建筑工程设计食品工程原理课程设计

《建筑工程设计食品工程原理课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑工程设计食品工程原理课程设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、(建筑工程设计)食品工程 原理课程设计 (建筑工程设计)食品工程 原理课程设计 （建筑工程设计） 食品工程 原理课程设计 （建筑工程设计） 食品工程 原理课程设计 食品工程原理食品工程原理 课 程 设 计 说 明 书课 程 设 计 说 明 书 甲醇、甲醇、水填料精馏塔的设计填料精馏塔的设计 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 目录 一、设计任务书3 二、设计方案简介3 三、工艺计算5 1基础物性数据5 （1）液相物性的数据5 （2）气相物性数据5 （3）气液相平衡数据5 （4）物料衡算6 2填料塔的工艺尺寸的计算7 （1）塔径的计算7 （2）填料层高度计算9 （3）填料塔附属高度及总高计算11

2、 （4）填料层压降计算11 （5） 液体分布器简要设计12（6） 吸收塔接管尺寸计算13 四、设计一览表13 五、主要符号说明14 六、参考文献15 七、附图 食品工程原理食品工程原理课程设计任务书课程设计任务书 设计题目：分离甲醇-水混合物的填料精馏塔设计题目：分离甲醇-水混合物的填料精馏塔 第一章流程的确定和说明第一章流程的确定和说明 一、加料方式一、加料方式 加料方式有两种，高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可 以得到稳定的流量和流速。通过重力加料，可以节省一笔动力费用。但由于多了高位槽， 建设费用相应增加，采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从

3、而影 响了传质效率，但结构简单、安装方便；如采用自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控 制原理较复杂，且设备操作费用高。本次实验采用高位槽加料。 二、进料状况二、进料状况 进料状况一般有冷夜进料、泡点进料。对于冷液进料，当组成一定时，流量一定，对分 离有利，节省加料费用。但冷液进料受环境影响较大，对于沈阳地区来说，存在较大温差， 冷液进料会增加塔底蒸汽上升量，增大建设费用。采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为 方便，且不受季节温度影响。综合考虑，设计上采用泡点进料。泡点进料时，基于恒摩尔 流假定，精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，股精馏段和提馏段塔径基本相等，制 造上较为方便。 三、塔顶冷凝方

4、式三、塔顶冷凝方式 塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇和水不反应，且容易冷凝，故使用全凝器。塔顶 出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需进一步冷却，此次分离也是希 望得到甲醇，选用全凝器符合要求。 四、回流方式四、回流方式 回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小型塔，回流冷凝器一般装在塔顶。其优点 是回流冷凝器无需支撑结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较难。如果需要较高的塔处理 量或板数较多时，回流冷凝器不宜安装在塔顶。而且塔顶冷凝器不宜安装、检修和清理。 在这种情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽采用冷凝器冷却以冷回流流入塔中。由于 本次设计为小型塔，故采用重力回流。 五、加热

5、方式五、加热方式 加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热直接由塔底进入塔内。由于重组 分是水，故省略加热装置。但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流液有稀释作用，使 理论塔板数增加，费用增加。间接蒸汽加热是通过加热器使釜液部分汽化。上升蒸汽与回 流下来的冷液进行传质，其优点是使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论塔板数， 缺点是增加加热装置，本次设计采用间接蒸汽加热。 六、加热器六、加热器 采用 U 形管蒸汽间接加热器，用水蒸汽作加热剂。因为塔较小，可将加热器放在塔 即再沸器。这样釜液部分汽化，维持了原有浓度，减少理论塔板数。 第二章精馏塔的设计计算第二章精馏塔的设计计算 第一节

