化工原理課程設(shè)計(jì)第五組

1、化工原理課程設(shè)計(jì)板式精餾塔 2011級(jí)制藥工程 第五組設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年1月15日至2014年4月15日 第一章第一章 概概 述述 乙醇水是工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無色、無毒、無致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。因其良好的理化性能，而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來，由于燃料價(jià)格的上漲，乙醇燃料越來越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì)，且已在鄭州、濟(jì)南等地的公交、出租車行業(yè)內(nèi)被采用。山東業(yè)已推出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。 塔設(shè)備是最常采用的精餾裝置，無論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，在此我們作板式塔的設(shè)計(jì)以熟悉單元操作設(shè)備的設(shè)計(jì)流程和應(yīng)

2、注意的事項(xiàng)是非常必要的。 1.1 精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求精餾所進(jìn)行的是氣、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求：（1）氣、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。（2）操作穩(wěn)定，彈性大，當(dāng)塔設(shè)備的氣、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。（3）流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于

3、減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。（5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。（6） 塔內(nèi)的滯留量要小。實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，不同的塔型各有各的的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，進(jìn)行選型。 1.2 板板 式式 塔塔 類類 型型 氣液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。 板式塔為逐級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩

4、板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。篩板塔是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1） 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為浮閥塔的80左右。（2） 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加1015。（3） 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。（4）壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30左右。 篩板塔的缺點(diǎn)是：（1）塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。（2） 操作彈性較小(約23)。（3）小孔篩板容易堵塞。 第二章第二章 設(shè)計(jì)方案確定及

5、流程說明設(shè)計(jì)方案確定及流程說明 2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)與條件設(shè)計(jì)依據(jù)與條件 設(shè)計(jì)依據(jù)：依據(jù)教科書的設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)所提出問題進(jìn)行分析與討論 設(shè)計(jì)條件： 原料組成：35%的乙醇，泡點(diǎn)進(jìn)料； 產(chǎn)品組成：塔頂?shù)囊掖己坎恍∮?0%，塔 底的乙醇含量不大于0.5%; 操作壓力： 塔頂壓強(qiáng)為常壓; 可取回流比為最小回流比的1.45倍； 每年按300天計(jì)算，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。 （1）設(shè)計(jì)內(nèi)容確定精餾裝置流程；工藝參數(shù)的確定：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查取與估算，工藝過程的物料衡算及熱量衡算，理論塔板數(shù)，塔板效率，實(shí)際塔板數(shù)等。主要設(shè)備工藝尺寸計(jì)算：板間距，塔徑，塔高，溢流裝置，塔盤布置流體力學(xué)計(jì)算：流體力學(xué)驗(yàn)算，操作負(fù)荷性能圖

6、及操作彈性。 主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型。（2）設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)說明書一份 作圖法求理論塔板數(shù)圖紙一張 帶控制點(diǎn)工藝流程圖(3#圖紙)一張。 2.2 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 內(nèi)內(nèi) 容容 與與 任任 務(wù)務(wù) 根 據(jù) 生 產(chǎn) 任 務(wù)：每 年 300 天，每 天 24小時(shí)運(yùn) 行，產(chǎn)品流量為4.17th。 由于產(chǎn)品黏度較小，流量較大，為減少造價(jià)，降低生產(chǎn)過程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，選用篩板塔。 2.3 2.3 塔塔 型型 選選 擇擇2.4 精精 餾餾 裝裝 置置 流流 程程 乙醇水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后，用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用冷凝后，部分回流，其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間

7、接蒸汽再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。 精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。 乙醇水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔進(jìn)料板，在進(jìn)料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過程。 精精 餾餾 裝裝 置置 流流 程程 圖圖 第三章第三章 精餾塔工藝參數(shù)的確定精餾塔工藝參數(shù)的確定 3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查取與估算 表一 乙醇-水系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)3.1.1 溫溫 度度 計(jì)

8、計(jì) 算算 3.1.2 精餾段、提餾段的平均摩爾質(zhì)量精餾段、提餾段的平均摩爾質(zhì)量 3.1.3 密密 度度 計(jì)計(jì) 算算 3.1.4 粘粘 度度 計(jì)計(jì) 算算 3.1.5 混合液體表面張力計(jì)算混合液體表面張力計(jì)算 3.1.6 塔塔 的的 物物 性性 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 列列 表表 3.2 精精 餾餾 塔塔 的的 物物 料料 衡衡 算算 3.2.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 3.2.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 3.2.3 全全 塔塔 物物 料料 衡衡 算算 3.3 精精 餾餾 塔塔 的的 熱熱 量量 衡衡 算算 3.3.1

