化工原理課程設(shè)計(jì)do -

化工原理課程設(shè)計(jì)題目乙醇-水溶液連續(xù)精餾塔設(shè)計(jì)學(xué)院名稱化學(xué)化工學(xué)院指導(dǎo)教師班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名2013目錄前言第一章流程確定和說明一.加料方式二.精料狀況三.塔頂冷凝方式四.回流方式五.加熱方式六.再沸器型式第二章精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算一操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.1.1.操作壓力2.1.2.氣液平衡關(guān)系及平衡數(shù)據(jù)2.1.2.相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算2.1.4.最小回流比及操作回流比的確定二精餾塔的工藝計(jì)算2.2.1.物料衡算2.2.2.熱量衡算2.2.3.理論塔板數(shù)的計(jì)算2.2.4.全塔效率的估算2.2.5.實(shí)際塔板數(shù)三．精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.1.塔和塔板設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和條件2.3.2.塔板工藝尺寸的計(jì)算2.3.3.篩板塔工藝尺寸計(jì)算與選取2.3.4.篩板的流力學(xué)驗(yàn)算四．塔板負(fù)荷性能圖2.4.1液相下限線2.4.2液相上限線2.4.3漏液線2.4.4液沫夾帶線第三章輔助設(shè)備及主要附件的選型設(shè)計(jì)3.1冷凝器的選擇3.1.1冷凝劑的選擇3.1.2冷凝器的熱負(fù)荷3.1.3冷卻介質(zhì)消耗量3.2再沸器的選擇3.3除沫器的選擇3.4塔頂蒸汽出口管3.5入口，裙座等附件設(shè)計(jì)3.6精餾塔實(shí)際高度計(jì)算與設(shè)計(jì)第四章設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)與評(píng)價(jià)一精餾塔主要工藝尺寸與主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表二設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)與評(píng)價(jià)附錄一不同設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)結(jié)果比較二參考文獻(xiàn)前言在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收、解吸、蒸餾、萃取等單元操作中，氣液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過精密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。塔設(shè)備一般分為級(jí)間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔，在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔與浮閥塔。而實(shí)驗(yàn)表明篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣體壓降小，板上液面落差也較小，生產(chǎn)能力及板效率均較泡罩塔高。泡罩塔板由于齒封開度是固定的，因此其對(duì)蒸汽負(fù)荷變動(dòng)的適應(yīng)性能不好。氣速小時(shí)，氣液接觸不好；氣速大時(shí)，又易使蒸汽吹開液體。多孔塔板雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理能力大，但操作彈性比較小。對(duì)于篩板塔來(lái)說，塔板上開有許多均布的篩孔，篩孔在塔板上作正三角形排列。塔板上設(shè)置溢流堰，使板上能維持一定厚度的液層。操作時(shí)，上升氣流通過篩孔分散成細(xì)小的流股，在板上液層鼓泡而出，氣、液間密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)。在正常的操作氣速下，通過篩孔上升的氣流，應(yīng)能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。所以，篩板塔的效率較高，操作彈性較大，能較好的適應(yīng)進(jìn)料量的變化。此外，篩板塔還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于篩板塔板的蒸汽是水平吸入液層的，因此氣液攪動(dòng)較好、霧沫夾帶小、接觸時(shí)間長(zhǎng)、傳質(zhì)效果好、其效率比泡罩塔板約高15%。