常壓乙醇-甲醇連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)

1、-作者xxxx-日期xxxx常壓乙醇-甲醇連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)【精品文檔】化工原理課程設(shè)計(jì)題目：常壓乙醇-甲醇連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：王月指導(dǎo)老師：周理明、仇偉學(xué)院： 化學(xué)工程學(xué)院 班級(jí)： 過控141 學(xué)號(hào)： 2014071971時(shí)間： 院系： 化學(xué)工程學(xué)院 專業(yè)： 過程裝備及控制工程 姓名： 王月 學(xué)號(hào)： 2014071971 班級(jí)： 過控141 實(shí)習(xí)性質(zhì)： 設(shè)計(jì) 實(shí)習(xí)地點(diǎn)： 教室 寢室 圖書館 指導(dǎo)教師：仇偉 周理明 成績(jī)： 課程設(shè)計(jì)題目：常壓乙醇-甲醇連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)目 錄第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)書/1-21.1 設(shè)計(jì)題目11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)11.3 操作條件11.4設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求21.

2、5設(shè)計(jì)時(shí)間安排2第2章 確定設(shè)計(jì)方案第3章 設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)/2-53.1設(shè)計(jì)條件23.2主要物性參數(shù)23.2.1甲醇乙醇的物理性質(zhì)23.2.2甲醇乙醇在不同溫度下的飽和蒸氣壓33.2.3甲醇乙醇的氣液平衡數(shù)據(jù)33.2.4甲醇乙醇在不同溫度下的密度43.2.5甲醇乙醇在不同溫度下的黏度43.2.6甲醇乙醇在不同溫度下的表面張力53.2.7甲醇乙醇在不同溫度下的汽化潛熱5第4章 工藝計(jì)算/6-104.1全塔物料衡算64.1.1料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含苯摩爾分?jǐn)?shù)64.1.2平均相對(duì)分子質(zhì)量64.1.3物料衡算64.2塔板數(shù)的確定64.2.1理論塔板數(shù)求取6T74.2.3實(shí)際塔板數(shù)74.3塔的工

3、藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算74.3.1操作壓強(qiáng)7778994.4精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算10第5章 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/10-185.1塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)105.1.1塔徑D 105.1.2塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算115.1.2.1溢流裝置115.1.2.2塔板布置135.1.2.3篩孔數(shù)與開孔率135.1.2.4塔有效高度Z145.2篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算145.2.1氣體通過篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?4的驗(yàn)算155.2.3漏液的驗(yàn)算155.2.4液泛驗(yàn)算165.3塔板負(fù)荷性能圖165.3.1霧沫夾帶線165.3.2液泛線175.3.3液相負(fù)荷上限線185.3.4漏液線185.3.5液相負(fù)荷下限線18第

4、6章 附屬設(shè)備類型19第7章 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表19第8章 對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述及對(duì)有關(guān)問題的分析討論21參考文獻(xiàn)21【精品文檔】前 言化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理教學(xué)的一個(gè)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(shí)，完成以單元操作為主的一次設(shè)計(jì)實(shí)踐。通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡(jiǎn)潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果、制圖以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)培養(yǎng)樹立正確的設(shè)計(jì)思想和實(shí)事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。通過本次課程設(shè)計(jì)，是對(duì)我們化工設(shè)計(jì)的一個(gè)訓(xùn)練，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。通過課程設(shè)計(jì)我們應(yīng)在下列幾個(gè)方面得到較好的培養(yǎng)和訓(xùn)練

5、：1查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力。2正確選用設(shè)計(jì)參數(shù)，樹立從技術(shù)上可行和經(jīng)濟(jì)上合理兩方面考慮的工程觀點(diǎn)，同時(shí)還需考慮到操作維修的方便和環(huán)境保護(hù)的要求。也即對(duì)于課程設(shè)計(jì)不僅要求計(jì)算正確，還要求從工程的角度綜合考慮各種因素，從總體上得到最佳結(jié)果。3正確、迅速地進(jìn)行工程計(jì)算。設(shè)計(jì)計(jì)算是一個(gè)反復(fù)試算的過程，計(jì)算工作量很大，因此正確與迅速必需同時(shí)強(qiáng)調(diào)。4掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法，學(xué)會(huì)用簡(jiǎn)潔的文字和適當(dāng)?shù)膱D表表示自己的設(shè)計(jì)思想。 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)題目 常壓下乙醇甲醇連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）原料液中甲醇含量：60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其余乙醇；（2）塔頂產(chǎn)品中甲醇含量為9