9、 塔塔 頂頂 冷冷 凝凝 器器 的的 熱熱 量量 衡衡 算算 3.3.2 塔塔 釜釜 再再 沸沸 器器 的的 熱熱 量量 衡衡 算算 3.4.1 相相 對(duì)對(duì) 揮揮 發(fā)發(fā) 度度 3.4 塔塔 板板 數(shù)數(shù) 的的 確確 定定 3.4.2 最最 小小 回回 流流 比比 及及 操操 作作 回回 流流 比比 的的 確確 定定3.4.3 理理 論論 塔塔 板板 數(shù)數(shù) 的的 求求 取取3.4.3.1 捷捷 算算 法法 求求 理理 論論 板板 數(shù)數(shù) 3.4.3.2 計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 軟軟 件件 作作 圖圖 法法 求求 理理 論論 板板 數(shù)數(shù)3.4.4 精精 餾餾 塔塔 總總 板板 效效 率率 3.4.5 實(shí)實(shí)

10、際際 塔塔 板板 數(shù)數(shù) 說明：圖解法與捷算法計(jì)算結(jié)果存在較小差異，以上計(jì)算以圖解法進(jìn)行計(jì)算 第四章第四章 主主 要要 設(shè)設(shè) 備備 工工 藝藝 尺尺 寸寸 計(jì)計(jì) 算算 4.1 氣氣 液液 相相 流流 量量 計(jì)計(jì) 算算 4.2 板間距的確定板間距的確定 4.3塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 4.4 塔高的計(jì)算塔高的計(jì)算4.5 溢溢 流流 裝裝 置置 4.5.1 堰堰 長(zhǎng)長(zhǎng) 4.5.2 方形降液管的寬度和橫截面方形降液管的寬度和橫截面 4.5.3 降降 液液 管管 底底 隙隙 高高 度度 4.6 塔塔 板板 布布 置置 4.6.1 塔塔 板板 分分 布布 4.6.2 開開 孔孔 區(qū)區(qū) 面面 積積 4.6.3

11、篩篩 板板 的的 篩篩 孔孔 和和 開開 孔孔 率率 第五章第五章 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 5.1 氣體通過塔板的壓力降氣體通過塔板的壓力降 5.1.1 干板阻力干板阻力 5.1.2 板上充氣液層阻力板上充氣液層阻力 5.1.3 由表面張力引起的阻力由表面張力引起的阻力5.2 液液 面面 落落 差差5.3 液液 泛泛 5.4 液液 沫沫 夾夾 帶帶 5.5 漏漏 液液 第六章第六章 塔板操作負(fù)荷性能圖塔板操作負(fù)荷性能圖 6.1 漏漏 液液 線線 6.2 液液 沫沫 夾夾 帶帶 線線 6.3 液液 相相 負(fù)負(fù) 荷荷 下下 限限 線線 6.4 液液 相相 負(fù)負(fù) 荷荷 上上 限限 線線

12、 6.5 液液 泛泛 線線 6.6 操操 作作 彈彈 性性 操操 作作 負(fù)負(fù) 荷荷 性性 能能 圖圖第七章第七章 主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 7.1 冷凝器冷凝器 冷凝器的選擇：強(qiáng)制循環(huán)式冷凝器 冷凝器置于塔下部適當(dāng)位置，用泵向塔頂送回流冷凝水，在冷凝器和泵之間需設(shè)回流罐設(shè)回流罐，這樣可以減少臺(tái)架，便于維修、安裝，而且造價(jià)低。前面經(jīng)熱量衡算已得塔頂全凝器的熱負(fù)荷： 取水為冷凝介質(zhì)，進(jìn)出冷凝器的溫度分別25和45時(shí)，冷凝水用量為： 已知有機(jī)物蒸汽冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為 ： 7.2 再再 沸沸 器器 設(shè)計(jì)結(jié)果總表一覽設(shè)計(jì)結(jié)果總表一覽 說明：設(shè) 計(jì) 結(jié) 果

13、總 表 一 覽 續(xù) 表設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 小小 結(jié)結(jié)化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；同時(shí)，學(xué)會(huì)查找各工藝參數(shù)等信息，掌握各種結(jié)果的校核。設(shè)計(jì)過程，使我更加明白了在設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性。 在短短的幾個(gè)月里，從開始的一頭霧水，到同學(xué)討論，再進(jìn)行整個(gè)流程的計(jì)算，再到對(duì)塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算和后期的材料整理過程，我真切感受到利用所學(xué)到有限的理論知識(shí)去解決實(shí)際中各種問題的不易，明白了學(xué)無止境的道理，也體會(huì)到同學(xué)合作學(xué)習(xí)中的樂趣?？傮w上來說，通過本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，讓我對(duì)自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)了我們工程設(shè)計(jì)能力。在此，還要感謝李傳潤(rùn)老師對(duì)我的指導(dǎo)與幫助，也感謝我的組員劉博、劉亞偉、劉忍的支持。限于我們的水平，設(shè)計(jì)中難免有不足和謬誤之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。附圖一 圖解法求理論塔板數(shù) 附圖二 帶控制點(diǎn)工藝流程圖 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn)