《化工設(shè)計》課程設(shè)計甲醇--水二元篩板精餾塔設(shè)計

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1、 ?化工設(shè)計? 課 程 設(shè) 計題目 甲醇-水二元篩板精餾塔設(shè)計 學(xué) 院 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)班級 2021級8班 學(xué)生姓名 陳亞蘭 學(xué)生學(xué)號 2021202162 2021 年 12月 17 日目錄1、 設(shè)計任務(wù)與要求. 1.1、設(shè)計條件. 1.2、設(shè)計任務(wù).2、 設(shè)計說明書. 2.1、概述. 2.2、物料衡算. 2.3、能量衡算. 2.4、工藝設(shè)計計算. 2.4.1、產(chǎn)品濃度度計算. 2.4.2、平均相對揮發(fā)度計算. 2.4.3、最小回流比的計算和適宜回流比確實定. 2.4.4。精餾段和提餾段操作線方程. 2.4.5、逐板計算法確定理論板數(shù)及進料位置. 2.4.6、實際塔板數(shù)及實際加料位置和全

2、塔效率. 2.5、精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計. 2.5.1、物性計算. 2.5.2、工藝尺寸計算. 2.5.2.1、塔徑計算. 2.5.2.2、精餾塔有效高度計算. 2.5.2.3、整體塔高.2.5.2.4、溢流裝置計算. 2.5.2.5、弓形降液管寬度及截面積計算. 2.5.2.6、將液管底隙高度.精餾塔的流體力學(xué)驗算. 2.6.1塔板壓降. 2.6.2液面落差. 2.6.3液沫夾帶. 2.6.4漏液. 2.6.5液泛. 2.6.6塔板負荷性能圖.塔的接管. 2.7.1進料管. 2.7.2回流管. 2.7.3塔頂蒸汽出料管. 2.7.4塔底出料管. 2.7.5塔底蒸汽出料.3. 結(jié)果匯總表.4

3、、 后記. 5、 設(shè)備尺寸圖6、 管道方位圖7、設(shè)備局部圖題號設(shè)計說明書備注一、二、 、 三、設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計條件：常壓 P=1atm絕壓 處理量： 20t/d 進料組成25% 餾出液組成98.5% 以上均為摩爾分率回收率： 98.5%加料熱狀況 q=0.97 塔頂全凝器 泡點回流 單板壓降 設(shè)計任務(wù)：1、撰寫一份設(shè)計說明書 2、設(shè)備尺寸圖 3、管道方位圖 4、局部零件結(jié)構(gòu)圖設(shè)計說明書概述 篩板塔是扎板塔的一種，內(nèi)裝假設(shè)干層水平塔板，板上有許多小孔，形狀如篩；并裝有溢流管或沒有溢流管。篩板塔簡稱篩板，結(jié)構(gòu)特點為塔板上開有許多均勻的小孔，根據(jù)孔徑的大小分為小孔徑篩板孔徑為38mm和大孔徑篩板孔

4、徑為1025mm兩類，工業(yè)應(yīng)用中以小孔徑篩板為主，大孔徑多用于某些特殊場合如別離粘度大，易結(jié)焦的物系。篩板塔優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低；氣流壓降小、板上液面落差??；生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻；傳質(zhì)效率高。物料衡算 原料處理量 F=39kmol/h 總物料衡算 F=D+W 甲醇的物料衡算 FxF=DxD+Wxw 聯(lián)立，得 D=8koml/h W=F-D=31kmol/h熱量衡算10時塔頂上升的熱量，塔頂0為基準2回流液的熱量 tD (3)塔頂餾出液熱量 (4)進料熱(5)塔底殘液熱(6)冷凝管消耗熱(7)再沸器提供熱：塔釜熱損失10%。即即實際熱負荷：計算得：熱量衡算結(jié)果工程進料冷凝器塔頂餾出液塔底

5、殘液再沸器-熱量QkJ/h2137657.3229756547.2081274989.397871754.12493316351.49 表4-2熱量計算結(jié)果工藝設(shè)計計算產(chǎn)品濃度的計算原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率：甲醇的摩爾質(zhì)量： =32 水的摩爾質(zhì)量：=18 平均相對揮發(fā)度的計算 表2-1甲醇-水Antdne常數(shù)1AB甲醇水當(dāng)塔頂溫度tD=時 聯(lián)立，解得：782.78mmHg 進料溫度 tF=時 聯(lián)立，解得：1020.94mmHg 塔底溫度 tw=時 聯(lián)立，解得：2292.56mmHg 相對揮發(fā)度 ：最小回流比的計算和適宜回流比確實定7 那么： 相平衡方程： 聯(lián)立方程，解得：ye=0.54

