化工原理課程設(shè)計(jì)(乙醇和水的分離)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上化工原理課程設(shè)計(jì)課題名稱 乙醇-水分離過(guò)程篩板精餾塔設(shè)計(jì) 院 系 可再生能源學(xué)院 班 級(jí) 應(yīng)用化學(xué)0901班 學(xué) 號(hào) 28 學(xué)生姓名 蔡 文 震 指導(dǎo)老師 覃 吳 設(shè)計(jì)周數(shù) 1 目錄專心-專注-專業(yè)一、化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1設(shè)計(jì)題目分離乙醇一水篩板精餾塔的設(shè)計(jì)1.2原始數(shù)據(jù)及條件：生產(chǎn)能力：年處理乙醇一水混合液2.6萬(wàn)噸/年（約為87噸/天）。原料：來(lái)自原料罐，溫度20，乙醇含量為46%（質(zhì)量分率，下同）。分離要求：塔頂乙醇含量不低于95%。塔底乙醇含量不高于0. 05%。塔頂壓力P=105KPa。進(jìn)料狀態(tài)為冷進(jìn)料。塔釜為飽和蒸汽直接加熱。二、塔板工藝設(shè)計(jì)2.1

2、精餾塔全塔物料衡算F：進(jìn)料量（Kmol/s） D：塔頂產(chǎn)品流量（Kmol/s） W：塔底殘液流量（Kmol/s） 原料乙醇組成：塔頂組成：塔底組成：進(jìn)料量：物料衡算式：F=D+W聯(lián)立求解：D =0.0153Kmol/s W =0.0387Kmol/s2.2乙醇和水的物性參數(shù)計(jì)算2.2.1 溫度常壓下乙醇-水氣液平衡組成與溫度的關(guān)系溫度T液相中乙醇的摩爾分率%氣相中乙醇的摩爾分率%1000.000.0095.50.01900.170089.00.07210.389186.70.09660.437585.30.12380.470484.10.16610.508982.70.23770.544582

3、.30.26080.558081.60.32730.582680.70.39650.612279.80.50790.656479.70.51980.659979.30.57320.684178.740.67630.738578.410.74720.781578.150.89430.8943根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以求得 1. 精餾段平均溫度：2. 提留段平均溫度：2.2.2 密度已知：混合液密度： 混合氣密度：塔頂溫度：氣相組成： 進(jìn)料溫度：氣相組成： 塔底溫度：氣相組成： （1） 精餾段液相組成：氣相組成：所以 (2) 提留段液相組成：氣相組成：所以不同溫度下一寸與水的密度表溫度T，708090100

4、110754.2742.3730.1717.4704.3977.8971.8965.3958.4951.6所以（1） 精餾段平均相對(duì)揮發(fā)度（2）提留段平均揮發(fā)度6 查手冊(cè)得 查手冊(cè)得 （1） 精餾段黏度：（2） 提留段黏度：查物理化學(xué)手冊(cè)可得水的表面張力的經(jīng)驗(yàn)公式：所以可以求得，乙醇的查取表可以通過(guò)內(nèi)插法算得液體表面張力溫 度6080100乙醇19.2mN/m17.3mN/m15.5mN/m,塔頂表面張力：， ， ， （1） 精餾段的平均表面張力：（2） 提餾段的平均表面張力：2.3塔板的計(jì)算2.3.1 q、 精餾段、提留段方程計(jì)算 泡點(diǎn)溫度82.46平均溫度：乙醇的摩爾熱容乙醇的摩爾汽化焓水

5、的摩爾熱容水的汽化潛熱平均汽化熱對(duì) 不論q=1還是q=1.13 挾點(diǎn)均是切點(diǎn)。所以最小回流比一樣，在x=0.和x=1.0之間擬合平衡曲線乙醇水平衡數(shù)據(jù)液相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)液相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)0.00.00.250.5510.010.110.300.5750.020.1750.400.6140.040.2730.500.6570.060.340.600.6980.080.3920.700.7550.100.430.800.820.140.4820.8940.8940.180.1530.950.9420.200.5251.01.0計(jì)算得根據(jù)工藝要求取1.8精

