乙醇-水精餾課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、緒論.................................................................... 3 </p><p>　　2、設(shè)計概況簡介......................................................

2、.......3 </p><p>　　3、設(shè)計條件.................................................................4</p><p>　　3.1題目..................................................................4</p><

3、p>　　3.2設(shè)計數(shù)據(jù)..............................................................4 </p><p>　　3.3操作條件................................................................4</p><p>　　4、工藝要求計算...........

4、..................................................5 </p><p>　　4．1物料衡算及有關(guān)物性參數(shù)...............................................5 </p><p>　　4.2塔板數(shù)的計算........................................

5、..................6</p><p>　　4.3塔的主要尺寸的設(shè)計計算................................................7</p><p>　　5、設(shè)計結(jié)果及評價..........................................................9 </p><p&

6、gt;　　5.1主要設(shè)計結(jié)果匯總表....................................................9</p><p>　　5.2結(jié)果評價..............................................................9</p><p><b>　　附錄</b></p>&

7、lt;p><b>　　參考資料</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計是化工專業(yè)學(xué)生必修的一門課程。化工原理課程設(shè)計是化工原理學(xué)習(xí)的一個重要環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用本門課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識，完成以單元操作為主的一次設(shè)計實踐。通過課程設(shè)計使學(xué)生掌握化工設(shè)計的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料、選用公

8、式和數(shù)據(jù)、用簡潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計結(jié)果、制圖以及計算機(jī)輔助計算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，在設(shè)計過程中還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和實事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。通過化工原理課程設(shè)計的訓(xùn)練，我們應(yīng)該建立工程的思想，在解決實際問題的時候把問題做近似合理的簡化，從而使問題得到解決。</p><p><b>　　設(shè)計概況簡介</b></p><p>　　在做課程設(shè)計的過程

9、中，應(yīng)當(dāng)充分查找相關(guān)資料，其中基本物性數(shù)據(jù)的查找相當(dāng)關(guān)鍵。在選取經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式的時候，應(yīng)該注意選取的關(guān)聯(lián)式的適用范圍。同時，在處理大量數(shù)據(jù)時，必須能夠熟練的使用計算機(jī)。比如用計算的方法求取理論板數(shù)時，當(dāng)計算量很大時，可以根據(jù)已經(jīng)總結(jié)的相平衡經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式編寫程序求解。當(dāng)需要將方程聯(lián)系求解時，通過計算機(jī)求解將相當(dāng)方便（特別是當(dāng)方程為隱式方程時，計算機(jī)就能體現(xiàn)其優(yōu)勢）。本課程設(shè)計在手工計算的基礎(chǔ)上加入了化工軟件的模擬，模擬結(jié)果顯示能達(dá)到分離的要求，

10、也證實了之前的計算是合理的。 </p><p>　　通過化工原理課程設(shè)計，也發(fā)現(xiàn)自己還欠缺很多方面的知識。比如CAD，ASPEN PLUS等軟件不能熟練的應(yīng)用。同時word排版方面的知識也很欠缺。</p><p><b>　　設(shè)計條件</b></p><p><b>　　3.1題目</b></p&

11、gt;<p>　　乙醇—水物系連續(xù)精餾塔的設(shè)計</p><p><b>　　3.2設(shè)計數(shù)據(jù)</b></p><p>　　生產(chǎn)能力：17500噸/年  生產(chǎn)時間：7200小時 </p><p>　　料液質(zhì)量百分?jǐn)?shù)30% </p><p>　　分離要求：產(chǎn)品質(zhì)量百分?jǐn)?shù)92.5%

12、           </p><p>　　殘液質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.1%</p><p><b>　　3.3操作條件</b></p><p>　　操作壓力 常 壓 進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點進(jìn)料 單板壓降：

13、 ≤0.7 kPa 塔頂全凝，泡點回流。塔頂壓強(qiáng)4kpa（表壓）塔底間接加熱，加熱蒸氣壓力為200kPaR =（1.1~2）Rmin一年工作300天，每天24h連續(xù)運(yùn)行</p><p>　　3.4操作條件及設(shè)備選擇</p><p><b>　　(1)進(jìn)料狀態(tài)</b></p><p>　　本設(shè)計選取將料液預(yù)熱至泡點，以飽和液