6、, xe=0.235 所以， 根據(jù)公式查吉利蘭關(guān)聯(lián)圖2 繪制表2-2倍數(shù)RN0.5683400.32699.22029482148.94786680.30898.78968898908.5818920718.4670.8473369849500.2234678.20032310.42788.120880.256089171.17680.38577.879圖2-1甲醇平衡曲線圖取操作回流比精餾段和提餾段操作線方程精餾段操作線方程：yn+1=xn+提餾段操作線方程：逐板法確定理論板數(shù)及進料位置由q=0.97得 Xq=0.26第一塊塔板上升氣相組成：y1=xD76代入平衡曲線 得第一塊塔板下降液相組

7、成：再將x12，如此反復(fù)計算得如下結(jié)果： y2=0.9213，x2y3=0.8587，x3y4=0.7883，x4=0.49300.547=xq即第四塊板為理論加料板位置，改用提餾段操作線方程計算如下：y5=0.7570，x5y6=0.5661，x6y7=0.3732，x7y8=0.2043，x8y9=0.1045，x9=0.02970.035=xw所以，理論板數(shù)共9塊(包括再沸器),第 4塊板加料，其中精餾段為4塊板 實際塔板數(shù)及實際加料位置和全塔效率精餾段： 提餾段：=3.32 塊全塔所需實際板數(shù)：1+11=28塊 全塔效率實際加料版為第 5 塊精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計計算物性計算1.操作

8、壓力計算：應(yīng)該根據(jù)處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性原那么。對熱敏物料，一般采用減壓操作，可使相對揮發(fā)度增大，利于別離，但壓力減小，導(dǎo)致塔徑增加，要使用抽空設(shè)備。對于物性無特殊要求的采用常壓操作。塔頂壓力=101.3=101.3kPa 單板壓降P=進料板壓力pF7=105.2kPa塔底壓力pw精餾段平均壓力pm提留段平均壓力pm =(1+)/2=kPa2.操作溫度計算： 1x0y0t/100xyt/精餾段平均溫度： 提餾段平均溫度： 3.平均摩爾質(zhì)量計算：塔頂溫度：tD汽相組成yD： 進料溫度：tF汽相組成yF：塔底溫度：tW汽相組成yW：精餾段平均液相組成：精餾段平均汽相組成

9、：提餾段平均液相組成：提餾段平均汽相組成： 、精餾段精餾段平均溫度精餾段平均液相組成：精餾段平均汽相組成：精餾段液相平均分子量：精餾段氣相平均分子量：液相密度：氣相密度：液相流量：氣相流量：、提餾段提餾段平均液相組成：提餾段平均氣相組成： 提餾段液相平均分子量：提餾段氣相平均分子量： 液相密度：氣相密度：液相流量：氣相流量：4.液體平均外表張力計算：表3-2 甲醇、水密度、粘度、外表張力在不同溫度下的值1溫度5060708090100甲醇760751743734725720水960.4甲醇39水76甲醇14.76水67.468.0 查圖知：二元有機物-水溶液外表張力可用以下公式計算， 代入上式

10、得：塔頂液外表張力：進料板液相外表張力tF, 代入上式得：進料液相外表張力： 塔底液相外表張力， 代入上式得：塔底液相外表張力：精餾段平均液相外表張力：提餾段平均液相外表張力：全塔平均液相外表張力： 精餾塔主要工藝尺寸的計算塔徑的計算精餾段欲求塔徑應(yīng)先求出空塔氣速 u平安系數(shù)umax 功能參數(shù)：取塔板間距=0.45m，板上液層高度，那么別離空間：從史密斯關(guān)聯(lián)圖2，由于塔截面積：實際空塔氣速：提餾段功能參數(shù)：取塔板間距=0.45m，板上液層高度，那么別離空間：從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于 圓整取： D塔截面積：空塔氣速：精餾塔有效高度計算精餾段有效高度 提餾段有效高度6米,開人孔的兩塊板間距取0.

11、57米所以應(yīng)多加高(0.6-0.45)76mZ=+0.386=4.5+2.7+0.386=7.602m整體塔高1塔頂封頭：本設(shè)計采用橢圓型封頭，由公稱直徑DN=800mm，=200mm，。那么封頭高度2塔頂空間：設(shè)計中取塔頂間距3塔底空間：4人孔：對于D100mm的板式塔，需設(shè)置3個人孔，每個人孔直徑450mm，在設(shè)置人 孔處板間距=600mm 5進料板處板間距：=800mm6裙座：本設(shè)計采用圓筒形裙座，由于裙座內(nèi)徑800mm，故裙座厚度取16mm，取裙座高=3m溢流裝置計算 選用單溢流弓形管降液管，不設(shè)進口堰。取堰長 查流液收縮圖可知 6 hwhLhow 其中 得how=6m how60m

