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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p> ----乙醇-水的精餾塔設(shè)計(jì)</p><p><b> 目錄</b></p><p> $1 精餾塔任務(wù)書(shū) ………………………………………………………</p><p><b> 1.1 生產(chǎn)任務(wù)</b&
2、gt;</p><p><b> 1.2 操作條件</b></p><p><b> 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p> $2 精餾塔計(jì)算 …………………………………………………………</p><p> 2.1 乙醇-水的汽液平衡組成</p><p> 2.
3、2 全塔物料計(jì)算</p><p> $3 精餾段計(jì)算…………………………………………………………</p><p> 3.1 精餾段相關(guān)物性計(jì)算</p><p> 3.2 精餾段工藝尺寸計(jì)算</p><p> 3.3 精餾段塔板流體力學(xué)校核</p><p> 3.4 精餾段塔板負(fù)荷性能圖(可選)</p&g
4、t;<p> $4 提餾段計(jì)算…………………………………………………………</p><p> 3.1 提餾段相關(guān)物性計(jì)算</p><p> 3.2 提餾段工藝尺寸計(jì)算</p><p> 3.3 提餾段塔板流體力學(xué)校核</p><p> 3.4 提餾段塔板負(fù)荷性能圖(可選)</p><p> $
5、5塔高的確定(可選)…………………………………………………………</p><p> 5.1塔頂空間Ha的確定</p><p> 5.2 塔底空間Hb的確定</p><p> 5.3有效塔高Hp的確定</p><p> 5.4塔頂封頭HF的確定</p><p> 5.5裙座高度Hs的確定</p>
6、<p><b> 5.6人孔</b></p><p> $6精餾塔的附屬設(shè)備及選型(可選)…………………………………………</p><p> $7 塔的主要接管尺寸的選取(可選)……………………………………</p><p> $8 $8 輸送泵的選取(可選) ………………………………………………</p><
7、;p> $9 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表…………………………………………………</p><p> $10 設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)與總結(jié)…………………………………………</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> §1 板式精餾塔設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p><b> 1.1 生產(chǎn)任務(wù)<
8、/b></p><p> 將來(lái)自上游的粗餾塔得到的乙醇-水混合物進(jìn)行精餾。</p><p> 要求:塔頂產(chǎn)品為濃度95.0%(質(zhì)量分率)的醫(yī)用乙醇,塔底殘液中乙醇的濃度不大于0.03%(質(zhì)量分率)。</p><p> 生產(chǎn)能力:年產(chǎn)量為3000噸。</p><p> 設(shè)備形式:板式精餾塔 <
9、;/p><p><b> 1.2 操作條件</b></p><p> 1、進(jìn)料:溫度90℃的乙醇-水混合物的飽和蒸汽;</p><p> 2、常壓操作,P=1 atm(絕壓);</p><p> 3、塔頂采用全凝器,泡點(diǎn)回流;</p><p> 4、塔釜采用飽和水蒸氣加熱(加熱方式自選);&
10、lt;/p><p> 5、操作回流比R=(1.1—2.0)</p><p> 6、每年按300天計(jì),每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行</p><p><b> 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p> 1、完成該精餾塔工藝設(shè)計(jì),包括輔助設(shè)備及進(jìn)出口接管的計(jì)算和選型。</p><p> 2、畫(huà)出帶控制點(diǎn)
11、的工藝流程示意圖,t-x-y相平衡圖,塔板負(fù)荷性能圖,篩孔布置圖以及塔的工藝條件圖。</p><p> 3、寫(xiě)出該精餾塔的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),包括設(shè)計(jì)結(jié)果匯總和對(duì)自己設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)。 </p><p> $2 板式精餾塔的工藝計(jì)算</p><p> 說(shuō)明:以下所有數(shù)據(jù)中A代表乙醇,B代表水。</p><p> 2.1 乙醇和水的汽液平衡組成<
12、;/p><p> 1.查表,列出乙醇和水的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)畫(huà)出乙醇-水的t-x-y和x-y圖</p><p> 2.計(jì)算塔頂、塔底、進(jìn)料處相對(duì)揮發(fā)度</p><p><b> 塔頂:α頂=</b></p><p><b> 塔底:α底=</b></p><p>&
13、lt;b> 加料板:α加料板=</b></p><p> 3.計(jì)算乙醇-水的平均相對(duì)揮發(fā)度: </p><p> 乙醇-水的相對(duì)揮發(fā)度一般用幾何平均值或算術(shù)平均值表示</p><p> 2.2 全塔物料計(jì)算 </p><p> 1. 原料液中物料的計(jì)算</p><p> 設(shè) A組分-乙
