廣西大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)

1、轉(zhuǎn)眼之間，我們已經(jīng)結(jié)束了大三的學(xué)習(xí)。在這三年的學(xué)習(xí)當(dāng)中，我們系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了化工原理，物理化學(xué)，無(wú)機(jī)化學(xué)，有機(jī)化學(xué)，分析化學(xué)，化工設(shè)備與機(jī)械基礎(chǔ)，機(jī)械制圖，化工熱力學(xué)等方面的知識(shí)，初步掌握了化學(xué)生產(chǎn)與化學(xué)設(shè)備之間的相互關(guān)系。在李志禮老師的指導(dǎo)下，我們開(kāi)始了化工原理課程設(shè)計(jì)。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)了那么多的理論知識(shí)以后，終于有機(jī)會(huì)在現(xiàn)實(shí)過(guò)程中運(yùn)用自己學(xué)習(xí)到的知識(shí)。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們得到了老師學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐們很多的幫助，在此對(duì)他們表示衷心的感謝，由于我們所知識(shí)的有限和能力的不足，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)遇到設(shè)計(jì)不合理，考慮不周全的地方，希望老師給予理解與指導(dǎo)，我們會(huì)更加努力，爭(zhēng)取做得更好。設(shè)計(jì)者：目錄

2、第一章設(shè)計(jì)題目與要求1.1設(shè)計(jì)題目1.2任務(wù)要求與數(shù)據(jù)第二章篩板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1塔板數(shù)的確定2.2塔徑的確定第一章設(shè)計(jì)題目與要求1.1設(shè)計(jì)題目：乙醇一水溶液連續(xù)板式精餾塔設(shè)計(jì)1.2任務(wù)要求與數(shù)據(jù)：1、設(shè)計(jì)一連續(xù)精餾塔分離乙醇和水，具體工藝參數(shù)如下：(1) 原料乙醇含量：質(zhì)量分率40%(2) 年產(chǎn)量:30000t(3) 摩爾分率:xd=0.82;xw=0.022、工藝操作條件：常壓精餾，塔頂全凝，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流，R=(1.22)Rnin。3、設(shè)備形式篩板塔。4、設(shè)計(jì)工作日每年330天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。第二章篩板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1塔板數(shù)的確定全塔物料衡算原料液中

3、：設(shè)乙醇(A)；水(B)查附表得：Ma=46.07Mb=18.02由已知條件可知：Xf=0.4Xd=0.82Xw=0.02年產(chǎn)量：30000t每年330天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行由F=D+WXf*F=Xd*D+xw*W得F=194.4（knol/h），W=102.6（kmol/h），表2-1不同溫度下乙醇一水的汽液平衡組成tC）10095.589.086.785.384.182.782.3由t-x(y)圖用內(nèi)插法可知：塔頂溫度tD=78.3C,塔底溫度tw=95.3Cx0.000.0190.0720.0960.1230.1660.2330.2600168178y0.000.1700.3890.4

4、370.4700.5080.5440.5580154950t(C)81.580.779.879.779.378.7478.4178.15x0.3270.3960.5070.5190.573:0.676:0.747:0.89435982323y0.5820.6120.6560.6590.6840.738：0.7810.89462491553t平均溫度進(jìn)料溫度:進(jìn)料溫度:tf=80.7C相對(duì)揮發(fā)度的確定當(dāng)t=95.5C時(shí):=y(i-Xa2-y)x=0.17(10.019)-0.17)0.019=10.58當(dāng)t=89.0C時(shí):當(dāng)t=86.7C時(shí):當(dāng)t=89.0C時(shí):當(dāng)t=86.7C時(shí):當(dāng)t=85.3

5、C時(shí):當(dāng)t=84.1C時(shí):廠*XYbXa=y(1x)/=0.5058x(10.1661：/=520_/(1y)x/(10.5058)X0.1661當(dāng)t=82.7C時(shí):當(dāng)t=82.3C時(shí):當(dāng)t=81.5C時(shí):當(dāng)t=80.7C時(shí):-9y(1-x)/-0.6122漢(10.3965)/=240-/(1_y)x/(10.6122)X0.3965'當(dāng)t=79.8C時(shí):當(dāng)t=79.7C時(shí):當(dāng)t=79.3C時(shí)：當(dāng)t=78.74°C時(shí):a當(dāng)t=78.41C時(shí):=1.210.7815(1-0.7472)/(10.7815)X0.7472平均相對(duì)揮發(fā)度-r'2.-'n=14=3.

