化工化工原理課程設計乙醇丙醇篩板精餾塔設計

1、 課 程 設 計設計題目：乙醇-丙醇篩板精餾塔設計教 學 院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 課程設計任務書1、設計題目：乙醇丙醇二元篩板精餾塔設計2、設計基本條件：（1）操作平均壓力：常壓；（2）進料溫度：tF=0.25（泡點）；（3）塔頂產(chǎn)品含量：xD=0.98 (質量分率)；（4）塔釜液含量0.035（質量分數(shù)） (6) 回流比R=(1.12.0)（7）塔頂采用全冷凝、泡點回流；（8）單板壓降0.7；3、設計任務：（1）完成精餾塔工藝設計計算、設備設計計算（物料衡算、能量衡算和設備計算）；（2）精餾塔附屬設備的簡單計算和選用（3）撰寫設計說明書（word文檔上機打印）；（4）繪制

2、乙醇丙醇精餾工藝流程圖目錄摘要5緒論6第一章精餾塔的工藝條件及有關物性計算7：設計條件的確定：7：精餾塔全塔物料衡算7：溫度的確定：7：飽和蒸汽壓p的計算81.2.3:物料相對揮發(fā)度的計算：8密度的計算91.2.5: 塔頂液相平均表面張力的計算111.2.6: 粘度的計算12：理論板數(shù)的確定131.3.2:實際塔板數(shù)的確定141.4.:氣液負荷計算：15精餾段的氣液體積流率：15提餾段的氣液體積流率15第二章熱量衡算162.1.比熱容及汽化熱的計算16塔頂溫度下的比熱容16進料溫度下的比熱容16塔底溫度下的比熱容17塔頂溫度下的氣化潛熱172.2.熱量衡算：170時塔頂上升的熱量17回流液的熱

3、量（此點為泡點回流）18塔頂餾出液的熱量18進料的熱量18塔底殘液的熱量18冷凝器消耗的熱量18再沸器提供的熱量18第三章塔板設計計算19塔體工藝尺寸的計算19精餾塔塔徑的計算19精餾塔有效塔高的計算21塔板工藝尺寸的計算21溢流裝置的設計21第四章篩板塔的流體力學驗證24：塔板壓降24，霧沫夾帶量的驗算254.3.泛液的驗算25第五章塔板負荷性能圖27：液沫夾帶線275.2,，液泛線285.3.液相負荷上限線315.4.漏液線（氣相負荷下限線）315.5.液相負荷下限線33第六章附屬設備設計35：塔封頭356.2.塔頂空間356.3.塔頂空間356.4.人孔356.5.進料板處板間距366.

4、6.裙座366.7.塔體總高度36主要接管尺寸的選取36第七章結果匯總表39主要符號說明41主要符號說明表41結束語43化工原理課程設計教師評分表45摘要在這次任務中，設計的是篩板精餾塔和預熱器。塔滿足的要求：對摩爾分數(shù)為的乙醇丙醇混合液進行分離，塔頂采出產(chǎn)品中，乙醇所占摩爾分率為；釜液苯的摩爾分率為。先進行物料衡算，據(jù)物料的物理性質及相關參考資料，選擇適當?shù)幕亓鞅群退剩醪角蟪鏊睦碚摪鍞?shù)和實際板數(shù)，建立塔的框架。以此為基礎，展開物料物理性質和塔工藝尺寸的計算：塔徑，精餾段板間距，提餾段板間距；選用單溢流弓形降液管和凹形受液盤；并用流體力學對篩板進行驗算，干板阻力、液沫夾帶量、漏液量和液

5、泛等均在工程設計要求范圍之內(nèi)，設計出了合格的精餾塔。塔頂采用全凝器，進料液用釜液預熱。關鍵詞：乙醇丙醇、篩板精餾塔、計算機編程和圖解、精餾段、提餾段。緒論化工生產(chǎn)中，產(chǎn)品一般為混合物，要得到高純度組分則必須對粗產(chǎn)品進行分離；如液固的分離有過濾操作，混合氣體的分離有吸收操作；同樣混合液體的分離操作有蒸餾和精餾。對工廠大批量生產(chǎn)過程中，精餾操作廣泛用于液體混合物的分離；精餾塔又分為篩板塔、浮閥塔和噴射型塔等。相比之下：篩板塔具有容易堵塞，漏液量較大和操作彈性小的缺點；但它結構簡單、設計簡便、操作容易、生產(chǎn)能力大、壓降小又經(jīng)濟的優(yōu)點；故在生產(chǎn)尤其是中試裝置中應用頗多。這次設計將讓學生深深體會到知識在