14、醇; B組分-水</p><p> 乙醇的摩爾質(zhì)量:M乙=46.07 kg/kmol</p><p> 水的摩爾質(zhì)量: M水=18.02 kg/kmol</p><p><b> =</b></p><p><b> =</b></p><p> 入口的原料液x
15、F的液相組成就是90 oC的氣相組成。經(jīng)查表得,90 oC的飽和蒸汽進(jìn)料液的摩爾組成為:</p><p> 根據(jù)產(chǎn)量和所定工作時(shí)間,即年產(chǎn)3000噸95.0%乙醇,每天24小時(shí)連續(xù)正常工作,則</p><p> 原料處理量:D=kmol/h</p><p><b> F=</b></p><p><b>
16、 W=</b></p><p><b> 2.q方程的計(jì)算</b></p><p> 由乙醇-水的平衡數(shù)據(jù)用求得原料進(jìn)入塔時(shí)(90℃時(shí))的氣液相組成為:</p><p><b> = =</b></p><p> 由 F= L + V 和 F = L + V 得 L =(k
17、mol/h),</p><p> ∴q = L /F =</p><p> 則:q線方程為 y = = </p><p><b> 3.溫度的計(jì)算</b></p><p> 由t-x-y圖可知: 塔頂溫度t=℃,塔底溫度t=℃,</p><p> 定性溫度:△t=1/2(tD+tw)=8
18、7.15℃</p><p><b> 4.回流比的確定</b></p><p> 用內(nèi)差法求得進(jìn)料板的氣液相組成(90℃進(jìn)料)</p><p> 進(jìn)料板位于平衡線上,則:xq=X進(jìn)料板=</p><p><b> yq=Y進(jìn)料板=</b></p><p><b&
19、gt; ∴Rmin=</b></p><p><b> ∴操作回流比R=</b></p><p> 5.操作線方程的計(jì)算</p><p><b> 精餾段:</b></p><p><b> ∴精餾段操作線方程</b></p><p&g
20、t;<b> 提餾段:</b></p><p><b> ∴提餾段操作線方程</b></p><p><b> 相平衡方程為:</b></p><p><b> 6.板效率的計(jì)算</b></p><p> 7.實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算</p>
21、<p><b> $3 精餾段的計(jì)算</b></p><p> 3.1 精餾段相關(guān)物性計(jì)算</p><p> 3.1.1 操作壓強(qiáng)</p><p> P = 1atm=101.325KPa</p><p><b> 3.1.2 溫度</b></p><p&
22、gt; 由t-x-y圖可知: tD=78.30℃ tF=90℃ tW=96.00℃</p><p><b> t=</b></p><p> 3.1.3 定性組成</p><p> (1)塔頂 y= X= 查平衡曲線得到 x=</p><p> (2)進(jìn)料 y= x=<
23、/p><p> 3.1.4 平均分子量Xm </p><p><b> 查表可知:</b></p><p> (1)塔頂:=xDM乙醇+(1-xD)M水=()</p><p><b> =</b></p><p><b> (2)進(jìn)料: =</b>
24、</p><p><b> =</b></p><p><b> 平均分子量==</b></p><p><b> ==</b></p><p> 3.1.5 平均密度ρm </p><p> 由書(shū)可知:1/= a /+a/
25、 </p><p> 塔頂:在78.30℃下:=744.289() =972.870()</p><p> = 則=758.716()</p><p> 進(jìn)料:在進(jìn)料溫度90℃下:</p><p> =729.9() =965.3()</p><p><b> a
26、=</b></p><p> = 則=921.0() </p><p> 即精餾段的平均液相密度=(758.716+921.0)/2=839.858() </p><p> 平均氣相密度==1.180()</p><p> 3.1.6 液相平均粘度</p><p> 液相平均粘度依下式計(jì)算:
27、</p><p> ?。?) 塔頂: 查書(shū)中圖表求得在78.3℃下: </p><p> =0.504; =0.367; </p><p> lg=0.826lg(0.504)+0.174lg(0.367) </p><p> 則=0.477 ()</p><p> ?。?)進(jìn)料: 在90℃下:</p>
28、;<p> =0.428 ; =0.3165。</p><p> lg=0.0639lg(0.428)+(1-0.0639)lg(0.3165) </p><p> 則=0.3226 ()</p><p> =(+)/2=(0.477+0.3226)=0.3998</p><p> 3.1.7 液體表面張力 <
29、;/p><p> ?。?)塔頂: 查書(shū)求得在78.30℃下:</p><p><b> ()</b></p><p> ?。?)進(jìn)料: 在90℃下:</p><p><b> ()</b></p><p> 則 =(+)/2=(26.194+58.01)/2=42.102(
30、)</p><p> 3.1.8 氣液體積流速的計(jì)算</p><p> 由上述計(jì)算得到的= = 可知:</p><p><b> ==()</b></p><p><b> ==()</b></p><p> 3.2 精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算<
31、;/p><p> 3.2.1 塔徑D的計(jì)算</p><p> 3.2.2塔板詳細(xì)設(shè)計(jì)</p><p><b> 1.計(jì)算堰長(zhǎng)lW</b></p><p> 2.計(jì)算出口堰高h(yuǎn)W</p><p> 3. 計(jì)算弓形降液管寬度Wd與降液管面積Af</p><p> 4.
