鋼管）260 塔頂蒸汽管 158 塔頂冷凝水管路 27 塔頂餾出液管37回流45加料釜液排出35冷卻水出口33 3輸送泵的選取 泵的分類 泵按作用與液體的原理一般分為葉片式和容積式, 本設(shè)計(jì)使用的離心泵在化工廠是很常見的，其性能普遍適用于一般的液體輸送。因此本設(shè)計(jì)選用離心泵輸送各液體。

42、選泵原則 根據(jù)介質(zhì)物性,已經(jīng)確定的流量,揚(yáng)程,再從化工原理下冊附表中選擇泵的具體型號，察看性能參數(shù)（包括流量、揚(yáng)程或壓差、效率、允許吸上高度或允許其容度）。 (1)釜液泵的選型 3?/h?0.813L?/961.542.926m/sL?WM/?156.140?18.02 釜液流量為： LMWLWmw從流程圖看不出所需揚(yáng)程，設(shè)輸送對揚(yáng)程的要求不高8.5m. 查表選取冷卻泵 ,如下表所示： 型號 轉(zhuǎn)速 流量 揚(yáng)程 效率 功率/kW (%) () minr/軸 電機(jī) 功率 功率 8.5 35% 0.25 3.71450 IS50-32-160 1.04 0.55 5 餾出液冷卻水泵的選型(2) 3/

43、s?0.67L0W?.0067m/s 餾出液冷卻水流量為： 從流程圖看不出所需揚(yáng)程，設(shè)輸送對揚(yáng)程的要求不高8.5m. 查表選取冷卻泵 ,如下表所示： /kW 功率 效率 揚(yáng)程 流量 轉(zhuǎn)速 型號 () 軸 電機(jī) (%) minr/ 功率功率0.55 35% 0.25 3.78.5 1.04 1450 IS50-32-160 5 六、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 全塔工藝設(shè)計(jì)結(jié)果總匯 設(shè)計(jì)內(nèi)容及符號 單位 精餾段 22 塊理論塔板數(shù)N30 實(shí)際理論塔板N51%理論板效70%實(shí)際取塔板效98.328液體流L138.828V氣體流0.001液體流s 1.131氣體流C84.15定性溫101.325P定性壓KPa0.

44、45板間1塔D2.053空塔氣單溢塔板溢流形-弓溢流管形0.7堰0.0514堰0.149降液管寬0.0691降液管面f0.04 邊緣區(qū)寬度W c安定區(qū)寬度W 0.08 s鼓泡區(qū)面積A 0.473 a篩孔數(shù)n 個 1674 孔徑d0 6.0 孔間距t 18 ? 塔板開孔率% 10.1 總開孔面積A 0 0.0473 u 篩孔氣速o 23.911 0.118 板壓降 m液柱0.024 降液管低隙高度h0 堰上液層高度h ow8.59 ? 降液管停留時間16.60 0.2403 降液管內(nèi)清液層高度H d降液管內(nèi)泡沫層高度0.400 Hfd0.0748 h板上充氣液層阻力 c0.0369 Kg液/Kg

45、霧沫夾帶e 氣v霧沫夾帶控制 - 負(fù)荷上限 漏液控制 負(fù)荷下限 - 1.70 氣相最大負(fù)荷 0.39 氣相最小負(fù)荷 2.612 穩(wěn)定系數(shù)k - 4.36 操作彈性- 設(shè)計(jì)內(nèi)容及符號提餾段 單位8 N理論塔板數(shù) 塊 T10 塊N 實(shí)際塔板數(shù) 液體流量 L 223.387 氣體流量 V67.247 51 % E理論板效率T 實(shí)際取塔板效率ET% 70 0.00125 液體流量LS 0.562 氣體流量VS 0C 定性溫度tmP 定性壓力KPa 93.00 101.325 板間距H 0.3 TD 塔徑 1 0.746 u 空塔氣速n塔板溢流形式 單溢流 - 溢流管形式 弓型 - L堰長 w 0.7

46、h 堰高w 0.0499 0.149 W降液管寬度 d A降液管面積 f 0.0691 W邊緣區(qū)寬度 c 0.04 W安定區(qū)寬度 s 0.08 A鼓泡區(qū)面積 a 0.468 篩孔數(shù)個 n 1351 5.0 孔徑d0 20 孔間距t ? 塔板開孔率% 總開孔面積A 0 篩孔氣速uo 板壓降m液柱 降液管低隙高度h0 堰上液層高度h ow? 降液管停留時間 降液管內(nèi)清液層高度H d降液管內(nèi)泡沫層高度 Hfd h板上充氣液層阻力 c霧沫夾帶e v 液/Kg氣Kg負(fù)荷上限 - 負(fù)荷下限 - 氣相最大負(fù)荷 氣相最小負(fù)荷 k 穩(wěn)定系數(shù)- 操作彈性 - 5.670.026521.2080.08250.025510.119.400.2110.3510.03410.0196霧沫夾帶控漏液控0.880.272.0353.26 七、設(shè)計(jì)評述 本次課程設(shè)計(jì)難度大，主要是計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量