6、生產(chǎn)中的應用，很大的提高學生的自學能力，在設計過程中初步了解理論在世紀中的應用的重要，對實際過程有了初步的了解，增強我們動手能力也提高了我們的綜合應用知識的能力。這次設計對學生的就業(yè)和考研深造均有很大幫助。我一定盡我所能完成此設計任務，不辜負大學里這種鍛煉自己的機會，不辜負老師中對我們的指導，爭取給老師一份滿意的答卷，給自己滿意的作品！第一章 精餾塔的工藝條件及有關物性計算1.1：設計條件的確定：1.2：精餾塔全塔物料衡算：（表1一1）乙醇丙醇平衡數(shù)據(jù)（三：物性函數(shù)計算：p=101.325kPa）序號液相組成氣相組成沸點/序號液相組成氣相組成沸點/17283941051161.2.1：溫度的確

7、定：利用上表中的數(shù)據(jù)，用數(shù)值插值法確定。進料溫度：=1.2.2：飽和蒸汽壓p的計算由安托因公式得：由溫度-氣相組成關系得：由（1）（2）（3）得塔頂：=78.66， =102.7, =48,12塔底：=96.24， =198.24， 進料：=89.67， =156.17， 1.2.3:物料相對揮發(fā)度的計算：由以求得的飽和蒸汽壓得， ，精餾段的平均相對揮發(fā)度：提留段的平均相對揮發(fā)度：平均相對揮發(fā)度：利用式計算混合液體密度和混合氣體密度。塔頂溫度：氣相組成：進料溫度：塔底溫度：表1-2 不同溫度下乙醇丙醇類密度表：708090100110利用上表中數(shù)據(jù)利用數(shù)值差值法確定進料溫度，塔頂溫度，塔底溫度

8、下的乙醇（o）和水（w）的密度。1.2.5: 塔頂液相平均表面張力的計算溫度t,708090100110,mN/m1,mN/m進料板液相平均表面張力的計算塔底液相平均表面張力的計算精餾段的平均表面張力：提留段的平均表面張力：1.2.6: 粘度的計算表3-4 .混合物的粘度名稱溫度6080100乙醇丙醇根據(jù)圖表1-3 和公式純乙醇：純丙醇：1.3.1：理論板數(shù)的確定由以上的計算得相平衡方程：又q=0.96 q線方程：(2)則平衡方程： （1）精餾段操作線： （2）提留段操作線： （3） 第一塊塔板上的氣相組成：第一塊下降的液相組成由（1）求?。?0.959 第二塊塔板上升的氣相組成由（2）求取：

9、=924依次由（1）（2）式求得：因，依次使用（1）（3）式，求得：由于=0.024<=0.035,則全塔理論板數(shù)塊（包括再沸器），加料板為第11塊理論板。精餾段理論半數(shù)：提餾段理論半數(shù)：1.3.2:實際塔板數(shù)的確定由公式：已知乙醇，丙醇溶液平均粘度計算公式代入數(shù)據(jù)的精餾段實際塔板數(shù)為N=21提留段實際塔板數(shù)為N=17實際的總板數(shù)為38塊1.4.:氣液負荷計算：1.4.1精餾段的氣液體積流率：Kmol/hKmol/h 可得： 由提餾段的氣液負荷 第二章 熱量衡算表2-1 不同溫度下乙醇丙醇的比熱容乙醇kJ/kmolk丙醇kJ/kmolk表2-2不同溫度下乙醇丙醇的汽化熱乙醇（kJ/kg）

10、丙醇（kJ/kg）2.2.熱量衡算：2.2.1 時塔頂上升的熱量，塔頂以為基準。，其中則2.2.2回流液的熱量（此點為泡點回流）此溫度下：則，因餾出口與回流口相同，所（全塔范圍內(nèi)列衡算式）塔釜熱損失10%，則再沸器的實際熱負荷第三章 塔板設計計算 圖3-1史密斯關聯(lián)圖（1）精餾段塔徑 D 的計算選板間距=0.40m，取板上液層高度 =0.06m，故=0.34m查史密斯關聯(lián)圖 得 ，C2072 依式校正到物系張力為18.31mN/m時的C：取安全系數(shù)為0.70 =0.70=m/s則精餾段塔徑D=則精餾段塔截面積為AT=（2）提餾段塔徑D 的計算：選板間距=0.40m，取板上液層高度 =0.06m

11、，故=0.34m查史密斯關聯(lián)圖得 ，C20=0.071 依式校正到物系張力為18.00mN/m時的C：取安全系數(shù)為0.70 =0.70=m/s提餾段塔徑D=提餾段塔截面積為At=實際空塔氣速為1) 精餾段有效塔高的計算 Z精=（N精-1） HT=(21-1)0.40=8m2) 提餾段有效塔高的計算 Z提（N提1） HT由精餾段塔徑D=1.2m則溢流裝置可采用單溢流，弓型降液管，平行受液盤及平直溢流堰，不設進口堰。各項計算如下：1) ×2) 出口堰高 h=h-h式中 ：h h板上方液頭高度選用平行堰，則堰上液頭高度可由下式計算：對于精餾段：6對于提餾段：弓形降液管的參數(shù)3) 降液管的寬

