課程設(shè)計(jì)---乙醇-水的精餾塔設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　----乙醇-水的精餾塔設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　$1 精餾塔任務(wù)書 ………………………………………………………</p><p><b>　　1.1 生產(chǎn)任務(wù)</b&

2、gt;</p><p><b>　　1.2 操作條件</b></p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　$2 精餾塔計(jì)算 …………………………………………………………</p><p>　　2.1 乙醇-水的汽液平衡組成</p><p>　　2.

3、2 全塔物料計(jì)算</p><p>　　$3 精餾段計(jì)算…………………………………………………………</p><p>　　3.1 精餾段相關(guān)物性計(jì)算</p><p>　　3.2 精餾段工藝尺寸計(jì)算</p><p>　　3.3 精餾段塔板流體力學(xué)校核</p><p>　　3.4 精餾段塔板負(fù)荷性能圖(可選)</p&g

4、t;<p>　　$4 提餾段計(jì)算…………………………………………………………</p><p>　　3.1 提餾段相關(guān)物性計(jì)算</p><p>　　3.2 提餾段工藝尺寸計(jì)算</p><p>　　3.3 提餾段塔板流體力學(xué)校核</p><p>　　3.4 提餾段塔板負(fù)荷性能圖(可選)</p><p>　　$

5、5塔高的確定（可選）…………………………………………………………</p><p>　　5.1塔頂空間Ha的確定</p><p>　　5.2 塔底空間Hb的確定</p><p>　　5.3有效塔高Hp的確定</p><p>　　5.4塔頂封頭HF的確定</p><p>　　5.5裙座高度Hs的確定</p>

6、<p><b>　　5.6人孔</b></p><p>　　$6精餾塔的附屬設(shè)備及選型（可選）…………………………………………</p><p>　　$7 塔的主要接管尺寸的選取(可選)……………………………………</p><p>　　$8 $8 輸送泵的選取(可選) ………………………………………………</p><

7、;p>　　$9 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表…………………………………………………</p><p>　　$10 設(shè)計(jì)方案評價(jià)與總結(jié)…………………………………………</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　§1 板式精餾塔設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　1.1 生產(chǎn)任務(wù)<

8、/b></p><p>　　將來自上游的粗餾塔得到的乙醇-水混合物進(jìn)行精餾。</p><p>　　要求：塔頂產(chǎn)品為濃度95.0%（質(zhì)量分率）的醫(yī)用乙醇，塔底殘液中乙醇的濃度不大于0.03％(質(zhì)量分率)。</p><p>　　生產(chǎn)能力：年產(chǎn)量為3000噸。</p><p>　　設(shè)備形式：板式精餾塔 <

9、;/p><p><b>　　1.2 操作條件</b></p><p>　　1、進(jìn)料：溫度90℃的乙醇-水混合物的飽和蒸汽；</p><p>　　2、常壓操作，P＝1 atm（絕壓）；</p><p>　　3、塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流；</p><p>　　4、塔釜采用飽和水蒸氣加熱（加熱方式自選）；&

10、lt;/p><p>　　5、操作回流比R=(1.1—2.0)</p><p>　　6、每年按300天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1、完成該精餾塔工藝設(shè)計(jì)，包括輔助設(shè)備及進(jìn)出口接管的計(jì)算和選型。</p><p>　　2、畫出帶控制點(diǎn)

11、的工藝流程示意圖，t-x-y相平衡圖，塔板負(fù)荷性能圖，篩孔布置圖以及塔的工藝條件圖。</p><p>　　3、寫出該精餾塔的設(shè)計(jì)說明書，包括設(shè)計(jì)結(jié)果匯總和對自己設(shè)計(jì)的評價(jià)。 </p><p>　　$2 板式精餾塔的工藝計(jì)算</p><p>　　說明：以下所有數(shù)據(jù)中A代表乙醇，B代表水。</p><p>　　2.1 乙醇和水的汽液平衡組成<

12、;/p><p>　　1.查表，列出乙醇和水的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)畫出乙醇-水的t-x-y和x-y圖</p><p>　　2.計(jì)算塔頂、塔底、進(jìn)料處相對揮發(fā)度</p><p><b>　　塔頂：α頂=</b></p><p><b>　　塔底：α底=</b></p><p>&

13、lt;b>　　加料板：α加料板=</b></p><p>　　3.計(jì)算乙醇－水的平均相對揮發(fā)度： </p><p>　　乙醇－水的相對揮發(fā)度一般用幾何平均值或算術(shù)平均值表示</p><p>　　2.2 全塔物料計(jì)算 </p><p>　　1. 原料液中物料的計(jì)算</p><p>　　設(shè) A組分－乙

