化工原理課程設(shè)計,甲醇和水的分離精餾塔的設(shè)計

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院 化工原理課程設(shè)計說明書課題：甲醇和水的分離學(xué)院：材料與化學(xué)工程學(xué)院班級：姓名：學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 目錄第一章 流程確定和說明21.1.加料方式21.2.進(jìn)料狀況21.3.塔型的選擇21.4.塔頂?shù)睦淠绞?1.5.回流方式31.6.加熱方式3第二章 板式精餾塔的工藝計算32.1物料衡算32.3 塔板數(shù)的確定及實(shí)際塔板數(shù)的求取52.3.1理論板數(shù)的計算52.3.2求塔的氣液相負(fù)荷52.3.3溫度組成圖與液體平均粘度的計算62.3.4 實(shí)際板數(shù)72.3.5試差法求塔頂、塔底、進(jìn)料板溫度7第三章 精餾塔的工藝條件及物性參數(shù)的計算93.1 平均分子量的確定93.2平均密度的確定103.

2、3. 液體平均比表面積張力的計算12第四章 精餾塔的工藝尺寸計算134.1氣液相體積流率134.1.1 精餾段氣液相體積流率：134.1.2提餾段的氣液相體積流率：14第五章 塔板主要工藝尺寸的計算155.1 溢流裝置的計算155.1.1 堰長155.1.2溢流堰高度：155.1.3弓形降液管寬度165.1.4 降液管底隙高度165.1.5 塔板位置及浮閥數(shù)目與排列17第六章 板式塔得結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備266.1附件的計算266.1.1接管266.1.2 冷凝器306.1.3再沸器31第七章 參考書錄31第八章 設(shè)計心得體會31第一章 流程確定和說明1.1.加料方式加料方式有兩種：高位槽加料和泵直

3、接加料。采用高位槽加料，通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定的流速和流量，通過重力加料，可以節(jié)省一筆動力費(fèi)用，但由于多了高位槽，建設(shè)費(fèi)用相應(yīng)增加；采用泵加料，受泵的影響，流量不太穩(wěn)定，流速不太穩(wěn)定，流速不太穩(wěn)定，從而影響了傳質(zhì)效率，但結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。本設(shè)計采用泵加料。1.2.進(jìn)料狀況實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)料狀況一般有接近泡點(diǎn)的冷液進(jìn)料和泡點(diǎn)進(jìn)料。對于冷夜進(jìn)料，當(dāng)組成一定時，流量一定，對分離有利，省加熱費(fèi)用，但其受環(huán)境影響較大；而泡點(diǎn)進(jìn)料時進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制。此外，泡點(diǎn)進(jìn)料時，基于恒摩爾流假定，精餾段和提留段的塔徑基本相等，無論是設(shè)計計算還是設(shè)計加工制造這

4、樣的精餾塔都比較容易，故在本設(shè)計中選用泡點(diǎn)進(jìn)料。1.3.塔型的選擇塔有浮閥塔和篩板塔。浮閥塔生產(chǎn)能力大，操作彈性大，在較寬的氣速范圍內(nèi)，板效率變化較小，其操作彈性范圍較篩板塔大。由于氣液接觸狀態(tài)良好，以及氣體水平吹出，霧沫夾帶量少，因此板效率高。塔板結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝。篩板塔生產(chǎn)能力大，塔板壓降低。本設(shè)計根據(jù)閥孔氣速的值依據(jù)手冊選擇浮閥塔。1.4.塔頂?shù)睦淠绞剿斃淠捎梅帜?，以水為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷凝。1.5.回流方式回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對于小塔型，回流冷凝器一般安裝在塔頂，其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無需支承結(jié)構(gòu)，其確定是回流冷凝器回流控制難。如果需要較高的塔處理量或塔板數(shù)較多時，回流

