化工設(shè)計(jì)課程論文

PAGE20目錄TOC\o"1-3"\h\u25718第一章緒論 329897一、前言 331229二、設(shè)計(jì)內(nèi)容 429383第二章課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容 411878一、物料衡算 43072三、操作線方程的確定 531360四、塔板數(shù)及塔高的計(jì)算 612042五、塔徑的計(jì)算 73967六、溢流裝置相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算 81、堰長(zhǎng) 9146792、溢流堰高度 9189013、降液管寬度和截面積 10243734、降液管底隙高度 10142655、塔板布置 1123731七、流體力學(xué)的計(jì)算 12145651、塔板壓降 12324842、淹塔 12105833、霧沫夾帶 13205084.求熱負(fù)荷 1422304八.塔板的負(fù)荷性能圖 14181922、液泛線 14172713、液相負(fù)荷上限線 1561524、漏液線 15291105、液相負(fù)荷下限線 15124九、篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總表： 16232721、精餾段與提餾段的數(shù)據(jù) 16268442、篩板塔的數(shù)據(jù) 17十、主要接管尺寸的選取.....................171、進(jìn)料管......................... 172、回流管.........................183、釜液出口管.......................184、塔頂蒸汽管.......................185、加熱蒸氣管.......................18十一、輔助設(shè)備的選取......................18

