化工原理课程设计

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1、吉林化工学院化工原理课程设计化工原理课程设计任务书一 设计题目：乙醇水连续浮阀式精馏塔的设计二设计条件塔顶压力常压处理量：1000kg/h进料组成、溜出液组成及釜液组成：0.45、0.92、0.03加料热状况：饱和液体进料 q=1.0 塔顶设全凝器，泡点回流塔釜饱和蒸汽直接加热回流比 R=(1.1-2.0)单板压降0.7kPa三设计内容(1)确定工艺流程。(2)精馏塔的物料衡算。(3)塔板数的确定。(4)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算。(5)精馏塔塔体工艺尺寸的计算。(6)塔板板面布置设计。(7)塔板的流体力学验算与负荷性能图。(8)精馏塔接管尺寸计算。(9)塔顶全凝器工艺设计计算和选型

2、。(10)进料泵的工艺设计计算和选型。(11)带控制点的工艺流程图、塔板板面布置图、精馏塔设计条件图。(12)设计说明书。摘 要化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘

3、图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算物料衡算xF=0.2425 xD=0.8181 xW=0.012 F=1000kmolh 实际塔板数精馏段27块，提馏段5块。工艺参数的选定泡点进料、泡点回流。设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算塔高为14.8m,浮阀数目为29个，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，各种接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。关键词：乙醇；水；精馏段；提馏段；浮阀

4、塔。目录化工原理课程设计任务书1第一章 前言5第二章 绪论62.1 设计方案62.2 选塔依据62.3 设计思路7第三章 塔板的工艺设计83.1 精馏塔全塔物料衡算83.2 常压下乙醇-水气液平衡组成与温度关系83.3理论塔的计算163.4 塔径的初步设计183.5溢流装置203.6塔板的分布、浮阀数目及排列21第四章塔板的流体力学验算244.1气相通过浮阀塔板的压降244.2淹塔254.3 物沫夹带254.4塔板负荷性能图26第五章 塔附件设计315.1接管-315.2筒体与封头325.3除沫器325.4裙座335.5人孔33第六章 塔总体高度的设计346.1塔的顶部空间高度346.2塔的底

5、部空间高度346.3塔总体高度34第七章 附属设备设计357.1 冷凝器的选择357.2进料泵的选择-36第八章 设计结果汇总38结束语39参考文献40第一章 前言精馏过程的基础是传质，即在能量剂的驱动下（有时加质量剂），使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。该过程是同时进行传质、传热的过程。在本设计中我们使用浮阀塔，浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。

6、这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮阀塔广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中。塔径从200mm到6400mm，使用效果均较好。国外浮阀塔径，大者可达10m，塔高可达80m，板数有的多达数百块。 浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点： () 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加2040，而接近于筛板塔。 () 操作弹性大，一般约为59，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。 () 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。 () 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400660N/m2。 (

7、) 液面梯度小。 () 使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。() 结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的6080,为筛板塔的120130。在本次设计中,我们进行的是乙醇水二元物系的精馏分离，我们采用的精馏装置有精馏塔,冷凝器等设备,热量从塔釜输入,物料在塔内进行精馏分离,余热由塔顶产品冷凝器中的冷却介质带走,为了减少热量,能量的损失,我们在进料前设置了节能器,把塔底热产品先与进料进行热交换,然后再冷却.最后完成传热传质. 塔顶冷凝装置采用全凝器，以便于准确控制回流比。塔底再沸器采用饱和蒸汽直接加热，提供釜液再沸时所需热量。 辅助设备主要进行的有泵的选取，各处接管尺寸的计算

8、并选型，同时考虑各处费用的节省等。第二章 绪论2.1 设计方案本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。图2-1 流程图2.2 选塔依据筛板塔是现今应用最广泛的一种塔型，设计比较成熟，具体优点如下：（1）结构简单、金属耗量少、造价低廉.（2）气体压降小、板上液面落差也较小.（3）塔板效率

9、较高.改进的大孔筛板能提高气速和生产能力，且不易堵塞塞孔2.3 设计思路 1、精馏方式的选定2、操作压力的选取3、加料状态的选择4、加热方式的选择5、回流比的选择6、冷凝方式及介质选择7、塔的选择 图2-2 设计思路1、本设计采用连续精馏操作方式。2、常压操作。3、泡点进料。4、间接蒸汽加热。5、选R=(1.1-2.0)Rmin。6、塔顶选用全凝器。7、选用筛板塔，其突出优点是结构简单，造价低，制造方便；生产能力30化工原理课程设计吉林化工学院第三章 塔板的工艺设计3.1 精馏塔全塔物料衡算F：进料量（kmol/s） ：原料组成（摩尔分数，下同）D：塔顶产品流量（kmol/s） ：塔顶组成W：

10、塔底残液流量（kmol/s） ：塔底组成3.2 常压下乙醇-水气液平衡组成与温度关系温度 液相组成 气相组成 /% /%100 0 095.5 1.90 17.0089.0 7.21 38.9186.7 9.66 43.7585.3 12.38 47.0484.1 16.61 50.89温度 液相组成 气相组成 /% /%82.7 23.37 54.4582.3 26.08 55.8081.5 32.73 59.2680.0 39.65 61.2279.8 50.97 65.6479.7 51.98 65.99温度 液相组成 气相组成 /% /%79.3 57.32 68.4178.74 67

11、.63 73.8578.41 74.72 78.1578.15 89.43 89.431 温度利用表中数据用插值法求得：= = ：= = ：= =97.16精馏段平均温度 =80.29提馏段平均温度 =89.872密度已知：混合液密度 依式 =（a为质量分数，为平均相对分子质量）混合汽密度 依式 塔顶温度：=78.02气相组成： =83.79进料温度：=82.57气相组成： =54.89塔府温度：=97.16气相组成： =10.73 精馏段：液相组成： 气相组成： 所以 提馏段液相组成： 气相组成： 所以 表3-2 不同温度下乙醇和水的密度 ：温度/温度/80735971.895720961.

12、8585730968.6100716958.490724965.3求得在与下的乙醇和水的密度（单位：） 所以 2 混合液体表面张力二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算 注：式中下角标，w,o,s分别代表水、有机物及表面部分；xw、xo指主体部分的分子数，Vw、Vo主体部分的分子体积，w、o为纯水、有机物的表面张力，对乙醇q = 2。 由不同温度下乙醇和水的表面张力温度/708090100乙醇表面张力/10-3N/m21817.1516.215.2水表面张力/10-3N/m264.362.660.758.8求得在下的乙醇和水的表面张力（单位：10-3Nm-1）乙醇表面张力：水表面张力： 塔顶表面张力：联立方程组： 代入求得： 原料表面张力：联立方程组： 代入求得： 塔底表面张力：联立方程组：代入求得： （1）精馏段液相表面张力：=20.68（2）提馏段液相表面张力：36.883 混合物的黏度=80