丙醇水體系課程設(shè)計

丙醇水體系課程設(shè)計 《化工原理》課程設(shè)計設(shè)計題目常壓甲醇—水篩板精餾塔設(shè)計 學(xué)生姓名化工1005班級、學(xué)號化工指導(dǎo)教師姓名居沈貴黃莉 百分制權(quán)重設(shè)計最終成績(五級化學(xué)化工學(xué)院 化工原理課程設(shè)計 塔的設(shè)計 設(shè)計條件:FFTDWmin=。一.化工原理課程設(shè)計的目的與要求設(shè)計的能力。。培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)。二.化工原理課程設(shè)計的基本內(nèi)容物料衡算、能量衡算、工藝參數(shù)的選定、3.附屬設(shè)備的設(shè)計或選型：主要附屬設(shè)備的主要工藝尺寸的計算和設(shè)備型號規(guī)4.工藝流程圖：以單線圖的形式描繪，標(biāo)出主體設(shè)備與附屬設(shè)備的物料流向、5.主要設(shè)備裝配圖：圖面應(yīng)包括設(shè)備的工藝尺寸主要零部件的結(jié)構(gòu)尺寸、技術(shù)6.設(shè)計說明書：包括目錄、設(shè)計任務(wù)書、流程圖、設(shè)計方案的說明與論證、設(shè)計計算與說明、對設(shè)計中有關(guān)問題的分析討論、設(shè)計結(jié)果匯總(主要設(shè)備尺寸各物料量和狀態(tài)能耗主要操作參數(shù)以及附屬設(shè)備的規(guī)格型號等)和參考文1.準(zhǔn)備工作：認(rèn)真閱讀設(shè)計任務(wù)書，明確所要完成的設(shè)計任務(wù)。結(jié)合設(shè)計任務(wù)進(jìn)行生產(chǎn)實際的調(diào)研，收集現(xiàn)場資料，或查閱技術(shù)資料，以便了解與設(shè)計任務(wù)有關(guān)的典型裝置的工藝流程主體設(shè)備結(jié)構(gòu)附屬設(shè)備及測量控制儀表的裝配。第一節(jié)概述精餾操作對設(shè)備的要求所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本⑴氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨特的優(yōu)點，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體體系介紹組分的蒸汽壓均比理想溶液計算的值偏高，必然泡點比理想溶液的低，在t-x-xy板式塔類型氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔為逐級接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，其主要原件為升氣管及泡罩。泡罩安兩種，國內(nèi)應(yīng)用較多的是圓形泡罩。泡罩尺寸分為080mm、罩篩板的主要優(yōu)點是操作彈性較大，液汽范圍大，不易堵塞，適于處理降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。近年來，泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所1.3.2篩板塔類。工業(yè)應(yīng)用中以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場合(如分離大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率高。其缺點是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦，黏度大的物料。和控制水平的不斷提高，可使篩板的操作非常精確，彌補了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計和采用先進(jìn)控制手段的前提下，設(shè)計中可大膽選浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它吸收了兩種塔板的優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)特點是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可以上下浮動的閥片。氣流從浮閥周邊水平的進(jìn)入塔板上液層，浮閥可根據(jù)氣流流量浮閥塔板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、造價低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大；由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大；因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時間較長，故塔板效率較高。其缺點是處理易結(jié)焦、高黏度的物料時，閥片易于塔板粘結(jié)；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，應(yīng)予指出以上介紹的僅是幾種較為典型的浮閥形式。