5、冷凝器不適合于塔頂安裝，且塔頂冷凝器不宜安裝、檢修和清理。在此情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本次設(shè)計為大塔，故采用強(qiáng)制回流。1.6.加熱方式 加熱方式分為直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱，直接蒸汽加熱時蒸汽直接由塔底進(jìn)入塔內(nèi)加熱。但在一定的回流比條件下塔底蒸汽對回流液由稀釋作用，使理論塔板數(shù)增加。間接蒸汽加熱時通過加熱器使釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論板數(shù)，缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本設(shè)計采用直接蒸汽加熱。第二章 板式精餾塔的工藝計算物系：甲醇水；D=600t/d；要求：質(zhì)量分?jǐn)?shù)：2.1物料衡算通過全塔物料衡算:基礎(chǔ)物性參數(shù)：原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率：

6、 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾分率： 全塔總物料衡算 總物料： 易揮發(fā)組分： 2.2 操作線方程飽和液體進(jìn)料q=1；q線斜率為此時，在平衡線上并與精餾、提餾段操作線相交：最小回流比此時R=0.605*1.5=0.9075；精餾段操作線 提餾段操作線過精餾段操作線與q線交點(diǎn)（0.667，0.8234）和（0.0056，0.0056）則操作線方程為2.3 塔板數(shù)的確定及實(shí)際塔板數(shù)的求取2.3.1理論板數(shù)的計算 由圖解法求理論板層數(shù)，從圖中可以讀出總理論板層數(shù)為 精餾段；提餾段；第5層為加料板。2.3.2求塔的氣液相負(fù)荷 2.3.3溫度組成圖與液體平均粘度的計算溫度組成（t-x-y）圖組份的液相

7、粘度T60708090100 甲醇0.01090.01120.01150.01180.0122水0.46880.40610.35650.31650.2838 精餾段 提餾段 2.3.4 實(shí)際板數(shù) 2.3.5試差法求塔頂、塔底、進(jìn)料板溫度塔頂?shù)牟僮鲏毫Γ好繉硬僮鲏毫?進(jìn)料板的壓力 塔底的壓力精餾段的平均壓力提餾段的平均壓力甲醇和水的安托因常數(shù)：ABCT/K甲醇塔頂7.205871582.271239.726288-357塔釜7.3132571669.678250.3901357-513水7.074061657.46227.02284-441公式： t由內(nèi)插法計算得 精餾段塔頂壓力塔頂溫度（2）進(jìn)

8、料板進(jìn)料板壓力進(jìn)料板溫度（3）提餾段提餾段壓力提餾段溫度精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：第三章 精餾塔的工藝條件及物性參數(shù)的計算3.1 平均分子量的確定 精餾段的平均摩爾質(zhì)量： 提餾段的平均摩爾質(zhì)量： 3.2平均密度的確定組份的液相密度溫度/60708090100110水983.2977.8971.8965.3958.4951純組分在任何溫度下的密度由下式：甲醇： 式中：t-溫度， 精餾段氣相平均密度 液相平均密度：液相密度 進(jìn)料板：進(jìn)料板，由加料板液相組成 提餾段氣相平均密度 液相平均密度： 3.3. 液體平均比表面積張力的計算組份的液相表面張力溫度60708090100110甲醇1917.

9、516.315.114.513.7水66.264.362.660.758.856.9 精餾段： 提餾段 第四章 精餾塔的工藝尺寸計算4.1氣液相體積流率4.1.1 精餾段氣液相體積流率： 初選 取安全系數(shù)為0.8（一般0.750.85）則空塔氣速為 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后：D=3.0m塔的截面積實(shí)際的空塔氣速4.1.2提餾段的氣液相體積流率： 取安全系數(shù)為則空塔氣速為 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后：塔的截面積實(shí)際的空塔氣速3.2精餾塔的有效高度：精餾段的有效高度： 在進(jìn)料板上方開一個孔高度為0.7m提餾段的有效高度： 故精餾塔的有效高度為第五章 塔板主要工藝尺寸的計算5.1 溢流裝置的計算D=3m, 可選用單溢

