廣西大學化工原理課程設計

1、轉眼之間，我們已經結束了大三的學習。在這三年的學習當中，我們系統(tǒng)的學習了化工原理，物理化學，無機化學，有機化學，分析化學，化工設備與機械基礎，機械制圖，化工熱力學等方面的知識，初步掌握了化學生產與化學設備之間的相互關系。在李志禮老師的指導下，我們開始了化工原理課程設計。實踐是檢驗真理的唯一標準，學習了那么多的理論知識以后，終于有機會在現(xiàn)實過程中運用自己學習到的知識。在這次設計過程中，我們得到了老師學長學姐們很多的幫助，在此對他們表示衷心的感謝，由于我們所知識的有限和能力的不足，在設計過程中難免會遇到設計不合理，考慮不周全的地方，希望老師給予理解與指導，我們會更加努力，爭取做得更好。設計者：目錄

2、第一章設計題目與要求1.1設計題目1.2任務要求與數(shù)據(jù)第二章篩板式精餾塔的工藝設計與計算2.1塔板數(shù)的確定2.2塔徑的確定第一章設計題目與要求1.1設計題目：乙醇一水溶液連續(xù)板式精餾塔設計1.2任務要求與數(shù)據(jù)：1、設計一連續(xù)精餾塔分離乙醇和水，具體工藝參數(shù)如下：(1) 原料乙醇含量：質量分率40%(2) 年產量:30000t(3) 摩爾分率:xd=0.82;xw=0.022、工藝操作條件：常壓精餾，塔頂全凝，泡點進料，泡點回流，R=(1.22)Rnin。3、設備形式篩板塔。4、設計工作日每年330天，每天24小時連續(xù)運行。第二章篩板式精餾塔的工藝設計與計算2.1塔板數(shù)的確定全塔物料衡算原料液中

3、：設乙醇(A)；水(B)查附表得：Ma=46.07Mb=18.02由已知條件可知：Xf=0.4Xd=0.82Xw=0.02年產量：30000t每年330天，每天24小時連續(xù)運行由F=D+WXf*F=Xd*D+xw*W得F=194.4（knol/h），W=102.6（kmol/h），表2-1不同溫度下乙醇一水的汽液平衡組成tC）10095.589.086.785.384.182.782.3由t-x(y)圖用內插法可知：塔頂溫度tD=78.3C,塔底溫度tw=95.3Cx0.000.0190.0720.0960.1230.1660.2330.2600168178y0.000.1700.3890.4

4、370.4700.5080.5440.5580154950t(C)81.580.779.879.779.378.7478.4178.15x0.3270.3960.5070.5190.573:0.676:0.747:0.89435982323y0.5820.6120.6560.6590.6840.738：0.7810.89462491553t平均溫度進料溫度:進料溫度:tf=80.7C相對揮發(fā)度的確定當t=95.5C時:=y(i-Xa2-y)x=0.17(10.019)-0.17)0.019=10.58當t=89.0C時:當t=86.7C時:當t=89.0C時:當t=86.7C時:當t=85.3

5、C時:當t=84.1C時:廠*XYbXa=y(1x)/=0.5058x(10.1661：/=520_/(1y)x/(10.5058)X0.1661當t=82.7C時:當t=82.3C時:當t=81.5C時:當t=80.7C時:-9y(1-x)/-0.6122漢(10.3965)/=240-/(1_y)x/(10.6122)X0.3965'當t=79.8C時:當t=79.7C時:當t=79.3C時：當t=78.74°C時:a當t=78.41C時:=1.210.7815(1-0.7472)/(10.7815)X0.7472平均相對揮發(fā)度-r'2.-'n=14=3.

6、29泡點進料，泡點回流q1人x04xD=0.82a=3.29-Yqa*xqq0.691(a1)XqxD-YqYqXq=0.46回流比系數(shù)我們取折中值1.6R=1.6Rmin=0.73=0.156根據(jù)理論板數(shù)的捷算法有(R-Rmin)(Rd)由吉利蘭關聯(lián)圖R+l1-30吉步蘭關聯(lián)圖得N-“斷=0.5n=10塊N+1操作方程的確定精餾段：V=(R+1)D=(0.73+1)92.34=159.25(kmol/h),L=RD=0.73X92.34=67.41(kmol/h),提餾段：v=V-(1-q)F=159.75kmol/h),L=L+qF=67.41+1x194.4=261.8(kmol/h),

7、則精餾段操作線方程：yn1x必J=0.422xn+0.474R+1R+1提餾段操作線方程：yn+1=LXn電=1.639Xn-0.0128VV全塔效率塔頂溫度tD=78.3C,塔底溫度tw=95.3C,進料溫度：tf=80.7C-=平均溫度2表3-1乙醇在不同溫度下的粘度表3-2水在不同溫度下的粘度8t/C20406080100g/mpa.s1.150.8140.6010.4950.361t/C20406080100g/mpa.s1.00500.65600.46880.35650.2838由表用內差法求86.8C下的粘度:isA=0.449mpas，陽=0.332mpas 則平均粘度卩L=XF