12、度Wd與降液管的面積Af由 查化工原理教材下冊P圖 10-40 得 Wd/D=0.123，Af/AT故 Wd×1.2=0.1476m Af×24) 計算液體在降液管中停留時間以檢驗降液管面積,即 故降液管設計符合要求。5) 降液管底隙高度h的計算取液體通過降液管底隙的流速，則降液管底隙高度h可依下式計算： 對于精餾段： 故有對于提餾段：所以可知降液底隙高度設計合乎要求，且選用凹形受液盤深度為100mm。（4）塔板布置因D=1.2m>0.9m,故采用分塊式塔板區(qū)邊緣寬度，安定區(qū)寬度依式而代入（5）開孔數(shù)n及開孔率由于所處理的唔系無腐蝕性，可選用板厚為的鋼板，取篩孔的孔徑

13、為孔中心距t，t=15mm，篩孔成正三角形排列篩孔數(shù)n：開孔率：每層塔板上的開孔面積氣體通過篩孔的氣速：第四章 篩板塔的流體力學驗證4.1：塔板壓降氣象通過篩板壓降相當?shù)囊褐叨龋?）干板壓降相當?shù)囊褐叨纫溃槠胶Y孔的流量系數(shù)表知，根則：精餾段提餾段：（2）氣體通過板上液層壓降相當?shù)囊褐叨染s段：由充氣系數(shù)與的關聯(lián)圖，查取板上液層充氣系數(shù)依式：提餾段：由充氣系數(shù)與的關聯(lián)圖，查取板上液層充氣系數(shù)依式（3）克服液體表面張力壓降相當?shù)囊褐叨纫朗焦剩簞t單板壓降：精餾段：（設計允許值）提留段：（設計允許值）4.2，霧沫夾帶量的驗算：已知公式依式：則精餾段提餾段：故在設計負荷下不會發(fā)生過量霧沫夾帶為

14、防止降液管液泛的發(fā)生，應使降液管中清夜層高度精餾段：取，則故精餾段：則在設計負荷下不會發(fā)生液泛提餾段：取，則故提餾段，則在設計負荷下不會發(fā)生液泛根據(jù)以上塔板的各項流體力學驗證，可以認為精餾段與提餾段塔徑及各工藝尺寸是合格的。第五章 塔板負荷性能圖5.1：液沫夾帶線精餾段：取液沫夾帶極限值液/kg氣其中 （1）近似取 （2）已知并將式（1）（2）代入則：整理得：在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式算出相應的值列于下表中表5-1 精餾段霧沫夾帶線計算結果提餾段取液沫夾帶極限值液/kg氣 （1）近似取故 （2）已知并將式（a）（b）代入則整理得：在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式算出相應的值列于下表中表5

15、-2 提餾段霧沫夾帶線計算結果5.2,，液泛線（1）精餾段：聯(lián)立式（3-99）及式（3-73）得近似取故 （3）由式整理則整理：故（4）由式 （5）則將及式（3）（4）（5）代入與式即 整理得：（2）在操作范圍內(nèi)取若干值，依式（2）計算值，列于下表，依表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2）如“精餾段負荷性能圖“中的（2）所示表5-3 液泛線計算結果（精餾段）（2）提餾段聯(lián)立式（3-99）及（3-73）得近似取故： （）由式則：整理： (d)由式：將代入即得：整理得： （）在操作范圍內(nèi)，取值，依式（）計算值，列于下表中，儀表中數(shù)據(jù)作出泛液線（）如“提餾段負荷性能圖”中的（）表5-4 液泛線計算結果（提餾段）4

16、,77精餾段：取液相在降液管中停留時間為4s，則液相負荷上限線（3）在坐標圖上為與氣體流量無關的垂直線，如（3）所示提餾段：取液相在降液管中停留時間為4s，則該液相負荷上限線（）在提餾段坐標圖上為與氣體流量無關的垂直線，如（）所示5.4.漏液線（氣相負荷下限線）精餾段：由，代入漏點氣速式：則前已算出為0.0791，代入上式并整理得：此即氣相負荷下限線關系式，在操作范圍內(nèi)任取n個值，依式計算相應的值，列于下表中，依表中數(shù)據(jù)做氣相負荷下限線（4）如精餾段負荷性能圖所示表5-5 漏液線（氣相負荷下限線）（精餾段）提餾段：由，代入漏點氣速式：則前已算出為0.0791，代入上式并整理得：此即氣相負荷下限

