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1、化工原理课程设计任务书2一 设计题目:乙醇水连续精馏筛板塔的设计2二 设计任务2三 操作条件2四 设计要求2五 设计说明书的要求2六 时间及地点2第一章 前言3第二章 绪论3设计方案3选塔依据4设计思路4第三章 塔板的工艺设计5物料衡算5塔板数的确定533热量衡算9精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算10精馏塔的塔体工艺尺寸计算13塔板主要工艺尺寸16第四章 筛板的流体力学验算18塔板压降18液沫夹带量20漏液20液泛20塔板负荷21第五章 附属设备及主要附件的选型和计算24附属设备设计24其它构件25第六章 塔总体高度的设计27塔的顶部空间高度27塔的底部空间高度27塔总体高度27第七章 筛
2、板塔的工艺设计结果汇总27第八章设计评述及心得29第九章参考文献30化工原理课程设计任务书一 设计题目:乙醇水连续精馏筛板塔的设计二 设计任务(1)原料液中乙醇含量:质量分率=27%(质量),其余为水。(2)塔顶产品中乙醇含量不得低于94%(质量分率)。(3)残液中乙醇含量不得高于0.2%(质量分率)。(4)生产能力:45000t/y乙醇产品,年开工330天。三 操作条件(1)精馏塔塔顶压强:4.0kPa(表压) (2)进料热状态:(3)回流比: (4)单板压降:(5) 冷凝器冷却剂:水 (6)冷却剂温度(7)再沸器加热剂:饱和水蒸气,压力:P=3atm(表压),热损失:四 设计要求(1)对精
3、馏过程进行描述 (2)对精馏过程进行物料衡算和热量衡算(3)对精馏塔进行设计计算 (4)对精馏塔的附属设备进行选型(5)画一张精馏塔的装配图。 (6)编制设计说明书五 设计说明书的要求(1)目录(2)设计题目及原始数据(任务书)(3)简述精馏过程的生产流程及特点(4)精馏过程的有关计算(物料衡算、热量衡算、理论塔板数、回流比、塔高、塔径、塔板设计、接管设计等)(5)附属设备的选型(裙座、再沸器、冷凝器等)(6)设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)(7)设计评述(8)参考文献六 时间及地点时间:2010.6.14-2010.6.27(第十六、十七周)地点:博学楼E208、E301、E302教
4、室第一章 前言生产中为满足要求需将混合物分离成较纯的物质,精馏是分离液体混合物(含可液化的气体混合物)最常用的一种单元操作,在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂的驱动下(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。在本设计中我使用了筛板塔,筛板塔的突出优点是结构简单、造价低。当有合理的设计和适当的操作,筛板塔能满足分离要求的操作弹性,而且效率高。筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一,五十年代之后通过大量的工业实
5、践逐步改进了设计方法和结构,近年来与浮阀塔一起成为化工生中主要的传质设备。为减少对传质的不利影响,可将塔板的液体进入区制成突起的斜台状,这样可以降低进口处的速度,从而使塔板上气流分布均匀。筛板塔多用不锈钢板或合金制成,使用碳钢的比率较少。它的主要优点是:结构简单,易于加工,造价为泡罩塔的60%左右,为浮阀塔的80%左右;在相同条件下,生产能力比泡罩塔大20%40%;塔板效率较高,比泡罩塔高15%左右,但稍低于浮阀塔;气体压力降较小,每板降比泡罩塔约低30%左右。同时它也有缺点,其缺点是:小孔筛板易堵塞,不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液;操作弹性较小(3左右)。精馏是最常用的分离液液混
6、合物方式之一,是组成化工生产过程的主要单元操作,也是典型的化工操作设备之一。进行此次课程设计,我的目的是培养自己综合运用所学知识的能力,以及解决实际化工问题的能力,做到能独立进行化工设计初步训练,为以后从事设计等化工工作打下坚实的基础。 第二章 绪论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。设计中采用进料,将原料液通过预热器加热至50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。塔釜采用再沸器加热,塔底产品经冷却后送至储罐。图2-1 流程图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