由于浮閥具有生產(chǎn)能力發(fā)遠(yuǎn)較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向。近年來研夠完善，給設(shè)計帶來一定的困難，但隨著新型浮閥性能測定數(shù)據(jù)的不斷發(fā)表及設(shè)計要求體系進(jìn)料濃度Z=(摩爾分?jǐn)?shù))Fa全塔效率E=52%TDWmin分離要求：X=；X=；回流比R/DWmin精餾塔的設(shè)計步驟a)根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計方案；b)根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，選擇塔板類型；c)確定塔徑、塔高等工藝尺寸d)進(jìn)行塔板的設(shè)計，包括溢流裝置的設(shè)計塔板的布置升氣道(泡罩篩孔或浮閥等)的設(shè)計及排列；e)進(jìn)行流體力學(xué)驗算；f)繪制塔板的負(fù)荷性能圖；g)根據(jù)負(fù)荷性能圖，對設(shè)計進(jìn)行分析，若設(shè)計不夠理想，可對某些參數(shù)進(jìn)一直到滿意為止。第二節(jié)設(shè)計方案的確定操作條件的確定2.1.1操作壓力塔的操作壓力的選擇實際上是塔頂和塔底溫度的選取問題。在塔頂產(chǎn)品的組成確定以后，塔頂?shù)臏囟群蛪毫χ荒苓x定一項。2.1.2進(jìn)料狀態(tài)釜的傳熱面積大，設(shè)備體積大，此外，因提餾段氣液流量大，提餾段塔徑提餾段塔徑增大，亦有不利之處。泡點進(jìn)料時，塔的操作易于控制，不受2.1.3加熱方式精餾塔的設(shè)計中多在塔底加一個再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于甲醇-水體系中，甲醇是輕組分由塔頂冷凝器冷2.1.4冷卻劑與出口溫度左右，否則溶解于水中的無機鹽將會析出，在傳熱壁面上形成污垢而影響2.1.5回流比(R)的選擇實際操作的R必須大于R，但并無上限限制。選定操作R時應(yīng)考minRRR精餾過程的熱效率很低，進(jìn)入再沸器的能量的95%以上被塔頂冷凝器中冷高，提高了溫度的蒸氣再用于加熱釜液，使釜液蒸發(fā)的同時，塔頂蒸氣冷凝。該方法不僅可節(jié)省大量的加熱蒸汽，而且還節(jié)省了大量的冷卻介質(zhì)。當(dāng)然，塔頂蒸氣可用作低溫系統(tǒng)的熱源，或通入廢熱鍋爐產(chǎn)生低壓蒸汽，供別處使用。確定設(shè)計方案的原則總的原則是盡可能多地采用先進(jìn)的技術(shù)，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理原則，具體考慮以下幾點。⑴滿足工藝和操作的要求所設(shè)計出來的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設(shè)計的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進(jìn)行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。設(shè)置必需的儀表并安裝適宜部位，以便能通過這些儀表來觀測和控制生產(chǎn)過程。回流比。冷卻水的節(jié)省也對操作費用和設(shè)備費用有影響，減少冷卻水用量，操作費用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費用增加。因此，設(shè)計時應(yīng)全面⑶保證生產(chǎn)安全生產(chǎn)中應(yīng)防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車間的電器均應(yīng)為防爆產(chǎn)品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設(shè)備應(yīng)第三節(jié)板式精餾塔的工藝計算1．理論塔板數(shù)的計算與實際板數(shù)的確定理論板數(shù)計算質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)XFDFKmol/h，進(jìn)料組成X=0.15，進(jìn)料q=1FDW(F=D+W)(240=D+W(D=36..09Kmol/hFee1.1.3R和R的確定minXY99-0.518.4精餾段操作線方程的確定nRnnV＝(R＋1)D＝hLLqF=hV’＝V－(1－q)F＝V＝hLWX203.910.001126Y=XW=X=2.85248X0.002086Vmm出發(fā),交替使用相平衡方程和操作線方程,逐板計算各理論板的氣、液相組成,直到達(dá)到規(guī)定的分離要求為止。每利用一次相平衡關(guān)系就算做一塊理論塔板，利用相平衡關(guān)系的總次數(shù)就是所需的總理論板Columns1through11Columns12through15b=Columns1through11Columns12through15的點 011222 23444 45566 788 9100 111112 1314 1415的點 11 3 55 7 9 11111212 13131414 DFW5)梯級在相平衡線上的頂點數(shù)即為所需要的理論板數(shù)。