6、29泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流q1人x04xD=0.82a=3.29-Yqa*xqq0.691(a1)XqxD-YqYqXq=0.46回流比系數(shù)我們?nèi)≌壑兄?.6R=1.6Rmin=0.73=0.156根據(jù)理論板數(shù)的捷算法有(R-Rmin)(Rd)由吉利蘭關(guān)聯(lián)圖R+l1-30吉步蘭關(guān)聯(lián)圖得N-“斷=0.5n=10塊N+1操作方程的確定精餾段：V=(R+1)D=(0.73+1)92.34=159.25(kmol/h),L=RD=0.73X92.34=67.41(kmol/h),提餾段：v=V-(1-q)F=159.75kmol/h),L=L+qF=67.41+1x194.4=261.8(kmol/h),

7、則精餾段操作線方程：yn1x必J=0.422xn+0.474R+1R+1提餾段操作線方程：yn+1=LXn電=1.639Xn-0.0128VV全塔效率塔頂溫度tD=78.3C,塔底溫度tw=95.3C,進(jìn)料溫度：tf=80.7C-=平均溫度2表3-1乙醇在不同溫度下的粘度表3-2水在不同溫度下的粘度8t/C20406080100g/mpa.s1.150.8140.6010.4950.361t/C20406080100g/mpa.s1.00500.65600.46880.35650.2838由表用內(nèi)差法求86.8C下的粘度:isA=0.449mpas，陽(yáng)=0.332mpas 則平均粘度卩L=XF

8、“+(1XF)gB=0.4*0.449+(1-0.4)*0.332=0.379mpasag=3.29*0.379=1.246求全塔效率Et由aL=1.246，由化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)164頁(yè)圖10-20查得求實(shí)際板數(shù)由Nt/口N-得N=21.5說(shuō)2塊Et2.2精餾段物料衡算物料組成：塔頂溫度tD=78.3C,塔底溫度tw=95.3C,進(jìn)料溫度：tf=80.7Ct=Z8y868C平均溫度查表2-1得塔頂yi=Xd=0.82a=3.29xn-x1=0.58：-1)yn進(jìn)料xf=0.3965yf=0.6122平均分子量(1) 塔頂：MvDm=0.8246.07+(1-0.82)18.02=41.54(

9、g/mol)MLDm=0.5846.07+(1-058)18.02=34.29(g/mol)(2)進(jìn)料：MVFm=0.612246.07+(1-0.6122)18.02=35.19(g/mol)MLFm=0.396546.07+(1-0.3965)18.02=29.14(g/mol)平均分子量VmMVDm'MVFm238.37(g/mol)_MLDM'MLFMLm=2_MLDM'MLFMLm=2=31.72(g/mol)平均密度6由書："LM=aA/LA+aB/，LB平均密度6由書："LM=aA/LA+aB/，LB塔頂：在78.3C下：la=744.

10、5(kg/m3)?lb=972.96(kg/m3)=0.82/744.5+0.18/972.96=0.82/744.5+0.18/972.96則lmd=777.36(kg/m3)進(jìn)料:在進(jìn)料溫度80.7C下：3:la=741.5(kg/m)進(jìn)料:在進(jìn)料溫度80.7C下：3:la=741.5(kg/m)3'lb=971.4(kg/m)0.3965*46.070.3965*46.07(1-0.3965)18.0210.627(1-0.627)=：'LMF10.627(1-0.627)=：'LMF則'lmf=813.01(kg/m3)即精餾段的平均液相密'lm