8、“+(1XF)gB=0.4*0.449+(1-0.4)*0.332=0.379mpasag=3.29*0.379=1.246求全塔效率Et由aL=1.246，由化學化工物性數(shù)據(jù)手冊164頁圖10-20查得求實際板數(shù)由Nt/口N-得N=21.5說2塊Et2.2精餾段物料衡算物料組成：塔頂溫度tD=78.3C,塔底溫度tw=95.3C,進料溫度：tf=80.7Ct=Z8y868C平均溫度查表2-1得塔頂yi=Xd=0.82a=3.29xn-x1=0.58：-1)yn進料xf=0.3965yf=0.6122平均分子量(1) 塔頂：MvDm=0.8246.07+(1-0.82)18.02=41.54(

9、g/mol)MLDm=0.5846.07+(1-058)18.02=34.29(g/mol)(2)進料：MVFm=0.612246.07+(1-0.6122)18.02=35.19(g/mol)MLFm=0.396546.07+(1-0.3965)18.02=29.14(g/mol)平均分子量VmMVDm'MVFm238.37(g/mol)_MLDM'MLFMLm=2_MLDM'MLFMLm=2=31.72(g/mol)平均密度6由書："LM=aA/LA+aB/，LB平均密度6由書："LM=aA/LA+aB/，LB塔頂：在78.3C下：la=744.

10、5(kg/m3)?lb=972.96(kg/m3)=0.82/744.5+0.18/972.96=0.82/744.5+0.18/972.96則lmd=777.36(kg/m3)進料:在進料溫度80.7C下：3:la=741.5(kg/m)進料:在進料溫度80.7C下：3:la=741.5(kg/m)3'lb=971.4(kg/m)0.3965*46.070.3965*46.07(1-0.3965)18.0210.627(1-0.627)=：'LMF10.627(1-0.627)=：'LMF則'lmf=813.01(kg/m3)即精餾段的平均液相密'lm

11、=(777.36+813.01)/2=795.18(kg/m3)即精餾段的平均液相密'lm=(777.36+813.01)/2=795.18(kg/m3)平均氣相密度平均氣相密度PMVM5=奇=101.325*38.378.314*(273.1586.8)=1.30(kg/m3)液體表面張力二m(1)塔頂：查圖表求得在78.3C下：(物化手冊)匚MD=0.82*17.90.18*62.89=26.00(mN/m)(mN/m)進料:在80.7C下：cMF=0.3965*17.86(1-0.3965)*62.47=44.78mN/m(mN/m)貝U6=(二md+二mf)/2=(26.00+

12、44.78)/2=35.39(mN/m)氣液負荷的計算由已知條件V=159.75kmol/hL=67.41kmol/h得、，VMvmS=36005=：159.75*38.37=1.31(m3/s)3600*1.30LMLMLs=3600Um=67.41*31.72=3600*795.18=0.00075(m3/s)塔徑D的計算兩相流動參數(shù)計算如下FlvLsVsO.O。075：795.18=0.01421.31,1.30參考化工原理下表10-1(p129)，我們取板間距HT=0.45mhL=0.06m參考化工原理下圖10-42篩板的泛點關聯(lián)得：Cf20=0.081Cf=Cf2035.390.2i

13、=0.081()=0.091>20丿2005ccc“，、0.5ecu/<20；=0.091*()=2.25m/s1.30本物系不易起泡，取泛點百分率為85%，可求出設計氣速un=0.852.25=1.91m/s)根據(jù)塔設備系列化規(guī)格，將D'圓整到D=1m作為初選塔徑，因此重新校核流速u實際泛點百分率為業(yè)二1668二74.3%Uf2.250塔板詳細設計3由于Ls=0.00075m/s，D=1m，所以2.7(m3/h)<45(m3/h).根據(jù)化工原理(下)表10-2選擇單溢流，弓形降液管，不設進口堰。因為弓形降液管具有較大容積，又能充分利用塔面積，且單溢流液體流徑長，塔板

14、效率高，結構簡單，廣泛用于直徑小于2.2米的塔中。(1)溢流裝置取堰長lw=0.7D=0.7X1=0.7m,選擇平流溢流堰出口堰高hw=hL-hoW,已取hL=0.06h0W=2.84X10°E(S)2/3lw由Lh打)2.5=0.00075X3600/0.72.5=6.59查化工原理下圖10-48得：E=1.020h0W=2.84X10”X1.020X(0.00092X3600/0.7)2/3=0.0082mhw二hLhOW=0.06-0.0082=0.0518m取hw=0.06是符合的。二hL=hw+how=0.06+0.0082=0.0682m修正后hL對Un影響不大，故塔徑計