6、5%；（3）殘液中甲醇含量不高于95%；（4）生產(chǎn)能力：4萬(wàn)噸/年，產(chǎn)品產(chǎn)量，年開工290天。1.3 操作條件（1）精餾塔頂壓強(qiáng)102kpa （2）進(jìn)料熱狀態(tài)：飽和（3）原料溫度：25度 （4）min（5）1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求（1） 設(shè)計(jì)方案的確定及要求；（2） 塔的工藝計(jì)算（包括全塔物料衡算、塔頂、塔底溫度、精餾段和提餾段氣液負(fù)荷，塔底再沸器熱負(fù)荷，加熱蒸汽用量，塔的理論板數(shù)，實(shí)際板數(shù)。）；（3） 塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)（包括塔高、塔徑以及降液管，溢流堰，開孔數(shù)及開孔率。）；（4） 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算；（5） 塔板布局圖、塔板負(fù)荷性能圖；（6） 編制設(shè)計(jì)一覽表；（7） 附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)與選

7、型：（再沸器，回流泵，進(jìn)料管，塔頂產(chǎn)品接管，塔底產(chǎn)品接管，塔頂蒸汽接管。）；（8） 編寫設(shè)備結(jié)果一覽表；（9） 繪制精餾塔設(shè)備圖，工藝流程圖；（10） 設(shè)計(jì)感想；（11） 參考文獻(xiàn)。1.5 設(shè)計(jì)時(shí)間安排（1）6號(hào)早上領(lǐng)任務(wù)書，下午查資料；（2）7-8號(hào) 工藝計(jì)算；（3）9號(hào)，塔主要工藝參數(shù)計(jì)算、設(shè)計(jì)；（4）10號(hào)，塔的流體力學(xué)驗(yàn)算；（5）13號(hào)，附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型；（6）14-15號(hào)，編寫計(jì)算書；（7）16-17，繪制設(shè)備圖和工藝流程圖。 第二章 確定設(shè)計(jì)方案 原料液經(jīng)臥式列管式預(yù)熱器預(yù)熱至泡點(diǎn)后送入連續(xù)板式精餾篩板塔，塔頂上升蒸汽流采用列管式全凝器冷凝后流入回流罐，冷凝液用回流泵強(qiáng)制循環(huán)，

8、一部分回流，其余作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至甲醇儲(chǔ)罐；塔釜采用熱虹吸立式再沸器提供氣相流，塔釜產(chǎn)品經(jīng)臥式列管式冷卻器冷卻后送入乙醇儲(chǔ)罐。第3章 設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)在常壓連續(xù)篩板精餾塔中精餾分離含甲醇60%的乙醇-甲醇混合液，要求塔頂溜出液中甲醇含量不低于95%，塔底殘液中甲醇含量不高于7%。（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）已知：生產(chǎn)能力4萬(wàn)噸/年，年開工290天。塔頂壓強(qiáng)102kpa,飽和進(jìn)料，原料溫度25，取回流比R=1.7Rmin.單板壓降小于0.7kpa。3.2.1甲醇-乙醇的物理性質(zhì)（表3-1）表 3-1 甲醇-乙醇的物理性質(zhì)項(xiàng)目分子式相對(duì)分子質(zhì)量M沸點(diǎn)/甲醇（A）CH3OH乙醇（B）CH3CH2OH3.

9、2.2常壓下甲醇-乙醇在不同溫度下的飽和蒸氣壓（表3-2）表 3-2 常壓甲醇-乙醇不同溫度的飽和蒸氣壓溫度/壓強(qiáng)/KPa物質(zhì)甲醇乙醇溫度/壓強(qiáng)/KPa物質(zhì)甲醇乙醇64736574667567766877697870797180723.2.3常壓下甲醇-乙醇的氣液平衡數(shù)據(jù)（表3-3）表 3-3 甲醇-乙醇的氣液平衡數(shù)據(jù)溫度/含量液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)x/%氣相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)y/%溫度/含量液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)x/%氣相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)y/%64726674687670783.2.4常壓不同溫度下甲醇-乙醇的密度（表3-4）表 3-4 不同溫度下甲醇-乙醇的密度溫度/密度/m³物質(zhì)甲醇

10、乙醇溫度/密度/m³物質(zhì)甲醇乙醇6071617262736374647565766677677868796980703.2.5常壓甲醇-乙醇在不同溫度下的黏度（表3-5）表3-5 甲醇-乙醇在不同溫度下的黏度物質(zhì)黏度/mPa*s溫度/6065707580甲醇乙醇3.2.6常壓甲醇-乙醇在不同溫度下的表面張力（表3-6）表3-6 甲醇-乙醇在不同溫度下的表面張力物質(zhì)張力 mN/m溫度/6065707580甲醇乙醇3.2.7常壓甲醇-乙醇在不同溫度下的汽化潛熱（表3-7）表3-7 甲醇-乙醇在不同溫度下的汽化潛熱物質(zhì)潛熱KJ/mol溫度/6065707580甲醇乙醇 第四章 工藝計(jì)算4.