若塔頂采用分凝器，于一塊理論板需要看再沸器的型式，一般情況下可以看做一塊理論板予以W實際板層數(shù)的確定(以逐板計算法為依據(jù))N=9//0.52=18塊精N=5.9256/0.52一1=11塊(不包括再沸器)提N=N+N=29塊P精提2．精餾塔操作條件計算操作壓強的選擇應(yīng)該根據(jù)處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性原則。對熱敏物料，一般采用減壓操作，可使相對揮發(fā)度增大，利于分離，但壓力減小，導(dǎo)致塔徑增加，要使用抽空設(shè)備。對于物性無特殊要求的采用常壓操作。DFWmm操作溫度的計算FFDt)/2=74.6℃mm塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計算2.3.1密度及流量甲醇分子量為：32.04kg/kmol(M)a水的分子量為：18.01kg/kmol(M)baaab液相平均分子量：laaabvaaab液相密度：p=Ml=822.41kg/m3LMxMxaa+bbppab氣相密度：p=pMvm=1.1kg/m3(氣相視為理想氣體)SRT液相流量：L=LML=73.98524.11=6.02510一4m3/ss3600p3600822.41L氣相流量：V=VMV=110.074528.50=0.7922m3/sS3600p36001.1Vyaaab量：laaabM'=yM+(1一y)M=21.97kg/kmolvaaab液相密度：p'=M'l=934.328kg/m3LMxMx vRTvRT液相流量：L'=L'M'L=313.98518.78=1.753110一3m3/sS3600p'3600934.328LS3600p'36000.889V表面張力DabDab1aaabFab2aaabWab23aaab2.3.3液體平均粘度計算miilg=XmiiDm1iim1m1iim1進(jìn)料板液體粘度:m2iim2m2iim2塔釜液體粘度:m3iim3m3iim3精餾段平均液相粘度==0.328mPa.s精2提餾段平均液相粘度==0.303mPa.s提2設(shè)H=0.6mh'=0.055mTL SSLSDDSSlD0.66mWT2查圖可知A/A=0.0722fTA=0.0722A=0.05668m2fTA/A=7.22%fTV2u=S==1.088m/V2ATfTfS設(shè)H=0.45m,h'L=0.06mTHThL0.39u'=u=1.9m/sS取l=0.66D=0.661.0=0.66mW查圖可知A/A=0.0722fTfTfTAfA'T=7.2%Tf4.塔有效高度精餾段有效高度ZNH.2m精P1T提P2T提P2T所以應(yīng)多加高()(12/7)=0.514m5.整體塔高(1)塔頂空間HDTLA,0.785TH=1+=1.5360mw(3)整體塔高H=Z+H+H=15.7+1.5360+1.56=18.8mWD6.塔板主要工藝參數(shù)確定TV=m3/sSSL=m3/sSLTSLSL溢流裝置單溢流又稱直徑流。液體自受液盤橫向流過塔板至溢流堰。此種溢流方式高，塔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，在直徑小于2.2m的WWw求h S==6.1(l)2.5(0.66)2.5WOWSW可忽略h應(yīng)大于6mm，不宜大于70mm。OW可忽略求hLWh=h+h=0.05+0.0065=0.0565mLWOW求h S.8(l)2.5(0.66)2.5WOWSW求hLWLWOwWdd1dWT2查圖可知A/A=0.0722fTfTAfTTfTfSb=(l+D)/2=(0.66+1.0)/2=0.83mWdd內(nèi)外堰間距離Z=D2W=0.752m1d取l=0.66D=0.661.0=0.66mW查圖可知A/A=0.0722fTfTfTA'f/A'T=7.2%TfgA'A'0.785TfV12(HV12(Hh')0降液管底隙高度是指降液管下端與塔板間的距離，以h表示O降液管底隙高度h應(yīng)低于出口堰高h(yuǎn)，才能保證降液管底端有良好的液WOW封，一般不應(yīng)低于6mm。即h=hWOWh也可按下式計算：Oh=LS式中u'-液體通過底隙時的流速，m/s。Olu'oWo根據(jù)經(jīng)驗，一般取u'=(，)m/s。o取h=12mmO取u'=0.1m/s，得h=26mmoO塔板布置及篩孔數(shù)目與排列SCmSC6.2.3開孔區(qū)面積A計算篩孔計算及其排列aOO得A=m2ad0.004d0.004對單溢流型塔板，開孔區(qū)面積A可用下式計算，即aa180rmSCdSCA=m2a氣體通過閥孔的氣速為a取d=4mm,t/d=3OOa180r查表10-33弓形寬度與面積取W=0.07m,W=0.05m。SCdSCdd0.004氣體通過閥孔的氣速為a7.