1、冷凝器.........................18

2、再沸器.........................18

4874第三章總結(jié) 19第一章緒論一、前言在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收、解吸、精餾、萃取等單元操作中，氣液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過(guò)精密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。塔設(shè)備一般分為級(jí)間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔，在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔與浮閥塔。篩板塔在十九世紀(jì)初已應(yīng)用與工業(yè)裝置上，但由于對(duì)篩板的流體力學(xué)研究很少，被認(rèn)為操作不易掌握，沒(méi)有被廣泛采用。五十年代來(lái)，由于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)篩板塔作了較充分的研究并且經(jīng)過(guò)了大量的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大于10.5%，板效率提高產(chǎn)量15%左右；而壓降可降低30%左右；另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，消耗金屬少，塔板的造價(jià)可減少40%左右；安裝容易，也便于清理檢修。本次設(shè)計(jì)就是針對(duì)水乙醇體系，而進(jìn)行的常壓二元篩板精餾塔的設(shè)計(jì)及其輔助設(shè)備的選型。由于此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，本組水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇切希望各位老師指出，以便訂正。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.工藝條件與數(shù)據(jù)原料液量1500t/a，含乙醇40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），水60%；餾出液含乙醇94%，回收率99.9%；泡點(diǎn)進(jìn)料；加料方式：貯槽加料泵高位槽精餾塔。乙醇-水物系平衡曲線按下式計(jì)算：y=αx/[1+(α-1)x]其中：α=0.8938x-1.0632x≥0.3α=1.1213(x+0.2)-1.5236x＜0.32.操作條件常壓操作；回流液溫度為塔頂蒸汽的露點(diǎn)，回流比自選；間接蒸汽加熱，加熱蒸汽壓力為5kgf/cm2（絕對(duì)壓力）；冷卻水進(jìn)口溫度30℃，出口溫度為45℃；設(shè)備熱損失為加熱蒸汽供熱量的5%。3.設(shè)計(jì)內(nèi)容=1\*GB3①物料衡算、熱量衡算；=2\*GB3②塔板數(shù)、塔徑計(jì)算；=3\*GB3③溢流裝置、塔盤設(shè)計(jì)；=4\*GB3④流體力學(xué)計(jì)算、負(fù)荷性能圖。第二章課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容一、物料衡算原料液的摩爾分?jǐn)?shù)：塔頂摩爾分?jǐn)?shù)：塔殘液的摩爾分?jǐn)?shù)故D=1.51×=2.097kmol/h故W=4.79×104kmol/h二、最小回流比的確定q=1(由圖像可以得到取R=1.8=4.14L=8.682kmol/h三、操作線方程的確定精餾段方程：提留段方程：得：精餾段方程：y=0.805447x+0.167315提餾段方程：y=1.614538x-0.00016733)四、塔板數(shù)及塔高的計(jì)算由圖可知理論塔板數(shù)為16.精餾段理論板為14塊。由Dickamer法參考《化工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì)》p92查《化工原理》在進(jìn)料。則實(shí)際塔板數(shù)為塊塔高五、塔徑的計(jì)算鎦出液的摩爾質(zhì)量鎦出液的密度按純乙醇計(jì)算，乙醇的沸點(diǎn)為78.3℃從附錄四查得乙醇在78.3℃時(shí)的密度為（《化工原理》P330）液相體積流量：汽相體積流量：計(jì)算汽相負(fù)荷因子，參考表6-8，選取板間距從下圖查得從附表二十查得78.3℃時(shí)的表面張力σ=17.5mN/m計(jì)算塔徑：最大允許空塔氣速空塔氣速塔徑六、溢流裝置相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算采用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。各項(xiàng)計(jì)算如下。1、堰長(zhǎng)在塔板的液體出口處安裝溢流堰，堰長(zhǎng)一般約為塔徑的0.6-0.8倍取m2、溢流堰高度由為堰上液高度，m；為板上液層高度，m選用平直堰，取板上清液層高度查在《塔設(shè)備》書47圖3-4=3、降液管寬度和截面積由查表11-44《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》書1038則,液體在降液管停留時(shí)間，即故降液管設(shè)計(jì)合理。4、降液管底隙高度式中為降液管出口處的流速，一般參考《板式精餾塔》書59。?。楸ＷC良好的液封，應(yīng)比出口堰高小6以上）。5、塔板布置邊緣高度的確定取，參考《板式精餾塔》開(kāi)孔的面積：篩孔篩孔的孔徑，孔間距篩孔數(shù)（個(gè)）閥孔氣速(閥孔動(dòng)能因素，其經(jīng)驗(yàn)值為9-12)塔板的開(kāi)孔率 七、流體力學(xué)的計(jì)算1、塔板壓降干板阻力，可計(jì)算如下:(查《化工單元操作過(guò)程設(shè)計(jì)》書114)液柱液層阻力，取充氣系數(shù)液層表面張力的阻力氣體通過(guò)每層板的液降高度單板壓降符合設(shè)計(jì)要求。2、淹塔為了防止淹塔，要求，其中因?yàn)橛上嗥胶鈭D得應(yīng)此取，板間距，有由此可見(jiàn)：；符合要求。3、霧沫夾帶為按有效流通面積計(jì)算的氣速。故霧沫夾帶量泛點(diǎn)率泛點(diǎn)率4.求熱負(fù)荷由和乙醇-水的t-x(y)圖，得t=78.23℃（《化工原理》求C）八.塔板的負(fù)荷性能圖1、霧沫夾帶線按泛點(diǎn)率=0.8計(jì)算得2、液泛線由上式確定液泛線方程3、液相負(fù)荷上限線求出上限液體流量值以降液管內(nèi)停留時(shí)間則4、漏液線由計(jì)算得則5、液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度根據(jù)計(jì)算求出的下限值；，取九、篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總表：1、精餾段與提餾段的數(shù)據(jù)1加料熱狀態(tài)q=12最小回流比Rmin2.33回流比R4.144理論板數(shù)Nt165實(shí)際板數(shù)Np386實(shí)際精餾板數(shù)337實(shí)際提餾板數(shù)48回收率99.9%9加料F208.3kg/h10加料濃度Xf0.20711塔頂出料D2.097kmol/h12塔頂濃度Xd0.86013塔底出料W4.79×104kmol/L14塔底濃度Xw0.00027232、篩板塔的數(shù)據(jù)1塔徑D(m)0.412塔高H(m)9.53板間距Ht(m)0.254塔板型單流型5堰長(zhǎng)lw(m)0.2876最大允許空塔氣速(m/s)0.9337空塔氣速U(m/s)0.65318堰高h(yuǎn)w(m)0.040859降液管底隙高度ho(m)0.004810堰上液高度(m)0.0045111降液管寬度W(m)0.0586312截面積()0.011613安定區(qū)Ws(m)0.0514邊緣區(qū)Wc(m)0.0315孔徑do(m)0.00516 孔間距t(m)0.01517篩孔數(shù)(個(gè))14818開(kāi)孔率10.1%19開(kāi)孔面積(m2)0.028920干板阻力(m液柱)0.004421液層阻力(m)0.022522液層表面張力阻力(m)0.0019323液降高度(m)0.0288324單板壓降Δp(kpa)209.125(m/s)1.07×10-426(m)0.073827霧沫夾帶量0.1328泛點(diǎn)率0.282十、主要接管尺寸的選取