11、1.1料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含苯摩爾分?jǐn)?shù)MF=32.04×0.683(10.683)×46.07=36.48751/kmolMD=32.04×0.9647+(10.9647)×46.07=32.535259/kmolMW=32.04×0.09766(10.09766)×46.07=44.6998678/kmol年產(chǎn)量40000t，一年工作290天，一天24h,則D=5747.126/h全塔物料衡算 F=D+W FxF=DxD+Wxw5747.126+W=F(1) (2)聯(lián)立（1）（2）解得F=9542.3978/h F=F/MFD=57

12、47.126/h D=D/MDW=3795.2718/h W=W/MW=kmol/h4.2.1 理論塔板數(shù)求取對(duì)于甲醇-乙醇混合物系，由于用逐板計(jì)算法計(jì)算時(shí)求解不到相平衡常數(shù)，所以用圖解法來(lái)求取理論板數(shù)。由甲醇-乙醇的飽和蒸氣壓通過泡點(diǎn)方程，露點(diǎn)方程計(jì)算出氣液平衡數(shù)據(jù)，結(jié)合xF、xD、xW作x-y圖、t-x-y圖見附件1，1-1、1-2。min比及操作回流比R物料泡點(diǎn)進(jìn)料，則q=1,在圖中對(duì)角線上點(diǎn)（xF,xF）作豎直線即為q線，該線與平衡線交點(diǎn)橫坐標(biāo)xe=xF=0.683,查圖1-1知縱坐標(biāo)為ye=0.785。min=3。則精餾段操作線方程。在圖1-1中作梯級(jí)，得精餾段塔板數(shù)為5，提餾段為9

13、.5，第6層為進(jìn)料層。T依式 ET查圖1-2，塔頂溫度75.7，塔底溫度64.5，塔平均溫度為70.1。該溫度下進(jìn)料液相平均黏度為：mA+(1-0.683)BET4.2.3 實(shí)際塔板數(shù)精餾段：N1=5/0.43=11.612層；提餾段：N2=9.5/0.43=22.122層。以精餾段為例進(jìn)行計(jì)算，提餾段只給出最后結(jié)果。塔頂壓強(qiáng)pD=102kpa,取每層塔降P=0.7kpa。則進(jìn)料板壓強(qiáng)：PF塔底壓強(qiáng)PW精餾段平均操作壓強(qiáng)：提餾段平均操作壓強(qiáng)：m查圖1-2得對(duì)應(yīng)塔頂溫度為75.7，進(jìn)料板溫度67.9。則精餾段平均溫度塔頂，則/kmol./kmol.進(jìn)料板,，則/kmol，/kmol塔底 則則精餾

14、段平均相對(duì)分子質(zhì)量為：提餾段平均相對(duì)分子質(zhì)量為：由式(為質(zhì)量分?jǐn)?shù))塔頂 .進(jìn)料板，.塔底 則精餾段液相密度：，提餾段液相密度：。精餾段：/m³，提餾段：/m³。4.3.5 液體表面張力 則精餾段平均表面張力：提餾段平均表面張力為： 則精餾段平均液相黏度：提餾段平均液相黏度：Lh=24.912m³/h。 第五章 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 初選板間距HT=0.5m，取板上液層高度hL=0.06m。故 HT-hL 按Smith法求取允許的空塔氣速umax(即泛點(diǎn)氣速uF)查Smith通用關(guān)聯(lián)圖3-12，得C20=0.095，依式校正到物系表面張力為16.46mN/m時(shí)的C，即 負(fù)荷

15、因子 泛點(diǎn)氣速 m/s 操作氣速，取m/s 精餾段塔徑m圓整取D=2.2m,此時(shí)的操作氣速m/s采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平行受液盤，且不設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。 溢流堰長(zhǎng)取堰長(zhǎng)，即 m 出口堰高 對(duì)平直堰 由 及m，查圖3-17得E=1.01，于是：m>0.006m（滿足要求）故 m 降液管的寬度Wd與降液管的面積Af由 查圖3-16得故 m，m2。由下式計(jì)算液體在降液管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積，即s（>5s符合要求） 降液管底隙高度取底隙高度，則底隙流速u0=m/s(符合條件)，則取底隙高度。 取邊緣區(qū)寬度、安定區(qū)寬度。 依式（1）計(jì)算開孔區(qū)面積。 （1）將x、y帶入（1