6、操作条件及基础数据第一节操作条件及基础数据 一、操作压力一、操作压力 精馏操作按操作压力可分为常压、加压和减压操作。精馏操作中压力影响非常大。当压 力增大时，混合液的相对挥发度减小，对分离不利；当压力减小时，相对挥发度将增大，对 分离有利。但当压力太低时，对设备要求较高，设备费用增加。因此再设计时一般采用常压 精馏。甲醇-水系统在常压下挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压精馏。 二、气液平衡时 x、y、t 数据二、气液平衡时 x、y、t 数据 气液平衡时，x、y、t 数据如表 1 所示 表 1 气液平衡关系表 甲醇摩尔分数甲醇摩尔分数 温度 t/ 液相 x/%气相 y/% 温度 t/ 液

7、相 x/%气相 y/% 1000073.846.2077.56 92.95.3128.3472.752.9279.71 90.37.6740.0171.359.3781.83 88.99.2643.5370.068.4984.92 85.013.1554.5568.085.6289.62 81.620.8362.7366.987.4191.94 78.028.1867.7564.7100100 76.733.3369.18 注：摘自化工工艺设计手册下册 P710 表 19-38（2） 第二节精馏塔工艺计算第二节精馏塔工艺计算 一、物料衡算一、物料衡算 1.物料衡算图1.物料衡算图 2.物料衡算

8、2.物料衡算 已知：=15000kg/h,质量分数：=20%,=95%,=0.2% =30.04kg/kmol,=18.02kg/kmol 进料液、馏出液、釜残液的摩尔分数分别为、 、： 进料平均相对分子质量：kg/h 原料液：kmol/h 总物料： 易挥发组分： 代入数据解得： 塔顶产品的平均相对分子质量： kg/kmol 塔顶产品质量流量： kg/kmol 塔釜产品平均相对分子质量： kg/kmol 塔釜产品质量流量： kg/h 3.物料衡算结果3.物料衡算结果 表 2 物料衡算结果表 塔顶出料塔底出料进料 质量流量/(kg/h)3127.98611875.5215000 质量分数/%95

9、0.220 摩尔流量/(kmol/h)101.446658.434759.88 摩尔分数/%91.40.11312.3 4.塔顶气相、液相、进料和塔底的温度分别为、 、 、 查表 1，用内插法算得： 塔顶： 塔釜： 进料： 精馏段平均温度： 提馏段平均温度 5.平均相对挥发度 取曲线上两端点温度下的平均值 查表 1 可得： 时， 时， 所以 6.回流比的确定 作图法 由图可知：40.05 所以， 得：1.26 又操作回流比 R 可取：R=(1.12)Rmin 所以 R=2Rmin=21.26=2.55 二、热量衡算 1.热量示意图 2.加热介质的选择 常用的加热剂有饱和水蒸气和烟道气。饱和水蒸

10、气是一种应用最广的加热剂。由于饱和 水蒸气冷凝时得传热系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确地控制加热温度。燃料燃烧所排 放的烟道气温度可达 1001000， 适用于高温加热。 烟道气的缺点是比热容及传热系数很低， 加热温度控制困难。本设计选用 300kPa（温度为 133）的饱和水蒸气作为加热介质。水蒸 气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。 3.冷却剂的选择 常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。受当地气温限制，冷却水一般为 1025. 如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。本设计建厂地区为沈阳。 沈阳市夏季最热月份平均气温为 25，故

11、选用 25的冷却水，选升温 10，即冷却水的出 口温度为 35. 4.热量衡算 （1）冷凝器的热负荷 式中塔顶上升蒸汽的焓； 塔顶馏出液的焓。 又 式中甲醇的蒸发潜热； 水的蒸发潜热。 蒸发潜热的计算： 蒸发潜热与温度的关系 式中对比温度。 表 3 沸点下蒸发潜热列表 沸点/蒸发潜热/()/K 甲醇64.71105513.15 水1002257648.15 注：摘自化工原理修订版，上册附录 4(P328329)及附录 18(P350351)。 67.16时，甲醇： 蒸发潜热： 同理，水： 蒸发潜热： 所以 所以 (2)冷却水消耗量 式中冷却水消耗量；kg/h; 冷却介质在平均温度下的比热容，

12、冷却介质在冷凝器进出口处的温度，。 所以 此温度下冷却水的比热容 所以 (3)加热器热负荷及全塔热量衡算 列表计算甲醇、水在不同温度下混合物的比热容（单位：） 塔顶塔釜进料精馏段提馏段 甲醇(1)3.0793.5013.3143.1983.448 水(2)4.1834.2204.2034.1934.215 精馏段： 甲醇 水 提馏段： 甲醇 水 塔顶流出液的比热容： 塔釜流出液的比热容： 为简化计算，现以进料焓，即 81.85时的焓值为基准。 根据表 2 可得：， 对全塔进行热量衡算： 所以 由于塔釜热损失为 10%，则 所以 式中加热器理想热负荷； 加热器实际热负荷； 塔顶馏出液带出热量；

13、塔底馏出液带出热量。 加热蒸汽消耗量： 查得:kJ/kg(133.3,300kPa) (4)热量衡算结果 表 4 热量衡算结果表 符号 数值4796.8 三、理论塔板数的计算 由于本次设计时，相对挥发度是变化的，所以不可用简捷法，只能用作图法。 精馏段操作线方程为 因为所选为泡点进料，所以 q=1。 由图可知，精馏塔理论塔板数为 6 块，其中精馏段 3 块，提馏段 3 块。 第 3 节精馏塔主要尺寸的设计计算 一、精馏塔设计的主要依据和条件 表 5 甲醇-水在不同温度下的密度（kg/m3） 温度/甲醇水 50760988.1 60751983.2 70743977.8 80734971.8 9

14、0725965.3 100716958.4 表 6 甲醇-水在特殊点的粘度（mPa.s） 物质甲醇水 塔顶：66.200.3230.4218 塔底：99.850.2530.2833 进料：85.850.2630.3317 1、 塔顶条件下的流量及物性参数 =0.914,=0.95,D=101.446kmol/h （1）气相平均相对分子质量 32.040.914+18.02(1-0.914)=30.65kg/kmol （2）液相平均相对分子质量 30.65kg/kmol （3）气相密度 1.101kg/m3 （4）液相密度 66.20,查表 5，用内插法算得： 746.04kg/m3,979.8

15、5kg/m3 解得：755.05kg/m3 （5）液相粘度 查表 6 可得：66.20 时 0.323mPa.s,0.428mPa.s 0.3230.914+0.428(1-0.914)=0.332mPa.s （6）塔顶出料的质量流量 101.44630.65=3109.32kg/h 表 7 塔顶数据结果表 符号 数值30.6530.6530.6530.651.1011.101755.05755.050.3320.3323109.323109.32101.46101.46 2 塔釜条件下的流量及物性参数 0.00113，0.002,658.434kmol/h （1）液相相对分子质量 由于甲醇浓

16、度很小，所以液相可视为纯水。 （2）气相密度 99.85 0.589kg/m3 （3）液相密度 99.85 查表 5，用内插法得：959.4Kg/m3 （4）塔釜出料的流量 658.43418.02=11864.98kg/h （5）液相粘度 查表 6 可得：99.85,0.253mPa.s 所以 0.253mPa.s 表 8 塔釜数据结果表 符号 数值18.0218.020.589959.40.253658.43411864.98 3、进料条件下的流量及物性参数 759.88kmol/h,12.3%,20% 查表 1 得： 9.2612.313.15 43.5354.55 由内插法可得： 解得：53.14%=0.53 (1)气相平均相对分子质量 0.5332.04+（1-0.53）18.02=25.45kg/kmol (2)液相平均相对分子质量 0.12332.04+（1-0.123）18.02=19.74kg/kmol (3)气相密度 0.86kg/kmol (4)液相密度 由表 5 数据，用内插法求出 728.74kg/m3,968kg/m3 解得 908.35