本次課程設(shè)計(jì)就是針對(duì)甲醇-水體系而進(jìn)行的常壓二元篩板精餾塔的設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)備選型。由于此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，本人水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇請(qǐng)老師指出以便修正。流程確定和說明加料方式加料方式有兩種：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定的流量和流速，通過重力加料，可以節(jié)省一筆動(dòng)力費(fèi)用，但由于多了高位槽，建設(shè)費(fèi)用相應(yīng)增加；采用泵加料，受泵的影響，流量不太穩(wěn)定，流速也忽大忽小，從而影響了傳質(zhì)效率，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。如果采用自動(dòng)控制泵來(lái)控制泵的流量和流速，其控制原理較復(fù)雜，且設(shè)備操作費(fèi)用高。本設(shè)計(jì)采用高位槽進(jìn)料。二.進(jìn)料狀況進(jìn)料狀況共有五種：冷夜進(jìn)料，泡點(diǎn)進(jìn)料，氣液平衡進(jìn)料，露點(diǎn)進(jìn)料，過熱蒸汽進(jìn)料。但實(shí)際生產(chǎn)中常用冷夜進(jìn)料和泡點(diǎn)進(jìn)料。對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料來(lái)說，與冷液進(jìn)料比較，其塔板數(shù)要較多，費(fèi)用相對(duì)較多。而對(duì)于冷夜進(jìn)料，當(dāng)組成一定時(shí)，流量一定，對(duì)分離有利，省加熱費(fèi)用，而且塔板數(shù)也較少，易于控制。綜合考慮，設(shè)計(jì)上選用冷液進(jìn)料。塔頂冷凝方式塔頂冷凝采用全凝器，用水冷凝?；亓鞣绞交亓鞣绞娇煞譃橹亓亓骱蛷?qiáng)制回流。對(duì)于小塔型，回流冷凝器一般安裝在塔頂，其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較難。如果需要較高的塔處理量或塔板數(shù)較多時(shí)，回流冷凝器不適合于塔頂安裝，且塔頂冷凝器不易安裝、檢修和清理。在此情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本次設(shè)計(jì)為小型塔，故采用重力回流。四．加熱方式加熱方式分為直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱，直接蒸汽加熱時(shí)蒸汽直接由塔底進(jìn)入塔內(nèi)，由于重組分是水，故省略加熱裝置。但在一定的回流比條件下塔底蒸汽對(duì)回流液有稀釋作用，使理論塔板數(shù)增加，費(fèi)用增加。間接蒸汽加熱時(shí)通過加熱器使釜液部分汽化，維持原來(lái)的濃度，以減少理論板數(shù)，缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本次設(shè)計(jì)采用間接蒸汽加熱。六．再沸器型式選擇再沸器時(shí)，首先應(yīng)滿足工藝要求，即在相同的傳熱面積下要選擇體積小的，可以節(jié)省費(fèi)用。本次設(shè)計(jì)選用U型管式再沸器，因?yàn)榕c其它型式再沸器相比，它的塔和再沸器之間標(biāo)高差減小，允許氣化率高，操作彈性大，而且本身有蒸發(fā)空間。第二章精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算一操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.1.1.操作壓力精餾操作按操作壓力可分為常壓，加壓和減壓操作，精餾操作中壓力影響很大。當(dāng)壓力增大時(shí)，混合液的相對(duì)揮發(fā)度將減小，對(duì)分離不利。減壓時(shí)，相對(duì)揮發(fā)將增大，對(duì)分離有利。所以，我們選用表壓為4kpa的操作壓力。溫度10098.597.396.194.192.491.2液相組成0,000.040.100.140.200.250.30氣相組成0.0000.2730.4300.4820.5250.5510.575溫度89.187.986.284.682.581.279.8液相組成0.350.400.450.500.550.600.65氣相組成0.5950.6140.6350.6570.6780.6980.725由于精餾過程的計(jì)算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，需要先把設(shè)計(jì)要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。