14、體狀態(tài)進(jìn)料。此時，精餾段和提餾段汽相流率相近，塔徑便可相同，便于設(shè)計和制造，操作上也比較容易控制。</p><p>　　(2)、加熱劑和加熱方式</p><p>　　料液預(yù)熱和精餾釜加熱，通常選用水蒸汽作為加熱劑是由于其潛熱大，溫度便于調(diào)節(jié)，價格低廉。而本次設(shè)計里釜底殘夜也為水，故采取水蒸汽作為加熱劑。精餾物料乙醇溶于水，且水為難揮發(fā)組分，故采用直接加熱方式。</p><

15、;p>　　(3)、板式塔類型的選擇</p><p>　　通過塔板的幾種性能分析，選取篩版塔進(jìn)行設(shè)計</p><p><b>　　4、工藝要求計算</b></p><p>　　4．1物料衡算及有關(guān)物性參數(shù)</p><p>　　一、料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含乙醇摩爾分率</p><p>　　XF=(

16、0.3/M乙)/(0.3/M乙+0.7/M水）=（0.3/46)/(0.3/46+0.7/18)=0.144</p><p>　　XD=(0.925/M乙)/(0.925/M乙+0.075/M水)= (0.925/46)/(0.925/46+0.075/18) =0.828</p><p>　　Xw=（0.001/M乙/(0.001/M乙+0.999/M水）-（0.001/46)/(0.0

17、01/46+0.999/18) =0.0004</p><p><b>　　1.平均分子量</b></p><p>　　MF=XF*M乙+(1-XF)*M水=0.144*46+（1-0.144）*18=22.032 g/mol</p><p>　　MD=XD*M乙+（1-XD)*M水=0.828*46+（1-0.828）*18=41.184g

18、/mol</p><p>　　MW=XW*M乙+（1-XW)*M水=0.0004*46+（1-0.0004）*18=18.011 g/mol</p><p><b>　　2.物料衡算</b></p><p>　　選取F’= 2431kg/h=2.43*10^6 g/h</p><p><b>　　D’+W’=F

19、’</b></p><p>　　0.925D’+0.001W’=0.3F’</p><p>　　得D’=1.64*10^6 g/h W’=0.79*10^6 g/h</p><p>　　得D=D’/MD= 3.98*10^4mol/h=11.07mol/s</p><p>　　W=W’/MW= 4.39*10^4mol/h

20、=12.19mol/s</p><p>　　F=F’/MF=8.39*10^4mol/h=30.64mol/s</p><p><b>　　3.主要悟性參數(shù)</b></p><p>　　常壓下純乙醇在飽和溫度78攝氏度時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下</p><p>　　氣相密度 ρv=1.597kg/m^3 </p>&

21、lt;p>　　液相密度 ρl=742kg/m^3</p><p>　　液體表面張力 υ=17.6mn/m</p><p>　　M乙醇= 46kg/kmol</p><p>　　M水=18kg/kmol</p><p><b>　　4.2塔板數(shù)的計算</b></p><p><b>

22、　　確定最小回流比</b></p><p>　　回流比是精餾操作中一個重要參數(shù)，增大回流比既加大精餾段的液汽比，也加大了提餾段的氣液比。有利于精餾過程的傳質(zhì)，但增大回流比的同時能耗也增大，因此選擇一個適當(dāng)回流比很重要。</p><p><b>　　本設(shè)計選定 R=3</b></p><p>　　操作線方程和q線方程</p>

23、;<p>　　精餾段操作線方程yn+1=(R/R+1)*Xn+XD/R+1=0.75Xn+0.207</p><p>　　提餾段操作線方程 （選取飽和液體進(jìn)料，故q=1)</p><p>　　RD+qF F-D</p><p>　　Yn+1 =———————-Xn- ——————————Xw</p><

24、p>　　(R+1)D-（1-q)F （R+1）D-（1-q）F</p><p>　　Yn+1=1.44Xn-1.77*10^（-4）</p><p>　　q線方程 X=XF=0.144</p><p>　　V和V’分別為精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流率</p><p>　　L和L’分別為精餾段和提餾段下降液體的摩爾流率