11、=(777.36+813.01)/2=795.18(kg/m3)即精餾段的平均液相密'lm=(777.36+813.01)/2=795.18(kg/m3)平均氣相密度平均氣相密度PMVM5=奇=101.325*38.378.314*(273.1586.8)=1.30(kg/m3)液體表面張力二m(1)塔頂：查圖表求得在78.3C下：(物化手冊(cè))匚MD=0.82*17.90.18*62.89=26.00(mN/m)(mN/m)進(jìn)料:在80.7C下：cMF=0.3965*17.86(1-0.3965)*62.47=44.78mN/m(mN/m)貝U6=(二md+二mf)/2=(26.00+

12、44.78)/2=35.39(mN/m)氣液負(fù)荷的計(jì)算由已知條件V=159.75kmol/hL=67.41kmol/h得、，VMvmS=36005=：159.75*38.37=1.31(m3/s)3600*1.30LMLMLs=3600Um=67.41*31.72=3600*795.18=0.00075(m3/s)塔徑D的計(jì)算兩相流動(dòng)參數(shù)計(jì)算如下FlvLsVsO.O。075：795.18=0.01421.31,1.30參考化工原理下表10-1(p129)，我們?nèi)“彘g距HT=0.45mhL=0.06m參考化工原理下圖10-42篩板的泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)得：Cf20=0.081Cf=Cf2035.390.2i

13、=0.081()=0.091>20丿2005ccc“，、0.5ecu/<20；=0.091*()=2.25m/s1.30本物系不易起泡，取泛點(diǎn)百分率為85%，可求出設(shè)計(jì)氣速un=0.852.25=1.91m/s)根據(jù)塔設(shè)備系列化規(guī)格，將D'圓整到D=1m作為初選塔徑，因此重新校核流速u實(shí)際泛點(diǎn)百分率為業(yè)二1668二74.3%Uf2.250塔板詳細(xì)設(shè)計(jì)3由于Ls=0.00075m/s，D=1m，所以2.7(m3/h)<45(m3/h).根據(jù)化工原理(下)表10-2選擇單溢流，弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰。因?yàn)楣谓狄汗芫哂休^大容積，又能充分利用塔面積，且單溢流液體流徑長(zhǎng)，塔板

14、效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廣泛用于直徑小于2.2米的塔中。(1)溢流裝置取堰長(zhǎng)lw=0.7D=0.7X1=0.7m,選擇平流溢流堰出口堰高h(yuǎn)w=hL-hoW,已取hL=0.06h0W=2.84X10°E(S)2/3lw由Lh打)2.5=0.00075X3600/0.72.5=6.59查化工原理下圖10-48得：E=1.020h0W=2.84X10”X1.020X(0.00092X3600/0.7)2/3=0.0082mhw二hLhOW=0.06-0.0082=0.0518m取hw=0.06是符合的。二hL=hw+how=0.06+0.0082=0.0682m修正后hL對(duì)Un影響不大，故塔徑計(jì)

15、算不用修正(2) 降液管寬度Wd與降液管面積Af由lw/D=0.7查化工原理下圖10-40得：Wd=0.140X1=0.140m降液管底隙高度hO為了保證降液管底端有良好的液封。hO要小于hW.同時(shí)為了防止因安裝偏差而使液流不暢LS造成液泛，hO一般不宜小于20-25mm。而ho=冷，取液體通過(guò)降液管底隙速度lwUoUo=0.07m/s.LS0.00075、丄,廿h00.015m過(guò)小,取ho=0.04mlw*uo0.70*0.70塔板布置取安定區(qū)寬度Ws=0.07m,取邊緣區(qū)寬度Wc=0.05m，從圖10-40求出Wd=0.140D=0.140m。(5)篩板數(shù)n與開(kāi)孔率:按設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)取塞班孔徑d

16、。=5mm,因空心t與d。的比值過(guò)小會(huì)使氣流易相互干擾，過(guò)大則鼓泡不均勻，均會(huì)影響傳質(zhì)效率。故選擇推薦值內(nèi)的=3.0t=3.05=15mm呈正三角形排列do依下式計(jì)算塔板上的開(kāi)孔率：-器器廠0.10"10.1%則每層塔板上的開(kāi)孔面積A。為:0.048820.015二2486孔A。0.0488n=2（2兀匯0.00522.3篩板能校塔流體力學(xué)校核板壓降的校核氣體通過(guò)篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋篽p=hc+hi+h(1)干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨热“搴瘛?=3mm,30=0.6,907°9072=0.101=10.1%do5.0(t/d0)2(15/5)2查化工原理下圖10-45得：C