已知：=35%，=96%，=1%，=46kg/原料液的摩爾組成:===0.1740同理可求得：==0.904原料液的平均摩爾質(zhì)量：同理可求得：kg/由得：進(jìn)料：塔頂：塔釜：名稱原料液（F）流出液（D）釜?dú)堃海╓）a/%35961X(摩爾分?jǐn)?shù))0.17400.9040.00394平均摩爾質(zhì)量/(kg/)23.8044.618.11溫度t/94.3866.2799.88利用內(nèi)插法計(jì)算精餾段和提餾段對(duì)應(yīng)的氣、液相摩爾分率，得：精餾段：將代入y=得所以a=2.1.4.最小回流比及操作回流比的確定泡料，R=二精餾塔的工藝計(jì)算2.2.1物料衡算又總物料：F=D+W易揮發(fā)組分：F解得W=177.4D=32.68塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量進(jìn)料質(zhì)量流量2.2.2.理論塔板的計(jì)算R=2.79，q=1L=RD=2.7938.69=107.95V=(R+1)D=3.7938.69=146.64精餾段操作線方程提餾段操作線方程利用精餾段操作線方程及平衡方程計(jì)算，，當(dāng)時(shí)，改用提餾段操作線方程。直到時(shí)，停止計(jì)算。經(jīng)計(jì)算N=15塊。計(jì)算結(jié)果如下：最小回流比1.7實(shí)際回流比2.79塔頂采出量38.69塔底采出量177.4進(jìn)料位置8理論板數(shù)152.2.3.全塔效率的估算當(dāng)?shù)脁=0.629y=0.833據(jù)相平衡方程得a=2.72全塔效率2.2.4實(shí)際塔板數(shù)2.3.2.精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算空塔氣速計(jì)算經(jīng)查表得氣相摩爾流量為284.41，液相摩爾流量133.45.精餾段則取板間距，板上液層高度，那么分離空間，空塔氣速為。同理查表可求得提餾段板間距與精餾段的都一樣，，分離空間空塔氣速為3.3.3篩板塔工藝尺寸計(jì)算與選取塔板間距直接影響塔高。此外，塔間距HT與塔的生產(chǎn)能力、操作彈性及塔板效率有關(guān)。在一定得生產(chǎn)任務(wù)下，采用較大的板間距，能允許較高的空塔氣速，因而塔徑可以小些，但塔高要增加。反之，采用較小的板間距，只能允許較小的空塔氣速，塔徑就要增加，但塔高可以小些。對(duì)于板數(shù)較多的精餾塔，往往采用較小的板間距。適當(dāng)加大塔徑以降低塔高。本設(shè)計(jì)采用板間距為0.8m。有效塔板高度2.3.3.塔徑與實(shí)際空塔氣速精餾段提餾段因取上下塔徑相同，故按精餾段塔徑圓整后為實(shí)際空塔氣速提餾段精餾段溢流裝置工藝尺寸項(xiàng)目精餾段0.910.0420.1740.1110.02提餾段0.910.0330.1740.1110.06塔板布置采用分塊式，查表得塔板分6塊邊緣區(qū)寬度確定取，開孔面積2.3.4篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算一干板阻力計(jì)算由計(jì)算，查表得精餾段提餾段二液層阻力計(jì)算精餾段b=0.58提餾段b=0.59三液面落差對(duì)于篩板塔液面落差很小，且本設(shè)計(jì)塔徑和流量均不大，故可以忽略落差的影響。四液沫夾帶線由精餾段提餾段所以本設(shè)計(jì)符合要求。五漏液精餾段穩(wěn)定系數(shù)

同理提餾段穩(wěn)定系數(shù)所以無(wú)明顯漏液。2.4塔板負(fù)荷性能圖一液相下限線當(dāng)由公式計(jì)算的在符合性能圖做垂線得到液相下限線二液相上限線由此得與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線三漏液線()0.0040.0100.9440.945可得液漏線四也沫夾帶線0.0040.0103.1732.768得到液泛線第三章輔助設(shè)備及主要附件的選型設(shè)計(jì)3.1.1冷凝劑的選擇本設(shè)計(jì)建廠在衡陽(yáng)，衡陽(yáng)在夏季平均溫度，所以選用平均溫度下的冷卻水，冷卻出口溫度.3.1.2冷凝器的熱負(fù)荷其中------塔頂上升蒸汽的焓--------塔頂流出液的焓經(jīng)查表得出相關(guān)數(shù)據(jù)3.1.3冷卻介質(zhì)消耗量本設(shè)計(jì)采用逆流查表公稱直徑（mm）管數(shù)換熱面積管程數(shù)管長(zhǎng)（mm）公稱壓力80044410363050303.3除沫器的選擇當(dāng)空塔氣速較大，塔頂濺液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過程不允許出現(xiàn)出塔氣體夾帶霧低的情況下設(shè)置除沫器以保證傳質(zhì)效率，降低有價(jià)值物料的損失和改善分離塔壓縮機(jī)的操作。