25、</p><p>　　可得出 V=（R+1）D=4*11.07=44.28kmol/h=2.04*10^3kg/h=565.8g/s</p><p>　　= 0.358m^3/s</p><p>　　L=RD=3*11.07=33.21kmol/h=597.78kg/h=166.05g/s=0.0002m^3/s</p><p>　　V’=V

26、+(q-1)F=V=44.28kmol/h</p><p>　　L’=L+qF=33.21+30.64kmol/h=63.85 kmol/h</p><p><b>　　塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　在下頁x—y圖中在平衡線與操作線之間做塔板可得出理論版數(shù)N=13</p><p>　　規(guī)定本設(shè)計中總版效率ET

27、=0.6</p><p>　　則可得出實際塔板數(shù)Np=N/ET=13/0.6=21</p><p>　　即此設(shè)計中的精餾塔板數(shù)為 21 塊</p><p>　　4.3塔的主要尺寸的設(shè)計計算</p><p><b>　　1.塔高</b></p><p>　　初選塔板間距HT=0.4m</p&g

28、t;<p>　　塔高 H=Np*HT=21*0.4=8.4m</p><p><b>　　2.塔徑</b></p><p>　　因為初選HT=0.4m 查參考資料知C20=0.077</p><p>　　氣體負(fù)荷因子C=C20（υ/20）^0.2=0.077*(17.6/20)^0.2=0.075</p><p

29、>　　液泛氣速Uf=1.615m/s</p><p>　　操作氣速U=0.7Uf=0.7*1.615=1.13m/s</p><p>　　所需的氣體流道截面積 A=Vs/U=0.682/1.13=0.604 m^2</p><p>　　選取單流型、弓形降液管塔板</p><p>　　取Ad/AT=0.07 A/AT=1-Ad/AT

30、=0.93</p><p>　　塔板截面積 AT=A/0.93=0.604/0.93=0.65m^2</p><p>　　塔徑 D=（4AT/π）^0.5=0.91 m 圓整取1m</p><p>　　取整后塔板截面積AT=（π/4)D^2=0.785 m^2</p><p>　　降液管截面積Ad=0.07AT=0.055m^2<

31、/p><p>　　氣體流道截面積A=0.93AT=0.73m^2</p><p>　　實際操作氣速U=Vs/A=0.682/0.73=0.94m/s</p><p>　　實際泛點率U/Uf=1.13/1.615=0.699</p><p><b>　　3.塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　?。?

32、）溢流堰的型式和高度選擇</p><p>　　本設(shè)計Ad/AT=0.07 得LW/D=0.65</p><p>　　LW=0.65*D=0.65m</p><p>　　堰上方液頭高度how=2.84*0.001E(Lh/Lw)^2/3=0.0115m</p><p>　　取上清液層高度h=0.06m</p><p>

33、　　Hw=h-how=0.0485m 取0.05m</p><p>　?。?）安定區(qū)和邊緣區(qū)寬度的選擇</p><p>　　入口和出口安定區(qū) bs=0.06m</p><p>　　邊緣區(qū)bc=0.05m</p><p>　　將液管寬度 bd=0.125D=0.125m</p><p><b>　?。?）孔徑

34、</b></p><p>　　do=4mm 塔板厚度2mm</p><p>　　中心距t=3do=12mm</p><p><b>　　5、設(shè)計結(jié)果及評價</b></p><p>　　5.1主要設(shè)計結(jié)果匯總表</p><p><b>　　5.2結(jié)果評價</b>&l

35、t;/p><p>　　本次設(shè)計用于水-乙醇連續(xù)精餾塔的精餾操作。設(shè)計選用板式精餾塔中的篩板塔。每小時可處理含乙醇40%的料液1997kg。用塔頂為乙醇含量為93.5的產(chǎn)品。塔底殘液中乙醇含量小于0.1%。</p><p>　　設(shè)計采用的精餾塔在完成生產(chǎn)任務(wù)的同時可有效避免液泛、氣沫夾帶等問題。操作彈性為2.66.能夠達(dá)到設(shè)計要求。</p><p>　　本次設(shè)計的精餾塔是

36、合適的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]柴誠敬，王軍，張纓.化工原理課程設(shè)計[M]，天津科學(xué)技術(shù)出版社，2006</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在此設(shè)計過程中，劉俏老師給予了大量的幫助，在設(shè)計完成之際向老師表示深深的謝意。&