17、線關系式，在操作范圍內(nèi)任取n個值，依式計算相應的值，列于下表中，依表中數(shù)據(jù)做氣相負荷下限線（）如提餾段負荷性能圖所示表5-6漏液線（氣相負荷下限線）（提餾段）精餾段：取平直堰，堰上液層高度作為液相負荷下限線條件，取依式整理得： （5）此值在圖上做線（5）即為液相負荷下限線提餾段：取平直堰，堰上液層高度作為液相負荷下限線條件，取依式整理得： （）此值在圖上做線（）即為液相負荷下限線將精餾段5條線與提餾段5條線分別繪于（）圖，5條線所圍區(qū)域為精餾段（提餾段）塔板操作區(qū)，p為操作點，op為操作線，op線與線（1）的交點相應氣相負荷為，可知本設計塔板上限有無沫夾帶控制，下限由漏液精餾段負荷性能圖提餾段

18、負荷性能圖臨界點的操作彈性：臨界點的操作彈性：第六章 附屬設備設計塔總體高度利用下式計算6.1：塔封頭本實驗采用橢圓形封頭，由公稱直徑，查化工原理課程設計（王衛(wèi)東編）附錄2得曲面高度，直邊高度，內(nèi)表面積A=1.7117，容積V=0.2714，則封頭高度設計中取塔頂間距，考慮到需要安裝除沫器，所以選取塔頂空間1.2m。塔底空間高度是指從塔底最下一層塔板到塔底封頭的底邊處的距離，取釜液停留時間為5min，取塔底液面至最下一層塔板之間距離為1.5m，則：對的板式塔，為安裝，檢修的的需要，一般每隔6到8塔板設一個人孔，本塔中共有45塊塔板，須設5個人孔，每隔人孔直徑為450mm，在設置人孔處板間距塔板

19、分塊數(shù)塔徑,mm 8001200140016001800200022002400塔板分塊數(shù) 3456考慮在進口處安裝防沖設施，取進料板處間距?？紤]到再沸器，取裙座高（1）進料管料液流速：F=100Kmol/h 料液密度：體積流率：取管內(nèi)流速：(取值)則進料管的直徑：取進料管的尺寸：進料管參數(shù)表abc45761040155120150（2）釜液出口管已知釜液流率為103.74 Kmol/h 釜液密度：則：取管內(nèi)流速為：取管尺寸：塔釜出料管參數(shù)表abc891081580356120150（3）塔頂蒸汽管體積流速：取取管尺寸塔頂蒸氣管參數(shù)表abc273325252501208150200第七章 結果

20、匯總表篩板精餾塔結果匯總表項 目符 號單 位計算數(shù)據(jù)精餾段提餾段平均分子量氣相kg/kmol液相kg/kmol各段平均溫度平均密度氣相液相各段平均表面張力各段平均粘度平均流量氣相m3/s液相m3/s實際塔板數(shù)塊2117板間距m0.40.4塔有效高度m8塔徑m空塔氣速m/s塔板液流形式單流型單流型項 目符 號單 位計算數(shù)據(jù)精餾段提餾段溢流裝置溢流管形式弓形弓形堰長m堰高m溢流堰寬度m管底與受液盤距離m板上清夜層高度m66孔徑mm55孔間距mm1515孔數(shù)個40304030篩孔流速m/s塔板壓降kPa液體在降液管中停留的時間s降液管內(nèi)清液層高度m液沫夾帶泛點率液相負荷上限液相負荷下限彈性操作主要符

21、號說明主要符號說明表符 號說 明單 位符 號說 明單 位苯堰長甲苯溢流堰高度塔頂堰上層高度進料板弓形降液管高度塔釜截面積液相塔截面積氣相液體在降液管中停留時間摩爾質量降液管底隙高度最小回流比邊緣區(qū)高度實際塔板數(shù)開孔區(qū)面積壓強孔中心距溫度開孔率密度閥孔數(shù)目個表面張力氣體通過閥孔氣速粘度干板阻力塔板間距氣體通過降液層阻力板上液層高度氣體通過表面張力阻力空塔氣速氣體通過每層塔板液柱高度直徑氣體通過每層塔板的壓降有效高度液沫夾帶量符 號說 明單 位符 號說 明單 位進料溫度管中心距水蒸氣溫度管程流動面積逆流平均溫差管內(nèi)流體流速密度管內(nèi)雷諾準數(shù)比熱容管程壓降傳熱系數(shù)管程給熱系數(shù)粘度管束中心線的管數(shù)殼程流動面積修正系數(shù)殼程內(nèi)流體流速估計傳熱系數(shù)殼程內(nèi)諾準數(shù)傳熱面積殼程給熱系數(shù)外殼直徑管外流動摩擦系數(shù)公稱壓降取垢校正系