10、流弓形降液管，采用凹形受液盤及平直形溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。5.1.1 堰長取 5.1.2溢流堰高度：出口堰高 選用平直堰，堰上液層高度 .02 取板上清液層高度故故故5.1.3弓形降液管寬度由 m 液體在降液管中停留時間為： 故降液管設(shè)計合理5.1.4 降液管底隙高度 5.1.5 塔板位置及浮閥數(shù)目與排列 取閥孔動能因子 每層塔板上的浮閥數(shù)， 取邊緣區(qū)寬度計算塔板上 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排.取同一橫排的孔心距,排間距為 考慮到塔采用分塊式板塔，而各分塊板的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用81.2mm,而應(yīng)小于此值故取按 以等腰三角形交叉排方式作圖，排得閥數(shù) 按N=8

11、62重新核算孔速及閥孔動能因數(shù)： 閥孔動能因數(shù)變化不大，塔板開孔率=2.流體力學(xué)檢驗(yàn)氣相通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降 干板阻力 板上充氣液層阻力: 這里 液體表面張力所造成的阻力：與氣體流經(jīng)一層浮閥塔的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?單板壓降 淹塔 為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中請液層高度， 與氣體通過塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨龋呵耙阉愠?液體通過降液管的壓頭損失：因不設(shè)進(jìn)口堰， 板上液層高度：前已選定板上液層高度 取，又選定 霧沫夾帶 板上液體流徑長度 板上液流面積 甲醇和水為正常系統(tǒng)，取物性系數(shù)，查的泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù), 由得 由計算出的泛點(diǎn)率都在以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足。3.塔板負(fù)荷性能圖

12、整理的 可知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)取兩個值，得出相應(yīng)的列于下表0.020.0040.0763115.398915.2483 9.8液泛線 由上式確定液泛線。忽略式中的 因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則 即式中閥孔數(shù)N與孔徑亦為定值，因此可將上式簡化成與的如下關(guān)系式： 在操作范圍內(nèi)取若干個值，依式算出相應(yīng)的下表中0.010.030.0050.0070.007525.4325.0224.6024.1524.02液相負(fù)荷上限線 液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時間不低于. 液體在降液管內(nèi)停留時間為 以作為液體在降液管中停留時間的下限，則 求出上限液體流量豎直線 漏液線 對于F1型重閥，依

13、。又知 以作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則 做出與液體流量無關(guān)的水平漏液線.液相負(fù)荷下限線 取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件，依的計算式計算出的下限值，依此做出液相負(fù)荷下限線，該線為 與氣相流量無關(guān)的豎直線 取，則 1 霧沫夾帶線 2 液泛線 3 液相負(fù)荷上限線 4 漏液線5 液相負(fù)荷下限線由塔板的負(fù)荷性能圖可以看出：任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)P(設(shè)計點(diǎn))，處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。 按照固定的液氣比，由圖可以查出塔板的氣相負(fù)荷上限氣相負(fù)荷下限， 項目數(shù)值及說明備注塔徑3板間距0.6塔板形式單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速1.582堰

14、長2.1堰高0.04151板上液層高度0.06降液管底隙高度0.01434浮閥數(shù)862等腰三角形叉排閥孔氣速10.867閥孔動能因數(shù)11.6637臨界閥孔氣速9.72孔心距0.075排間距0.08橫排的孔心距單板壓降P/Pa622.9488液體在降液管內(nèi)停留時間50.68降液管內(nèi)清液層高0.1208泛點(diǎn)率60.46氣相負(fù)荷上限14.765霧沫夾帶控制氣相負(fù)荷下限4.797漏液控制操作彈性3.08第六章 板式塔得結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備6.1附件的計算6.1.1接管進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料、彎管進(jìn)料、T形進(jìn)料。本設(shè)計采用彎管進(jìn)料。，則體積流量 取管內(nèi)流速則管徑取進(jìn)料管規(guī)格 則管內(nèi)徑進(jìn)料管實(shí)際