1、進(jìn)料管

有已知料液流率為208.3kg/h,取料液密度為965kg/m3,則料液體積流率為

取管內(nèi)流速uf=0.5m/s,則進(jìn)料管的直徑

取進(jìn)料管尺寸為φ13.5×2.25

2、回流管

由已知回流液流率為2.097kmol/h，取回流液密度為742.43kg/m3,取回流管尺寸為φ17.0×2.25

3、釜液出口管

由已知釜液流率為4.79×104kmol/h,取釜液密度為920kg/m3,則釜液體積流率取管內(nèi)流速Uw=0.5m/s，則釜液出口管直徑

取釜液出口管尺寸為φ17.0×2.25

4、塔頂蒸汽管

近似取精餾段體積流率為塔頂蒸汽體積流率VT，并取管內(nèi)蒸汽流速uT=15m/s，則塔頂蒸汽管直徑

取塔頂蒸氣管尺寸為φ40×3.35

5、加熱蒸氣管

取加熱蒸氣管內(nèi)蒸汽流速uT=0.6m3/s加熱蒸氣密度3.25kg/m3,流速取15m/s,則加熱蒸氣管徑

取加熱蒸氣管尺寸為φ26.8×十一、輔助設(shè)備的選取

1、冷凝器

冷凝器選用單殼程的列管式換熱器，冷凝劑選用冷水，冷水走管程，蒸汽走殼程，該冷凝器為全冷凝器，對(duì)全凝器作熱量衡算并忽略熱量損失，選定冷水的入口溫度為t1=30℃,出口溫度為t2=45℃,選定回流液在飽和溫度下進(jìn)入塔內(nèi)，由于塔頂餾出液幾乎為純乙醇作焓按純乙醇計(jì)算，則

所以QC=Vr=256.629×16399=4.3×106J

為冷水消耗量

2、再沸器

本設(shè)計(jì)分離乙醇-水體系，可以采用直接蒸汽加熱，只需在精餾塔的底部通入水蒸氣即可，不需要外加再沸器。第三章總結(jié)兩個(gè)星期的化工畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)圓滿結(jié)束。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合設(shè)計(jì)的能力。既讓我懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我懂得了在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題怎樣用理論去解決。在本次設(shè)計(jì)中，我還需要大量的以前沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)，查閱了大量的文獻(xiàn)資料。在查閱資料的過(guò)程中，要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識(shí)，不知不覺(jué)中我查閱文獻(xiàn)的能力有了很大的提高。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，總是遇到這樣或那樣的問(wèn)題，這就需要我不斷的努力，不斷的改正，不斷地吸取教訓(xùn)，才能不斷的進(jìn)步，得到最終的設(shè)計(jì)成果。通過(guò)該論文的設(shè)計(jì)，使我全面系統(tǒng)的理解了篩板塔的一般原理和基本實(shí)現(xiàn)方法。把死板的課本知識(shí)變得生動(dòng)有趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)的積極性。把學(xué)過(guò)的精餾塔的知識(shí)強(qiáng)化，能夠把課堂上學(xué)的知識(shí)通過(guò)自己設(shè)計(jì)的精餾塔表示出來(lái)，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了堅(jiān)持不懈的重要性，而且大大提高了我的思維的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)還有很多不盡人意之處，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所經(jīng)歷的過(guò)程和培養(yǎng)到能力是這次論文設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，結(jié)果固然重要，但過(guò)程才是最讓人受益匪淺的。在此感謝各位老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝同學(xué)們給予參考文獻(xiàn)《化工原理（第四版）》，化學(xué)工業(yè)出版社《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》，化學(xué)工業(yè)出版社《化工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)出版社《塔設(shè)備》，化學(xué)