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1、 化工原理课程设计说明书化工原理课程设计说明书 课题名称：课题名称：正丙醇正丙醇乙醇混合物连续精馏分离塔的设计乙醇混合物连续精馏分离塔的设计 学生姓名：学生姓名： 吴喜兵吴喜兵 学学 号：号： 2014402010113 2014402010113 专业班级：专业班级： 1414 级化学工程与工艺一班级化学工程与工艺一班 设计单位：设计单位： 荆楚理工学院荆楚理工学院化工化工与与药药学院学院 指导教师：指导教师： 祝阳祝阳、许维秀许维秀 设计周期：设计周期： 2016.11.282016.11.282014.12.11 2014.12.11 化工原理课程设计说明书化工原理课程设计说明书 课题名
2、称：正丙醇乙醇混合物连续精馏分离塔的设计 学生姓名： 吴喜兵 学 号： 2014402010113 专业班级： 14 级化学工程与工艺一班 设计单位： 荆楚理工学院化工与药学院 指导教师： 祝阳、许维秀 设计周期： 2016.11.282014.12.11 教师评语: 成 绩: 教师签名: 目录目录 摘 要 7 第一章 设计任务 8 1.1 设计题目 . 8 1.2 设计参数及要求 . 8 第二章 工艺流程的确定 . 9 2.1 工艺的选择 9 2.2 工艺可行性分析 . 9 2.3 工艺流程的确定 . 11 2.4 流程设备的选则 . 12 2.4.1精馏设备列表. 12 2.4.2精馏设备
3、选型的依据 12 2.4.2.1 冷凝器选型的依据 12 2.4.2.2 再沸器器选型的依据 12 2.4.2.3 预热器选型的依据 13 2.4.2.4 进料泵的选型的依据 13 2.5 精馏塔操作条件的确定 13 2.5.1蒸馏过程的选择 . 13 2.5.2进料热状况的选择 13 2.5.3操作回流比的选择 14 2.5.4加料方式的选择 . 14 2.6 换热器操作条件的确定 14 2.6.1冷凝器冷却介质的选则. 14 2.6.2再沸器和预热器热源的选则 14 第三章 全塔物料衡算及热量衡算 . 15 3.1 原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数的计算 . 15 3.1.1基本工艺参数.
4、 15 3.1.2原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数的计算 . 15 3.1.2.1 进料液摩尔流率 F 的计算 15 3.1.2.2 进料液中乙醇摩尔分数的计算. 15 3.1.2.3 塔顶产品摩尔分数的计算 . 16 3.1.2.4 塔底产品摩尔分数的计算 . 16 3.2 全塔物料衡算 16 3.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 17 3.3.1精馏塔操作压力的计算. 17 3.3.1.1 塔顶操作压力的选取 17 3.3.1.2每层塔板压降 . 17 3.3.1.3 进料板压力的计算 17 3.3.1.4 塔底操作压力的计算 17 3.3.1.5 精馏段平均操作压力的计算 17
5、3.3.1.6 提馏段平均操作压力的计算 17 3.3.2精馏塔操作温度的计算. 18 3.3.2.1 乙醇正丙醇的相平衡曲线的绘制 18 3.3.2.2 全塔温度的计算 . 19 3.3.3平均摩尔质量的计算 19 3.3.3.1 塔顶平均摩尔质量 19 3.3.3.2 塔底平均摩尔质量 20 3.3.3.3 进料板平均摩尔质量 20 3.3.3.4 精馏段平均摩尔质量 21 3.3.3.5 提馏段平均摩尔质量 21 3.3.4平均密度的计算 . 21 3.3.4.1 乙醇、正丙醇的密度温度曲线图的绘制 21 3.3.4.2 气相平均密度的计算 22 3.3.4.3 液相平均密度的计算 22
6、 3.3.5液体平均表面张力的计算 . 23 3.3.5.1 塔顶液相平均表面张力的计算. 24 3.3.5.2 塔底液相平均表面张力的计算. 24 3.3.5.3 进料板液相平均表面张力的计算 . 24 3.3.5.4 精馏段液相平均表面张力的计算 . 24 3.3.5.5 提馏段液相平均表面张力的计算 . 24 3.3.6液体平均黏度的计算 24 3.3.6.1 塔顶液相平均黏度的计算 . 25 3.3.6.2 塔底液相平均黏度的计算 . 25 3.3.6.3 进料板液相平均黏度的计算 25 3.3.6.4 精馏段液相平均黏度的计算 25 3.3.6.5 提馏段液相平均黏度的计算 26 3
7、.4 全塔热量衡算 26 3.4.1冷凝器热量衡算 . 26 3.4.2再沸器热量衡算 . 27 3.4.3预热器热量衡算 . 27 第四章 塔工艺尺寸的计算及结构设计 28 4.1 筛板精馏塔塔体的主要工艺尺寸示意图 28 4.2 塔板数的确定 29 4.2.1理论塔板数的求取 29 4.2.1.1 实际回流比 R的求取 29 4.2.1.2 精馏塔的气、液相负荷的计算. 29 4.2.1.3 精馏塔的操作线方程 30 4.2.1.4 精馏塔理论板层数的求取 . 30 4.2. 2实际塔板数的求取 . 31 4.2.2.1 全塔效率的求取 . 31 4.2.2.2 实际塔板数的求取 32 4
8、.3 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 . 32 4.3.1塔径的计算 32 4.3.1.1 精馏段塔径的计算 33 4.3.1.2 提馏段塔径的计算 33 4.3.2精馏塔有效高度的计算. 34 4.3.2.1 精馏段的有效高度 34 4.3.2.2 提馏段的有效高度 34 4.3.2.3 精馏塔的有效高度 34 4.4 塔板主要工艺尺寸的计算 . 35 4.4.1溢流装置的选型 . 35 4.4.1.1 降液管的选型溢流装置的选型. 35 4.4.1.2 溢流方式的选择 . 36 4.4.1.3 受液盘的选型 . 37 4.4.2溢流装置的计算 . 37 4.4.2.1 精馏段溢流装置的计算 .