16、）得Aa與開孔率取篩孔的孔徑為5mm，正三角形排列，一般碳鋼的板厚為3mm，取,故：孔中心距依下式計(jì)算塔板上的篩孔數(shù)個(gè)依下式計(jì)算塔板上開孔區(qū)的開孔率，即%每層塔板上的開孔面積為：m2。氣體通過篩孔的氣速：m/s。精餾段：Z1提餾段：Z2有效高度Z=Z1+Z2=5.5+10.5=16m。 干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨扔?，查圖3-21得C0=0.84,，由下式計(jì)算出 氣流穿過板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨韧ㄟ^ (2)查圖3-22板上液層充氣系數(shù)將其帶入（2）得 =0.57×0.06=0.0342m?？朔后w表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨扔墒?故 單板壓降的驗(yàn)算根據(jù)亨特經(jīng)驗(yàn)式 其中m則=故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不

17、會(huì)發(fā)生過量霧沫夾帶。由式 篩板的穩(wěn)定性系數(shù)：故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生過量漏液。為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中清液層高度。 則 取, 則故 根據(jù)以上塔板的各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算，認(rèn)為精餾段塔徑及各工藝尺寸是合適的。5.3.1霧沫夾帶線（1） 式中 近似取E=1.0，故 取霧沫夾帶極限值。已知，HT=0.5m，將、帶入得：在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依式算出相應(yīng)的值列于表5-1中。表5-1 霧沫夾帶線計(jì)算結(jié)果Ls（m3/s）6×10-35×10-38×10-34×10-39×10-3Vs（m3/s）按表中數(shù)據(jù)在圖中作出霧沫夾帶線（1），如圖5-1所示。5

18、.3.2液泛線（2）聯(lián)立 及得 近似取E=1.0，則 由式 則 故 由式 將及式、代入聯(lián)立得在操作范圍內(nèi)取若干值，依上式計(jì)算值，列于表5-2，按表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2），如圖5-1表5-2 液泛線計(jì)算結(jié)果Ls（m3/s）6×10-35×10-38×10-34×10-39×10-3Vs（m3/s）5.3.3液相負(fù)荷上限線（3）取液體在降液管中停留時(shí)間為4s,則 （3）液相負(fù)荷上限線（3）在坐標(biāo)圖上為氣體流量無(wú)關(guān)的垂直線，如圖5-1所示。5.3.4漏液線（氣相負(fù)荷下限線）（4）由 ，代入漏液點(diǎn)氣速式：前面算得為0.2458，代入上式整理得此即氣相負(fù)

19、荷下限線關(guān)系式，在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)值，依式計(jì)算相應(yīng)的值，列于表5-3，按表中數(shù)據(jù)作氣相負(fù)荷下限線（4），如圖5-1所示。表5-3 漏液線計(jì)算結(jié)果Ls（m3/s）6×10-35×10-38×10-34×10-39×10-3Vs（m3/s）5.3.5液相負(fù)荷下限線（5）取平堰、堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限線條件，取E=1.0。依式 整理得： 此值在圖上作線（5）即為液相負(fù)荷下限線，如圖5-1所示。將以上5條線標(biāo)繪與圖5-1中，即為精餾段負(fù)荷性能圖。5條線包圍區(qū)為精餾段塔板操作區(qū)，P為操作點(diǎn)，OP為操作線。OP線與線（1）的交點(diǎn)相應(yīng)氣液負(fù)荷為，線與

20、汽相負(fù)荷下限線（4）的交點(diǎn)相應(yīng)汽相負(fù)荷為。可知本設(shè)計(jì)塔板上限由霧沫夾帶控制，下限由漏液控制。臨界點(diǎn)的操作彈性=1.24。 第六章 附屬設(shè)備類型再沸器選用立式熱虹吸式再沸器，回流泵 單級(jí)離心泵IS 80-50-250（n=1450r/min）塔頂蒸汽接管 選用管徑336.84mm，圓整為350mm，外徑為374mm，壁厚12.8mm的連續(xù)鑄鐵管。第七章 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提餾段各段平均壓強(qiáng)pmkpa各段平均溫度tm718平均流量汽相Vsm³/s液相Lsm³/s實(shí)際塔板數(shù)N塊1222板間距HTm塔有效高度Zm塔徑Dm空塔氣速um/s塔板液流型式單流型單流型溢流裝置溢流管型式弓形弓形堰長(zhǎng)lWm堰高h(yuǎn)Wm溢流堰寬度Wdm管底與受液盤距離h0m板上清液層高度hLm孔徑d0mm孔間距tmm1515孔數(shù)n個(gè)1252512525開孔面積A0m2篩孔氣速u0 m/s塔板壓降hpkpa液體在降液管中的停留時(shí)間s降液管內(nèi)清液層高度Hdm霧沫夾帶eVkg/kg液相負(fù)荷上限m3/s液相負(fù)荷下限m3/s汽相最大負(fù)荷m3/s汽相最小負(fù)荷m3/s操作彈性第8章 對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述及對(duì)有關(guān)問題的分析討論這此課程設(shè)