17、o=0.74比乂二旦=26.84m/sA00.0488m/shc=0.051fUo<Co=0.051(2684)2(1.30)=0.1097m液柱(2)氣體穿過(guò)板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮l相應(yīng)的氣體動(dòng)能因子Fa=UaZ5=1.824*1.30°.5=2.080(ms-1kgm3)"2查化工原理下圖10-46得：B=0.58hl="hwh°w)二=0.580.0682=0.0396m液柱克服液體表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮a板壓降hp二九Fh；：=0.1097+0.0396+0.00363=0.1529m本設(shè)計(jì)系常壓操作，對(duì)板壓降本身無(wú)特殊要求。液

18、沫夾帶量的校核5.7*10“a5.7*10“aUa甘)3.25.7*10°35.39*103.2=0.0314Kg液/Kg氣0.0314Kg液/Kg氣v0.1Kg液/Kg氣同樣得到：液沫夾帶量不超過(guò)10%，故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生過(guò)量液沫夾帶溢流液泛條件的校核溢流管中的當(dāng)量清液高度可由式溢流管中的當(dāng)量清液高度可由式'hf=0.153LSlwho計(jì)液體沿篩板流動(dòng)時(shí)，阻力損失很小，其液面落差厶可忽略不計(jì),即厶=0故降液管內(nèi)的當(dāng)量清液高度:已知：hL=0.0396m,.：-0，hf=2.5*0.0396=0.099m乙醇-水混合液不易起泡，取=0.6,則降液管內(nèi)泡沫層高度:H伺且二譽(yù)

19、巾23亦0亦不會(huì)產(chǎn)生溢流液泛AfHdAfHd咤沁七.37s0.00075>5s液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核降液管內(nèi)的停留時(shí)間不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的氣泡夾帶。漏液點(diǎn)的校核漏液點(diǎn)的孔速為：=4.4C。（篩孔氣速uo=26.84m/s塔板穩(wěn)定系數(shù)k二26.84=3.2>1.52Uow8.38表明具有足夠的操作彈性。根據(jù)以上各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為設(shè)計(jì)的塔徑及各工藝尺寸合適。2.4塔板負(fù)荷性能圖注:以下計(jì)算常用how=2.8410E(-Lh)2/3得how(Ls),E冬經(jīng)驗(yàn)計(jì)算,lwlw取E=1.0則how=2'410"0(掙'J84汩=0.8462Ls2/3過(guò)量液沫夾帶

20、線依下式計(jì)算:5.7說(shuō)CJUa3.2Ht_hf,(2-1)式中：Ua=乙=1.3喊2/32/3hf=2.5(hw+how)=Lss令ev=0.1kg液/kg氣，由=35.39x10N/m,Ht=0.45m代入式(2-1)得:5.710/1.392Vs、3.20.13(2/3)35.39匯s2/3整理得：Vs九718一11.3仏在操作范圍中，任取幾個(gè)Ls值，根據(jù)上式算出V值列于表2-3中:0.0020.0040.0060.0081.5381.4321.3441.264表23依表中數(shù)據(jù)在作出過(guò)量液沫夾帶線(參見(jiàn)圖2-1)1)溢流液泛線由式2皿-hwHt和Hhwhow亠亠1hfhf聯(lián)立求解。(1)hp=hchLh.-hc=0.051()Cohc=0.051()CoVs二)=0.051(sCoAo2A?L2/3)2(總)=°.063嘆2hl='(hw+how)s2/3s22/322/3故hp=0.0549Vs2+s+0.00409=0.0549Vs2+0.4908Ls+0.03409hd=0.153(土)2=0.153(Ls)2=195.2Ls2貝U:Iwh。22/320.6(0.450.0518)=0.0549Vs+0.4908Ls+0.03409+0.0518+0.8462Ls+195.22Ls整理得:整理得:Vs22/3s-3570.97L取若干Ls值依（2-1