篩板的力學(xué)檢驗塔板壓降c6OCCCpOLh=0.0512(O)2(S)=0.0512()2()CCp0.84822.4OL取6=3mm，O=1.33，由圖12-58得C=0.846Oupupσ張力壓頭hpd=436.34=0.0045m液柱面張力壓頭OOSh=h+h=0.05+0.0065=0.0565LWOW由圖12-59得液層的有效阻力h=0.046m液柱l則h=h+h+h=0.0236+0.046+0.0045=0.0741m液柱PClPPLF=up=150.889=14OOSh=h+h=0.05+0.0133=0.0633LWOW由圖12-59得液層的有效阻力h=0.05m液柱l則h=h+h+h=0.01533+0.05+0.00621=0.07154m液柱PClPPL液面落差液沫夾帶e=(0.0057)(ug)3.2=(0.0057)(1.088)3.2=TfVK=O=K=K=O=K=O=e=(0.0057)(ug)3.2=(0.0057)(1.0395)3.2=0.00584kg/kg汽TLV漏液LLpS即按漏液氣速考慮的負(fù)荷下限為設(shè)計負(fù)荷值。K值應(yīng)大于1，宜在及之間，塔的操作可有較大彈性。LLpS即按漏液氣速考慮的負(fù)荷下限為設(shè)計負(fù)荷值6%。K值應(yīng)大于1，宜在及之間，塔的操作可有較大彈性。泛降液管內(nèi)液面高度H=h+h+hdLdPdlh0.660.012WOH=h+h+h=++=0.131486m液柱dLdPdWTT式中dW dWTfA0.05668fH0.6T=T==60s>5sf降液管內(nèi)液面高度H=h+h+hdLdPdlh0.026WOH=h+h+h=++=0.136437m液柱dLdPdWT下限氣速uom下限氣速uomT式中dW dWTL’fHufL’fHuf0.45漏液線LGLSVomAOhLWOWLS=4.4根0.84根0.050961000(0.66)液沫夾帶線VSS由e=(0.0057)(ug)3.2VH-hTfu=VS=VS=1.373Vm/sgA-A0.785-0.05668STfOWSWSSWfLWOWShLTfSSS5AAHT=fTLSu=V'S=V'S=1.373V'm/sgAA0.05668STfOWSWSSh=0.05mWh=2.5h=2.5(h+h)=+L'2/3fLWOWSe=()(g)3.2=()(S)3.2VHh56.910.450.1252.288L2/3TfSSS液相負(fù)荷下限線對于平流堰，取堰上液層高度h=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，由式owh=0.00284E(L/l)2/3計算OWSW整理得精餾段L=0.000816l提餾段L=0.000804lsWSW液相負(fù)荷上限線L=0.056680.45=0.0051m3/液泛線H=0(H+h)dTWdLdPpclσlLLwowaVbcL-dL2/3SSS其中〈TwCOOLSH.6mTWWmOSSSAmC=0.84OOLSTWWOSSS操作彈性由圖V=2.43m3/s，V=0.72m3/sS,MAXS,min故精餾段操作彈性為V/V=n故提餾段操作彈性為V/V=n9.輔助設(shè)備及零件設(shè)計塔頂冷凝器(固定管板式換熱器)管程，采用逆流形式①．甲醇-水冷凝蒸汽的數(shù)據(jù)D40.3℃下，水在平均溫度16℃下)(kg/m3)水1b．冷卻水的流量：G=Q=1085.72=32.41kg/sPm將此面積作為公稱面積，在化工原理附錄中選擇換熱器，并列出所選擇的換熱(MPa)341管程通道面積/m2(一)管程i4n44pG32.41管內(nèi)水的流速u=2==4.8m/s水iiρA998.95水i(二)殼程on=1.1n=1.186=10.2取n=11ccOcoOco殼內(nèi)甲醇-水流速u=G1=0.975865=41.5m/sooρA1.20.0196o當(dāng)量直徑d=4(3/2t2π/4d2)o=0.018meπd0i12tpSF—結(jié)垢校正系數(shù)，無因次。0252.5mm的換熱管取tN=1N=1F=1.4PSt設(shè)管壁粗糙度ε為0.1mm，則ε/d=,Re=8.66104iii022i12tSpi12tSpo2tSo2tS12212e000管子排列為正三角形排列，取F=BB2So管程對流給熱系數(shù)ai入idi殼程對流給熱系數(shù)a計計mRe=1992i0以管外面積為基準(zhǔn)則K=1=(m2.℃)計ddbd1 0+Rs0+0+Rs+adid入d0aiiim0計算傳熱面積A=Q=17.2m2需K編t所選換熱器實際面積為0熱器合適sms熱s冷原料預(yù)熱器壓強為的飽和水蒸汽加熱，溫度為130℃，冷凝溫度至130℃流體形式，采用逆流加熱查表Cp=kJ/(kgK)Cp=kJ/(kgK)甲醇水摩爾分?jǐn)?shù)x=F根據(jù)上式可知：Cpc=×+×=(kgK)G36003600pcm管道設(shè)計與選擇LLdd=計9.4.2塔頂蒸汽出口管取蒸汽流速為30m/s,d=4110.074532=0.186m計301.23600設(shè)產(chǎn)品流速為1.5m/s,d=436.0932=0.019m計1.575136009.4.4進(jìn)料管9.4.5塔釜出料管w取適宜的輸送速度ww計塔釜回流管wwdd=計9.4.7塔釜產(chǎn)品出料管wwd=40.00102=0.04m計0.8幾9.4.8冷凝水管ρ=999.4kg/m3,μ=1.2363103Pa.S,C=4.129KJ/(Kg.K)p深井水的質(zhì)量流率G=32.41kg/s，取流速為2m/s2計999.42幾32.泵9.5.1進(jìn)料泵121212R