7、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。1、精馏方式的选定2、塔的选择3、操作压力的选取4、加料状态的选择5、回流比的选择6、冷凝方式及介质选择7、加热方式的选择 图2-2 设计思路1、本设计采用连续精馏操作方式。2、选用筛板塔,其突出优点是结构简单,造价低,制造方便;生产能力较大。3、塔顶压强4.0kPa,单板压降不超过0.7kPa。4、进料。5、选R=。6、塔顶选用全凝器,介质为水。7、塔底用再沸器加热。 第三章 塔板的工艺设计物料衡算塔顶、塔底产品的摩尔分率M乙醇=46kg/k
8、mol, M水=18kg/kmolF:进料量(kmol/h) :原料组成(摩尔分数,下同)D:塔顶产品流量(kmol/h) :塔顶馏出液中乙醇组成W:塔底残液流量(kmol/h) :塔底釜液中乙醇组成 全塔物料衡算:F=L+W 对轻组分乙醇做衡算:塔板数的确定热状况参数进料温度为,取二者平均温度查化工原理上册附录,知摩尔热容及摩尔汽化潜热如下: 系统满足恒摩尔流假定,加料液平均摩尔热容及平均汽化热:最小回流比与回流比操作压力与大气压相差不大,于是根据化工原理下册,如下:温度液相组成气相组成温度液相组成气相组成0.0 图3-1温度组成内插法求: := 得 := 得 := 得由以上温度对应表格求得
9、各气相组成塔顶温度:气相组成: 得进料温度:气相组成: 得塔釡温度:气相组成: 得算相对挥发度、=所以=相平衡方程:联立相平衡方程与q线方程,求挟点坐标() 与 得=0.1425 所以:R=精馏段上升气体流量V、液体回流量L,提馏段气体流量、液体流量 精馏段方程:提馏段方程:本设计采用简捷算法求理论板数 查吉利兰关联图 图3-2 吉利兰关联图得圆整得理论塔板数为N=14块(含再沸器)计算精馏段最少理论塔板数因为回流比和最小回流比不变,继续用吉利兰关联图,得 可得到即加料位置在从塔顶向下数第7.8块理论塔板。所以精馏段的理论塔板数:提留段的理论塔板数:(包括进料板,不含再沸器)平均温度在此温度下
10、查得则 所以所以,全塔平均黏度全塔板效率精馏段实际塔板数:,圆整得=15块提馏段实际塔板数:,圆整得=13块总塔板数:块33热量衡算塔顶蒸汽全部冷凝为泡点液体时,冷凝器的热负荷为塔顶组成为的混合液的平均汽化热。塔顶泡点温度:查此温度下,乙醇的摩尔汽化热所以取水为冷凝介质,其进出冷凝器温度分别为25、40,平均温度下的比热, ,为塔底组成为的混合液的平均汽化热。塔釡泡点温度查此温度下,乙醇的摩尔汽化热所以可求的饱和蒸汽用量G塔顶操作压力:每层塔板压降:进料板压力:精馏段平均压力:塔釡操作压力:提馏段平均压力:依据操作压力,由泡点方程通过试差法计算,其中乙醇-水的饱和蒸汽压由安托尼方程计算,计算过
11、程略,计算结果如下:精馏段平均温度:提馏段平均温度:塔顶混合物平均摩尔质量计算由可得进料板混合物平均摩尔质量由逐板计算法得塔底平均摩尔质量精馏段平均摩尔质量提馏段平均摩尔质量气相平均密度计算视为理想气体,由理想气体状态方程计算,即精馏段提馏段液相平均密度 下表表示不同温度下乙醇和水的密度 :温度/温度/807359072498573095720图3-3 乙醇和水的密度塔顶液相平均密度,由查上表作内插得进料板液相平均密度,由进料温度查上表做内插得塔釡液相平均密度,由塔釡温度查上表做内插得精馏段液相的平均密度提馏段液相平均密度塔顶液相平均表面张力的计算当乙醇的质量分数为94%时,查得,且乙醇的临界
12、温度为243,则混合液体的临界温度为:将混合液体临界温度代入解得=进料板液相平均表面张力的计算 乙醇的质量分数为27%时查得,且乙醇的临界温度为243,则混合液体的临界温度为:将混合液体临界温度代入解得=塔釡液相平均表面张力的计算当乙醇的质量分数为2%时,查图得,且乙醇的临界温度为243,则混合液体的临界温度为:将混合液体临界温度代入解得=精馏段液相平均表面张力的计算提馏段液相平均表面张力的计算精馏段塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为:由,计算,其中的由史密斯关联图图3-4 史密斯关联图可查取,图的横坐标为初选板间距,取板上液层高度,则,查Smith关联图得C20依校正物系表面张力为时的C可取安全系数为0.60,则空塔气速为故提馏段塔径的计算 提馏段的气、液相体积流率为:初选板间距,取板上液层高度,故;查Smith关联图得C20=0.075;依校正物系表面张力为时的C ,即可取安全系数为0.60,则故,按标准塔径圆整为2m为统一精馏段和提馏段塔径,取为D=2.2m。塔的截面积实际空塔气速为精馏塔有效高度精馏段有效高度的计算 精馏段有效高度为 提馏段有效高度的计算提馏段有效高度为 精馏塔的有效高度的计算在进料板上方开一个人孔,对于不需要经常清洗的物料,