K=0.107-----氣體處理量-----操作氣速-------除沫直徑3.4塔頂蒸汽出口塔頂蒸汽出口管徑必須有一定適宜的尺寸，否則產(chǎn)生大壓降。本設(shè)計(jì)取。管徑3.5入口，裙座等附件設(shè)計(jì)（1）人孔是安裝或者檢修人員進(jìn)出塔器的唯一通道。人孔的設(shè)計(jì)應(yīng)便于人員進(jìn)出任意一層塔板，但由于設(shè)計(jì)人孔處的踏板間距要增大，且人孔設(shè)施過多會(huì)使制造塔體的彎曲度難以達(dá)到要求，所以一般板式塔每隔10-20層或5-10米塔段設(shè)置一個(gè)人孔，本設(shè)計(jì)共43塊板，人孔數(shù)為3，塔板間距至少比人孔大150mm，且不得小于600mm。塔頂和塔釜也應(yīng)各設(shè)置一個(gè)人孔。（2）裙座起到支撐塔體的作用，裙座的選擇還應(yīng)考慮到載荷，塔的操作條件及塔釜風(fēng)頭的材料等因素，對(duì)于在室外操作的塔，還應(yīng)考慮環(huán)境溫度、裙座的結(jié)構(gòu)性能等。本設(shè)計(jì)采用圓筒型裙座，高度為3.5m（3）吊柱的設(shè)置對(duì)于補(bǔ)充和更換填料安裝和拆卸內(nèi)件，是既經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)設(shè)置，一半在15m以上的塔都設(shè)置吊3.6精餾塔實(shí)際高度計(jì)算與設(shè)計(jì)塔高包括塔的有效高度、頂部空間和底部空間高度及塔裙高度。塔高度塔有效高度塔底部空間高度查表得出相關(guān)數(shù)據(jù)裙座高度3.5m第四章設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)與評(píng)價(jià)一精餾塔主要工藝尺寸與主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表主要參數(shù)名稱塔頂塔底進(jìn)料精餾段提餾段液相質(zhì)量流量0.070.0560.114.85.76摩爾率0.950.003940.2071平均分子質(zhì)量44.618.1123.8液相平均密度1.120.590.951.040.77溫度74.7799.8884.879.78592.33液體粘度0.350.330.350.340.32液體表面張力22.258.850.3736.354.6主要尺寸理論板層數(shù)15實(shí)際板層數(shù)30塔徑1.4塔高18.69二同組數(shù)據(jù)的比較通過與宿舍的同學(xué)的數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)在回流比增大其他值不變的情況下，塔高度逐漸增加，但在數(shù)據(jù)計(jì)算處理和選擇其他條件時(shí)，存在誤差或不足的地方，造成結(jié)果存在一定的偏差。三設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)與評(píng)價(jià)本次課程設(shè)計(jì)的要求為設(shè)計(jì)分離乙醇-水混合液（混合氣）的篩板精餾塔，通過本次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多東西。本次課程設(shè)計(jì)需要大量的化工原理計(jì)算，這是我們學(xué)習(xí)化工原理的一次實(shí)踐，不僅鞏固了我們的學(xué)習(xí)成果，也使我們了解了各種計(jì)算在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用與方法。通過具體的篩板精餾塔的設(shè)計(jì)，我熟悉了精餾塔的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)過程、生產(chǎn)流程，還了解了生產(chǎn)過程中附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)選擇。這不是一個(gè)單一設(shè)備的設(shè)計(jì)，而是一整套生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它使我們學(xué)會(huì)了怎樣從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，周全的考慮問題，從宏觀的角度統(tǒng)籌生產(chǎn)，從微觀的角度設(shè)計(jì)好每一個(gè)細(xì)節(jié)。在本次的課程設(shè)計(jì)中，我查閱了很多資料，了解了許多課堂上學(xué)不到的東西。通過對(duì)學(xué)術(shù)期刊的