6、餾段方程：提留段方程：根據(jù)吉利蘭關(guān)聯(lián)圖，已知對(duì)應(yīng) 取13塊板，精餾段7塊，提留段5塊（塔釜一塊）實(shí)際塔板數(shù)：全塔效率：2.4操作壓力的計(jì)算取每塊板的壓降為0.7KPa3、 塔體的工藝尺寸計(jì)算3.1塔徑的初步計(jì)算（1） 精餾段：質(zhì)量流量：體積流量：（2） 提留段：質(zhì)量流量：體積流量：板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計(jì)算，即式中 D 塔徑m；Vs 塔內(nèi)氣體流量m3/s；u 空塔氣速m/s。由上式可見(jiàn)，計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是計(jì)算空塔氣速u。設(shè)計(jì)中，空塔氣速u的計(jì)算方法是，先求得最大空塔氣速umax，然后根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，乘以一定的安全系數(shù)，即最大空塔氣速umax可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為式中 umax允許空

7、塔氣速，m/s；V，L分別為氣相和液相的密度，kg/m3 ； C氣體負(fù)荷系數(shù)，m/s，對(duì)于浮閥塔和泡罩塔可用圖4-1確定；圖中的氣體負(fù)荷參數(shù)C20僅適用于液體的表面張力為0.02N/m，若液體的表面張力為6N/m，則其氣體負(fù)荷系數(shù)C可用下式求得：所以，初步估算塔徑為： 其中，u適宜的空塔速度，m/s。由于精餾段、提餾段的汽液流量不同，故兩段中的氣體速度和塔徑也可能不同。在初算塔徑中，精餾段的塔徑可按塔頂?shù)谝粔K板上物料的有關(guān)物理參數(shù)計(jì)算，提餾段的塔徑可按釜中物料的有關(guān)物理參數(shù)計(jì)算。也可分別按精餾段、提餾段的平均物理參數(shù)計(jì)算。圖中 HT塔板間距，m； hL板上液層高度，m；V ,L分別為塔內(nèi)氣、液

8、兩相體積流量，m3/s； V，L 分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3 取 查圖得m/s取安全系數(shù)0.7則空塔氣速D=0.84m取 查圖得取安全系數(shù)0.7則空塔氣速D=0.75m精餾段與提留段相差不大，根據(jù)JB-1153-73圓整塔徑取D=1m實(shí)際氣速：精餾段，提留段3.2塔體有效高度的計(jì)算3.3精餾塔的塔高計(jì)算實(shí)際塔板數(shù)：選取每9層塔建立一個(gè)人孔，故人孔數(shù)為3個(gè)設(shè)人孔處的板間距;進(jìn)料段高度：取取塔底停留時(shí)間為5min3.4溢流裝置選用平直堰E近似取1計(jì)算得精餾段：提留段：因?yàn)?查弓形降液管參數(shù)圖得故根據(jù)驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間精餾段：提留段：故設(shè)計(jì)合理。（1） 精餾段取降液管底隙的流速則（2）

9、提留段取降液管底隙的流速則3.5塔板布置因?yàn)楣仕宀捎梅謮K式。查塔板分塊相關(guān)資料塔徑<14001400160016001800分塊數(shù)334故分3塊取 開(kāi)孔區(qū)面積按下式計(jì)算，即其中故由于乙醇和水物系無(wú)腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為篩孔數(shù)目n為開(kāi)孔率為氣體通過(guò)閥孔的速度精餾段：提留段：4、 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算4.1塔板壓降由查圖故 精餾段： 提留段：精餾段：查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖可知提留段：查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖可知精餾段：提留段：4.2液沫夾帶精餾段：提留段：故設(shè)計(jì)符合要求4.3漏液篩板塔動(dòng)能因子810，取9精餾段：提留段：穩(wěn)定系數(shù)：故本設(shè)計(jì)無(wú)明顯液漏4.4液泛乙醇

10、水體系不宜發(fā)泡，故安全系數(shù)取精餾段：提留段：故本設(shè)計(jì)不會(huì)產(chǎn)生液泛。5、 塔板負(fù)荷性能圖5.1漏液線推出精餾段：提留段：精餾段0.00100.00080.00060.3870.3820.377提留段0.00100.00080.00060.4950.4880.4825.2液沫夾帶線已為限，求精餾段：提留段：精餾段0.00100.00080.00061.3901.4071.425提留段0.00100.00080.00061.6611.6801.705.3液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此可做出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相的負(fù)荷下限線。5.4液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液