9、37 4.4.2.2 提馏段溢流装置的计算 . 39 4.4.3塔板设计 40 4.4.3.1 精馏段塔板设计 . 40 4.4.3.2 提馏段塔板设计 . 42 4.5 筛板的流体力学验算 44 4.5.1精馏段筛板的流体力学验算 44 4.5.1.1 塔板压降的计算 . 44 4.5.1.2 液面落差的影响 . 45 4.5.1.3 液沫夹带的核算 . 46 4.5.1.4 漏液的核算 46 4.5.1.5 液泛的核算 46 4.5.2提馏段筛板的流体力学验算 47 4.5.2.1 塔板压降的计算 . 47 4.5.2.2 液面落差的影响 . 48 4.5.2.3 液沫夹带的核算 . 48
10、 4.5.2.4 漏液的核算 48 4.5.2.5 液泛的核算 49 4.6 塔板负荷性能图 . 49 4.6.1精馏段塔板负荷性能图. 49 4.6.1.1 漏液线的计算 . 49 4.6.1.2 液沫夹带线的计算 50 4.6.1.3 液相负荷下限线的求取 . 51 4.6.1.4 液相负荷上限线的求取 . 51 4.6.1.5 液泛线的求取 . 51 4.6.1.6 精馏段负荷性能图的绘制与操作弹性的求解 52 4.6.2提馏段塔板负荷性能图. 53 4.6.2.1 漏液线的计算 . 53 4.6.2.2 液沫夹带线的计算 53 4.6.2.3 液相负荷下限线的求取 . 54 4.6.2
11、.4 液相负荷上限线的求取 . 54 4.6.2.5 液泛线的求取 . 55 4.6.2.6 提馏段负荷性能图的绘制与操作弹性的求解 56 4.7 筛板塔设计主要参数汇总表 . 57 4.8 筛板精馏塔结构示意图 59 4.9 塔体结构的设计 . 59 4.9.1筒体与封头的设计 59 4.9.1.1 筒体的设计 59 4.9.1.2 封头的设计 60 4.9.2裙座的设计 60 4.9.3人孔的设计 61 4.9.4塔空间结构的设计 61 4.9.4.1 塔顶空间结构的设计 61 4.9.4.2 塔底空间结构的设计 61 4.9.5塔高的计算 62 第五章 筛板精馏塔附属设备的设计 63 5
12、.1 冷凝器工艺尺寸的计算与结构的设计 . 63 5.1.1 设计任务和条件要求 63 5.1.1.1 设计任务 63 5.1.1.2 操作条件 63 5.1.1.3 设计要求 63 5.1.2 冷凝器工艺尺寸的计算 63 5.1.2.1 确定流体流动空间 63 5.1.2.2 定性温度的计算 . 64 5.1.2.3 计算热负荷 64 5.1.2.4 计算有效平均温度差 64 5.1.2.5 选取经验传热系数 K 值 . 64 5.1.2.6 估算换热面积 . 64 5.1.2.7 立式固定管板式换热器的规格. 65 5.1.2.8 核算总传热系数K. 65 5.1.2.9 计算压强降 67
13、 5.2 再沸器工艺尺寸的计算与结构的设计 68 5.2.1再沸器工艺尺寸的计算. 68 5.2.2传热系数的校核 . 69 5.2.2.1 管内表面传热系数 69 5.2.2.2 沸腾状态的确定 . 70 5.2.2.3 管外核状沸腾表面传热系数 70 5.2.2.4 总传热系数 K 71 5.2.2.5 传热面积裕度 H 71 5.2.2.6 热流密度核算 . 71 5.3 塔接管的设计和选型 71 5.3.1塔进料管的设计及选型. 71 5.3.2塔顶液体回流管的设计及选型 72 5.3.3塔顶蒸汽出料管的设计及选型 72 5.3.4塔底液体出料管的设计及选型 73 5.3.5塔底蒸汽回流管的设计及选型 73 5.3.6塔接管型号列表 . 73 第六章 精馏工艺其它设备的工艺计算 75 6.1 原料储罐的尺寸计算 75 6.2 进料泵的参数计算 . 75 6.3 预热器的工艺尺寸计算 76 6.3.1 热负荷AQ的计算 . 76 6.3.2 加热蒸汽用量mq的计算 . 76 6.3.3 平均温差mt的计算. 76 6.3.4 换热系数K的计算 . 76 6.3.5 换热面积A的计算 77 6.3.6 预热器规格数据列表 77 第七章 设计结果汇总. 78 7.1 精馏塔塔体设计结果