12、hw653m hw,25m弓形降液管寬度和截面積Af 查圖知 2 知 精餾段： 驗算液體在降液管內(nèi)停留時間 提鎦段：降液管底隙高度，取那么精餾段：提鎦段：故降液管底隙高度設(shè)計合理。精餾塔的流體力學(xué)驗算塔板壓降干板阻力計算由/3精餾段：1m提餾段：m液面落差對于D1.58m的篩板，液面落差可以忽略不計。液沫夾帶精餾段：提餾段：本設(shè)計液沫夾帶量在允許范圍0.1 kg液/kg氣內(nèi),符合要求漏液篩板塔,漏液點氣速帶入數(shù)據(jù)得：精餾段，提餾段實際孔速:精餾段,提餾段，穩(wěn)定系數(shù):精餾段，提餾段均大于1.5小于2,所以設(shè)計無明顯液漏符合要求.液泛對于設(shè)計中的甲醇-水體系=0.5, Hd由于板上不設(shè)進口堰精餾段

13、液柱提餾段所以不會發(fā)生淹泛現(xiàn)象以上各項流力學(xué)驗算可認為精餾段、提溜段塔徑及各項工藝尺寸是適合的。塔板負荷性能圖漏液線由 得精餾段：=得=提餾段：得= 表3-1漏液線計算結(jié)果精餾段0.386提餾段0.451液沫夾帶線以kg液/kg氣為限求-關(guān)系： 由 精餾段： 整理得 提餾段： 整理得表3-2 液沫夾帶線計算結(jié)果精餾段提餾段0.68液相負荷下限線對于平流堰，取堰上液層高度how5m作為最小液體負荷標(biāo)準，由式計算 精餾段： 提餾段：液相負荷上限線以=4s作為液體在降液管中停留的下限 s 精餾段： 提鎦段：液泛線Hd=() 由， 得 其中帶入數(shù)據(jù) 所以精餾段 提餾段表3-3 液泛線計算結(jié)果精餾段提餾

14、段操作彈性由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負荷圖。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負荷，可知操作點在正常的操作范圍內(nèi)，作出操作線圖圖3-1精餾段負荷性能圖由圖， 故精餾段操作彈性為/圖3-2提餾段負荷性能圖 由圖， 故提餾段操作彈性為/精餾段提餾段操作彈性均大于1小于5,符合要求。塔的接管進料管 采用直管進料，管徑為 查的選取25mm3mm 規(guī)格的熱軋無縫鋼管?；亓鞴?直管回流，取 查的選取25mm3mm規(guī)格的熱軋無縫鋼管。塔頂蒸汽出料管采用直管出料，取那么 查的選取219mm10mm規(guī)格的熱軋無縫鋼管。塔底出料管采用直管進氣，取 查的選取20mm3mm 規(guī)格的熱軋無縫鋼管。塔底蒸汽出料管那么有

15、 查的選取219mm8mm規(guī)格的熱軋無縫鋼管。 結(jié)果匯總表參數(shù)符號參數(shù)名稱精餾段提餾段Ls (m/s)液相流量N實際塔板數(shù)711Z( m)有效段高度D(m)塔徑H T(m)板間距 (m)板厚溢流形式單溢流單溢流降液管形式弓形弓形溢流堰平行平行l(wèi) W (m)堰長h W (m)堰高hl (m)板上液層高度h OW (m)堰上液層高度h O (m)降液管底隙高度W d (m)降液管寬度W s (m)安定區(qū)寬度W c (m)邊緣區(qū)高度Aa (m)有效傳質(zhì)面積A T (m)塔橫截面積A f (m)降液區(qū)面積A O m篩孔面積d Om篩孔直徑tm孔中心距n篩孔數(shù)目15801580U m/s空塔氣速平安系數(shù)

16、U O m/s篩孔氣速K穩(wěn)定系數(shù)H l m液柱液體有效阻力HlHm液柱液體外表張力阻力H p m液柱總阻力Ppa每層塔板壓降649636E液流收縮系數(shù)C O孔流系數(shù)液相負荷上限液相負荷下限汽相最大負荷 汽相最小負荷df進料管直徑dr回流管直徑dv塔頂蒸汽出料管直徑dw塔底出料管直徑dV塔底蒸汽出料管直徑后記 本次化工原理課程設(shè)計歷時兩周,是學(xué)習(xí)化工原理以來第一次獨立的設(shè)計。通過此次課程設(shè)計,使我更加扎實的掌握了有關(guān)化工原理方面的知識,在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題,但經(jīng)過一次又一次的思考,一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在,也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗缺乏。實踐出真知,通過親自動手

17、設(shè)計,使我們掌握的知識不再是紙上談兵。 過而能改,善莫大焉。在課程設(shè)計過程中?我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤,不斷改正,不斷領(lǐng)悟,不斷獲取。最終的檢測環(huán)節(jié)?本身就是在踐行“過而能改,。在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師和同學(xué)們的幫助下，終于游逆而解。使我認識到在今后社會的開展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決。只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅。也永遠不可能得到社會及他人對你的認可。 課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升。同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道理，給了我很多思考，給了我莫大的思維發(fā)散空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深，使我對抽象的理論有了更為具體的認識。 譚天恩，?化工原理?，化學(xué)工業(yè)出版社