11、管中停留的時(shí)間的下限，據(jù)此可做出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相的負(fù)荷上限線。5.5液泛線根據(jù)篩板流體力學(xué)驗(yàn)算過(guò)程液泛部分的計(jì)算，可整理得帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得精餾段：提留段：精餾段0.00100.00080.00062.0032.0052.007提留段0.00100.00080.00062.5272.5412.5575.6圖表匯總及負(fù)荷曲線圖精餾段負(fù)荷線0.0010.00080.0006漏液線0.3870.3820.377液沫夾帶線1.3901.4071.425液相負(fù)荷下限線0.0003液相負(fù)荷上限線0.0046液泛線2.0032.0052.007提留段負(fù)荷線0.0010.00080.0006漏液線0.49

12、50.4880.482液沫夾帶線1.6611.6801.70液相負(fù)荷下限線0.0003液相負(fù)荷上限線0.0046液泛線2.5272.5412.5576、 主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選取6.1 蒸汽出口管的管徑計(jì)算由于是常壓蒸餾，允許氣速：12.0020.00m/s，本次設(shè)計(jì)選取15m/s圓整直徑：6.2回流管的管徑計(jì)算冷凝器安裝在塔頂，一般流速為0.20.5故選取流速為0.4m/s圓整直徑：6.3進(jìn)料管的管徑：取精料速度為2.00m/s進(jìn)料體積流量：故圓整直徑：6.4釜底排出管的管徑計(jì)算取排出速度0.8m/s圓整直徑：七、課程設(shè)計(jì)總結(jié)短短一周的課程設(shè)計(jì)，任務(wù)很重，從查資料到計(jì)算，再到畫(huà)圖都是一個(gè)

13、人完成的，收獲很大，不僅復(fù)習(xí)以前所學(xué)的知識(shí)，還拓展了很多的新知識(shí)。將這次課程設(shè)計(jì)中自己遇到的問(wèn)題以及解決的方法寫(xiě)在這里。1. 遇到選型的問(wèn)題。我做的是乙醇水的分離系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)可以用篩板塔和浮閥塔，因?yàn)樽稣n程設(shè)計(jì)是一種最優(yōu)方案的選取，所以為了選取最好的方案，我將兩個(gè)選型的大體計(jì)算全做了，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)浮閥塔單板的壓降會(huì)大于0.7KPa不符合我最初的設(shè)計(jì)，因此選擇了篩板塔。2. 乙醇-水體系冷進(jìn)料的q線計(jì)算，因?yàn)橐郧皩W(xué)習(xí)還是考試中遇到的問(wèn)題基本都是飽和進(jìn)料，并且體系都是理想的，操作線和平衡線很好求，不用涉及利用摩爾焓和汽化潛熱的計(jì)算q的方法，并且本次設(shè)計(jì)使用捷算法計(jì)算理論板數(shù)，通過(guò)使用origin和matlab軟件畫(huà)圖和計(jì)算擬合平衡方程。3. 學(xué)習(xí)查詢各種手冊(cè)和設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樽鲈O(shè)計(jì)，所以需要查詢很多物性參數(shù)，對(duì)于化工手冊(cè)的使用和讀取關(guān)聯(lián)圖的能力在本次設(shè)計(jì)中得到了鍛煉。4. 負(fù)荷性能的曲線，開(kāi)始算了5條線的參數(shù)，畫(huà)圖后不負(fù)荷理論知識(shí)，后來(lái)經(jīng)過(guò)老師的幫助和查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于一些知識(shí)不能刻板的利用書(shū)本的知識(shí)，需要結(jié)合實(shí)際，例如在我的實(shí)驗(yàn)中，液泛線的閥值很高，無(wú)法與液沫夾帶線相交，經(jīng)過(guò)核算計(jì)算部分沒(méi)錯(cuò)，所以就要思考如何設(shè)計(jì)與取值的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)我的極值法分析，和帶入具體數(shù)據(jù)進(jìn)行全塔驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)取值只