32、計(jì)算降液管底隙高度hO</p><p> 因物系較清潔,不會(huì)有臟物堵塞降液管底隙,取液體通過(guò)降液管底隙速度=0.07m/s. </p><p> 過(guò)小,取ho=0.04m</p><p> 5.塔板布置 </p><p> 取安定區(qū)寬度W=, 取邊緣區(qū)寬度W=</p><p>
33、6. 篩板數(shù)n與開(kāi)孔率 </p><p> 3.3 精餾段塔板流體力學(xué)校核</p><p> 3.3.1板壓降的校核 </p><p> 1.干板壓降hc的計(jì)算</p><p> 2.氣體穿過(guò)板上液層壓降hl的計(jì)算</p><p> 相應(yīng)的氣體動(dòng)能因子 </p><p>
34、; 查化工原理下圖10-46得:β=0.58</p><p><b> 液柱</b></p><p> 3.液體表面張力造成的壓降hσ的計(jì)算</p><p> 3.3.2 液層高度的校核 </p><p><b> 1.液面落差△h</b></p><p>
35、 對(duì)于篩板塔,液面落差很小,且本設(shè)計(jì)的塔徑和液流量均不大,故可忽略液面落差的影響。</p><p> 2.堰上液流高度how的計(jì)算</p><p> 3.3.3 液沫夾帶量的校核 </p><p> 3.3.4 溢流液泛條件的校核 </p><p> 3.3.5 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核 </p>
36、<p> 降液管內(nèi)的停留時(shí)間 (是否>5s,若大于,則不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的氣泡夾帶)</p><p> 3.3.6 操作彈性的校核 </p><p><b> 漏液點(diǎn)的孔速為:</b></p><p><b> =</b></p><p> =9.155(m/s)<
37、;/p><p><b> 篩孔氣速</b></p><p><b> = </b></p><p><b> 塔板穩(wěn)定系數(shù) </b></p><p> 表明具有足夠的操作彈性。</p><p> 根據(jù)以上各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算,可認(rèn)為設(shè)計(jì)的精餾段各工藝尺
38、寸合適。 </p><p> 3.4 精餾段塔板負(fù)荷性能圖(可選)</p><p> 3.4.1 液沫夾帶線</p><p> 3.4.2 溢流液泛線</p><p> 3.4.3 液相負(fù)荷上限線</p><p> 3.4.4 漏液線(氣相負(fù)荷下限線)</p><p> 3.4.
39、5 液相下限線</p><p><b> 3.4.6 操作線</b></p><p> $4 提餾段的計(jì)算</p><p> 4.1 提餾段物性計(jì)算</p><p> 4.1.1 操作壓強(qiáng) P = 101.325KPa</p><p> 4.1.2 溫度 t </p>
40、;<p> t=78.30C t=90C t=96.0C</p><p><b> t=C</b></p><p> 4.1.3 定性組成</p><p> (1)塔釜 = 查相平衡圖得到:=</p><p> (2)進(jìn)料 y= x=</p>&l
41、t;p> 4.1.4 平均分子量 </p><p><b> 查表可知:</b></p><p> (1)塔釜:=yW46.07+(1- yW)18.02=()</p><p><b> =</b></p><p><b> (2)進(jìn)料: =</b><
42、;/p><p><b> =</b></p><p><b> 平均分子量:</b></p><p><b> ==</b></p><p><b> ==</b></p><p> 4.1.5 平均密度 </p&g
43、t;<p> 由式:1/=a/+a/ </p><p><b> 塔釜:查書(shū)得 </b></p><p> = =</p><p><b> 則:=</b></p><p> 進(jìn)料:在進(jìn)料溫度90℃下:</p><
44、;p> = =</p><p><b> 則:=</b></p><p> 即提餾段的平均液相密度</p><p><b> = </b></p><p><b> 平均氣相密度</b></p><p><b>
45、 ==</b></p><p> 4.1.6 液體表面張力 </p><p><b> 1.塔釜: </b></p><p><b> 2.進(jìn)料: </b></p><p> 4.1.7 液體平均粘度</p><p><b> 1.塔釜:&
46、lt;/b></p><p><b> 2.進(jìn)料:</b></p><p> 4.1.8 氣液體積流速的計(jì)算</p><p> 由已知條件= = 得 </p><p><b> ==</b></p><p><b> ==</b>&
47、lt;/p><p> 4.2 提餾段塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算</p><p> 4.2.1塔徑D的計(jì)算</p><p> 4.2.2塔板詳細(xì)設(shè)計(jì)</p><p><b> 1.計(jì)算堰長(zhǎng)lW</b></p><p> 2.計(jì)算出口堰高h(yuǎn)W</p><p> 3. 計(jì)算
48、弓形降液管寬度Wd與降液管面積Af</p><p> 4. 計(jì)算降液管底隙高度hO</p><p> 5.塔板布置 </p><p> 6. 篩板數(shù)n與開(kāi)孔率 </p><p> 4.3 提餾段塔板流體力學(xué)校核</p><p> 4.3.1板壓降的校核 </p><p>
49、; 1.干板壓降hc的計(jì)算</p><p> 2.氣體穿過(guò)板上液層壓降hl的計(jì)算</p><p> 3.液體表面張力造成的壓降hσ的計(jì)算</p><p> 4.3.2 液沫夾帶量的校核 </p><p> 4.3.3 溢流液泛條件的校核 </p><p> 4.3.4 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校
50、核 </p><p> 降液管內(nèi)的停留時(shí)間 (是否>5s,若大于,則不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的氣泡夾帶)</p><p> 4.3.5 操作彈性的校核 </p><p> 表明具有足夠的操作彈性。</p><p> 根據(jù)以上各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算,可認(rèn)為設(shè)計(jì)的提餾段各工藝尺寸合適。 </p><p>
51、 4.4 提餾段塔板負(fù)荷性能圖(可選)</p><p> 4.4.1 液沫夾帶線</p><p> 4.4.2 溢流液泛線</p><p> 4.4.3 液相負(fù)荷上限線</p><p> 4.4.4 漏液線(氣相負(fù)荷下限線)</p><p> 4.4.5 液相下限線</p><p>&
52、lt;b> 4.4.6 操作線</b></p><p> $5塔高的確定(可選)</p><p> 塔高主要由下列部分組成:</p><p> 塔頂空間,塔底空間,有效塔高,加料板空間高度及群座高度</p><p><b> 即: =++++</b></p><p>
53、 5.1塔頂空間Ha的確定</p><p> 塔頂空間是指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)木嚯x。其距離取遠(yuǎn)高于板間距的值,本設(shè)計(jì)計(jì)算中板間距為0.45m,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取塔頂空間=1.2m,(塔頂封頭1米)。</p><p> 5.2 塔底空間Hb的確定</p><p> 塔底空間是指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值由塔底貯液取停留時(shí)間</p><p>
54、 和塔底液面到最下層塔板間距決定(一般要有1-2m)。</p><p> 5.3有效塔高Hp的確定</p><p> 5.4塔頂封頭HF的確定</p><p> HF=(1/4)D=0.25m</p><p> 5.5裙座高度Hs的確定</p><p> 為了制作方便,裙座為圓形,HS/D=3,</p
55、><p><b> HS=3×1=3M</b></p><p><b> 5.6人孔</b></p><p> 本精餾塔中設(shè)計(jì)了5個(gè)人孔,孔徑均為400mm.</p><p> ∴最后算得:=++++</p><p> $6精餾塔的附屬設(shè)備及選型(可選)<
56、;/p><p> 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(lái),且進(jìn)料時(shí)溫度為90℃,故不需預(yù)熱。)列管換熱器具有結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)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。</p><
57、;p><b> 6.1 釜底加熱器</b></p><p> 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。</p><p><b> 熱量衡算:</b></p><p><b> 6.2 塔頂冷凝器</b></p><p> 采
58、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(dòng),以提高傳熱系數(shù)和便于排出凝液。</p><p> 6.2.1 熱量衡算</p><p> 6.2.2 冷凝器選型</p><p> 6.3 餾出液冷卻器</p><p> 6.3.1 熱量衡算</p><p> 6.3.2 冷卻器選型</p>
59、;<p><b> 6.4 釜液冷卻器</b></p><p> 6.4.1 熱量衡算</p><p> 6.4.2 冷卻器選型</p><p> 換熱器規(guī)格匯總表(模板)</p><p> $7 塔的主要接管尺寸的選取(可選)</p><p><b> 7.
60、1塔頂蒸氣管路</b></p><p> 7.2塔頂冷凝水管路 </p><p> 7.3塔頂液相回流管路</p><p><b> 7.4進(jìn)料管路</b></p><p> 7.5塔釜?dú)堃毫鞒龉苈?</p><p> 7.6冷卻水出口管路</p>&
61、lt;p> 7.7塔頂餾出液管路</p><p> 接口管路匯總表(模板)</p><p> $8 輸送泵的選取(可選) </p><p> $9 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表</p><p> 全塔工藝設(shè)計(jì)結(jié)果總匯(模板)</p><p><b> 符號(hào)一覽表 </b></p>
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