15、流速回流管采用直管回流管，回流管的回流量L=，塔頂液相平均摩爾質(zhì)量,平均密度則體積流量 取管內(nèi)流速則管徑取回流管規(guī)格 則管內(nèi)徑回流管實(shí)際流速塔頂蒸汽接管則整齊體積流量 取管內(nèi)蒸汽流速 管徑取回流管規(guī)格 則管內(nèi)徑回流管實(shí)際流速釜液排出管塔底 ，平均密度平均摩爾質(zhì)量則體積流量 取管內(nèi)流速則管徑取回流管規(guī)格 則管內(nèi)徑回流管實(shí)際流速塔頂產(chǎn)品出口管塔頂 ，平均密度平均摩爾質(zhì)量則體積流量 取管內(nèi)流速則管徑取回流管規(guī)格 則管內(nèi)徑回流管實(shí)際流速6.1.2 冷凝器塔頂溫度 由 查液體比汽化熱共線圖 又氣體流量塔頂被冷凝量冷凝的熱量6.1.3再沸器塔底溫度由 查液體比汽化熱共線圖 又氣體流量塔底被汽化量汽化的熱量

16、第七章 參考書錄一 夏清，化工原理上冊·天津：天津大學(xué)出版社，2011二 夏清，化工原理下冊·天津：天津大學(xué)出版社，2011 三 馮新， 化工熱力學(xué)· 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011四 潘國昌，化工設(shè)備設(shè)計·北京：清華大學(xué)出版社，1996五 李國庭，化工設(shè)計概論.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015六 董大勤，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013第八章 設(shè)計心得體會本次化工原理課程設(shè)計歷時兩周，是繼機(jī)械設(shè)計之后又一次獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計。可能因?yàn)樯弦淮蔚慕?jīng)驗(yàn)，才使得我們在接觸又一次的課程設(shè)計時不會一頭霧水?；ぴ碚n程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計能力的重要教學(xué)

17、環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計使我們初步掌握化工設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計原則及方法；學(xué)會各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形；理解計算機(jī)輔助設(shè)計過程，利用編程使計算效率提高。在設(shè)計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。在短短的兩周里，從開始以為的輕松，到同學(xué)討論，再進(jìn)行整個流程的計算，再到對工業(yè)材料上的選取論證和后期的流程圖的繪制等過程的培養(yǎng)，我真切感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合中的種種困難，也體會到了利用所學(xué)的有限的理論知識去解決實(shí)際中各種問題的不易，從中也明白了學(xué)無止境的道理，在我們所查找到的很多參考書中，很多的

18、知識是我們從來沒有接觸到的，我們對事物的了解還僅限于皮毛，所學(xué)的知識結(jié)構(gòu)還很不完善，我們對設(shè)計對象的理解還僅限于書本上，對實(shí)際當(dāng)中事物的方方面面包括經(jīng)濟(jì)成本方面上考慮的還很不夠。在實(shí)際計算過程中，我還發(fā)現(xiàn)由于沒有及時將所得結(jié)果總結(jié)，以致在后面的計算中不停地來回翻查數(shù)據(jù)，這浪費(fèi)了大量時間。由此，我們在計算結(jié)束后，列出了重要結(jié)果匯總表，方便自己計算也方便讀者查找。在一些應(yīng)用問題上，我直接套用了書上的公式或過程，并沒有徹底了解各個公式的出處及用途，對于一些工業(yè)數(shù)據(jù)的選取，也只是根據(jù)范圍自己選擇的，并不一定符合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。因此，一些計算數(shù)據(jù)有時并不是十分準(zhǔn)確的，只是擁有一個正確的范圍及趨勢，而并沒有更細(xì)地追究下去，因而可能存在一定的