15、算不用修正(2) 降液管寬度Wd與降液管面積Af由lw/D=0.7查化工原理下圖10-40得：Wd=0.140X1=0.140m降液管底隙高度hO為了保證降液管底端有良好的液封。hO要小于hW.同時為了防止因安裝偏差而使液流不暢LS造成液泛，hO一般不宜小于20-25mm。而ho=冷，取液體通過降液管底隙速度lwUoUo=0.07m/s.LS0.00075、丄,廿h00.015m過小,取ho=0.04mlw*uo0.70*0.70塔板布置取安定區(qū)寬度Ws=0.07m,取邊緣區(qū)寬度Wc=0.05m，從圖10-40求出Wd=0.140D=0.140m。(5)篩板數(shù)n與開孔率:按設計經驗取塞班孔徑d

16、。=5mm,因空心t與d。的比值過小會使氣流易相互干擾，過大則鼓泡不均勻，均會影響傳質效率。故選擇推薦值內的=3.0t=3.05=15mm呈正三角形排列do依下式計算塔板上的開孔率：-器器廠0.10"10.1%則每層塔板上的開孔面積A。為:0.048820.015二2486孔A。0.0488n=2（2兀匯0.00522.3篩板能校塔流體力學校核板壓降的校核氣體通過篩板壓降相當?shù)囊褐叨龋篽p=hc+hi+h(1)干板壓降相當?shù)囊褐叨热“搴瘛?=3mm,30=0.6,907°9072=0.101=10.1%do5.0(t/d0)2(15/5)2查化工原理下圖10-45得：C

17、o=0.74比乂二旦=26.84m/sA00.0488m/shc=0.051fUo<Co=0.051(2684)2(1.30)=0.1097m液柱(2)氣體穿過板上液層壓降相當?shù)囊褐叨萮l相應的氣體動能因子Fa=UaZ5=1.824*1.30°.5=2.080(ms-1kgm3)"2查化工原理下圖10-46得：B=0.58hl="hwh°w)二=0.580.0682=0.0396m液柱克服液體表面張力壓降相當?shù)囊褐叨萮a板壓降hp二九Fh；：=0.1097+0.0396+0.00363=0.1529m本設計系常壓操作，對板壓降本身無特殊要求。液

18、沫夾帶量的校核5.7*10“a5.7*10“aUa甘)3.25.7*10°35.39*103.2=0.0314Kg液/Kg氣0.0314Kg液/Kg氣v0.1Kg液/Kg氣同樣得到：液沫夾帶量不超過10%，故在設計負荷下不會發(fā)生過量液沫夾帶溢流液泛條件的校核溢流管中的當量清液高度可由式溢流管中的當量清液高度可由式'hf=0.153LSlwho計液體沿篩板流動時，阻力損失很小，其液面落差厶可忽略不計,即厶=0故降液管內的當量清液高度:已知：hL=0.0396m,.：-0，hf=2.5*0.0396=0.099m乙醇-水混合液不易起泡，取=0.6,則降液管內泡沫層高度:H伺且二譽

19、巾23亦0亦不會產生溢流液泛AfHdAfHd咤沁七.37s0.00075>5s液體在降液管內停留時間的校核降液管內的停留時間不會產生嚴重的氣泡夾帶。漏液點的校核漏液點的孔速為：=4.4C。（篩孔氣速uo=26.84m/s塔板穩(wěn)定系數(shù)k二26.84=3.2>1.52Uow8.38表明具有足夠的操作彈性。根據(jù)以上各項流體力學驗算，可認為設計的塔徑及各工藝尺寸合適。2.4塔板負荷性能圖注:以下計算常用how=2.8410E(-Lh)2/3得how(Ls),E冬經驗計算,lwlw取E=1.0則how=2'410"0(掙'J84汩=0.8462Ls2/3過量液沫夾帶

20、線依下式計算:5.7說CJUa3.2Ht_hf,(2-1)式中：Ua=乙=1.3喊2/32/3hf=2.5(hw+how)=Lss令ev=0.1kg液/kg氣，由=35.39x10N/m,Ht=0.45m代入式(2-1)得:5.710/1.392Vs、3.20.13(2/3)35.39匯s2/3整理得：Vs九718一11.3仏在操作范圍中，任取幾個Ls值，根據(jù)上式算出V值列于表2-3中:0.0020.0040.0060.0081.5381.4321.3441.264表23依表中數(shù)據(jù)在作出過量液沫夾帶線(參見圖2-1)1)溢流液泛線由式2皿-hwHt和Hhwhow亠亠1hfhf聯(lián)立求解。(1)hp=hchLh.-hc=0.051()Cohc=0.051()CoVs二)=0.051(sCoAo2A?L2/3)2(總)=°.063嘆2hl='(hw+how)s2/3s22/322/3故hp=0.0549Vs2+s+0.00409=0.0549Vs2+0.4908Ls+0.03409hd=0.153(土)2=0.153(Ls)2=195.2Ls2貝U:Iwh。22/320.6(0.450.0518)=0.0549Vs+0.4908Ls+0.03409+0.0518+0.8462Ls+195.22Ls整理得:整理得:Vs22/3s-3570.97L取若干Ls值依（2-1