14、醇; B組分－水</p><p>　　乙醇的摩爾質(zhì)量：M乙=46.07 kg/kmol</p><p>　　水的摩爾質(zhì)量： M水=18.02 kg/kmol</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　入口的原料液x

15、F的液相組成就是90 oC的氣相組成。經(jīng)查表得，90 oC的飽和蒸汽進(jìn)料液的摩爾組成為：</p><p>　　根據(jù)產(chǎn)量和所定工作時(shí)間，即年產(chǎn)3000噸95.0%乙醇，每天24小時(shí)連續(xù)正常工作，則</p><p>　　原料處理量：D=kmol/h</p><p><b>　　F=</b></p><p><b>

16、　　W=</b></p><p><b>　　2．q方程的計(jì)算</b></p><p>　　由乙醇-水的平衡數(shù)據(jù)用求得原料進(jìn)入塔時(shí)(90℃時(shí))的氣液相組成為：</p><p><b>　　= =</b></p><p>　　由 F= L + V 和 F = L + V 得 L =（k

17、mol/h），</p><p>　　∴q = L /F =</p><p>　　則：q線方程為 y = = </p><p><b>　　3．溫度的計(jì)算</b></p><p>　　由t-x-y圖可知: 塔頂溫度t=℃，塔底溫度t=℃，</p><p>　　定性溫度：△t=1/2(tD+tw)=8

18、7.15℃</p><p><b>　　4．回流比的確定</b></p><p>　　用內(nèi)差法求得進(jìn)料板的氣液相組成（90℃進(jìn)料）</p><p>　　進(jìn)料板位于平衡線上,則：xq=X進(jìn)料板=</p><p><b>　　yq=Y進(jìn)料板=</b></p><p><b&

19、gt;　　∴Rmin=</b></p><p><b>　　∴操作回流比R=</b></p><p>　　5．操作線方程的計(jì)算</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　∴精餾段操作線方程</b></p><p&g

20、t;<b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　∴提餾段操作線方程</b></p><p><b>　　相平衡方程為：</b></p><p><b>　　6．板效率的計(jì)算</b></p><p>　　7．實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算</p>

21、<p><b>　　$3 精餾段的計(jì)算</b></p><p>　　3.1 精餾段相關(guān)物性計(jì)算</p><p>　　3.1.1 操作壓強(qiáng)</p><p>　　P = 1atm=101.325KPa</p><p><b>　　3.1.2 溫度</b></p><p&

22、gt;　　由t-x-y圖可知: tD=78.30℃ tF=90℃ tW=96.00℃</p><p><b>　　t=</b></p><p>　　3.1.3 定性組成</p><p>　　(1)塔頂 y= X= 查平衡曲線得到 x=</p><p>　　(2)進(jìn)料 y= x=<

23、/p><p>　　3.1.4 平均分子量Xm </p><p><b>　　查表可知:</b></p><p>　　(1)塔頂：=xDM乙醇+（1-xD)M水=（）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　(2)進(jìn)料: =</b>

24、</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　平均分子量==</b></p><p><b>　　==</b></p><p>　　3.1.5 平均密度ρm </p><p>　　由書可知：1/= a /+a/

25、 </p><p>　　塔頂：在78.30℃下：=744.289() =972.870()</p><p>　　= 則=758.716()</p><p>　　進(jìn)料:在進(jìn)料溫度90℃下：</p><p>　　=729.9() =965.3()</p><p><b>　　a

26、=</b></p><p>　　= 則=921.0() </p><p>　　即精餾段的平均液相密度=(758.716+921.0)/2=839.858() </p><p>　　平均氣相密度==1.180()</p><p>　　3.1.6 液相平均粘度</p><p>　　液相平均粘度依下式計(jì)算：

27、</p><p>　　（1） 塔頂: 查書中圖表求得在78.3℃下： </p><p>　　=0.504; =0.367; </p><p>　　lg=0.826lg(0.504)+0.174lg(0.367) </p><p>　　則=0.477 ()</p><p>　?。?）進(jìn)料: 在90℃下：</p>

28、;<p>　　=0.428 ; =0.3165。</p><p>　　lg=0.0639lg(0.428)+(1-0.0639)lg(0.3165) </p><p>　　則=0.3226 ()</p><p>　　=（+）/2=（0.477+0.3226）=0.3998</p><p>　　3.1.7 液體表面張力 <

29、;/p><p>　?。?）塔頂: 查書求得在78.30℃下：</p><p><b>　　()</b></p><p>　　（2）進(jìn)料: 在90℃下：</p><p><b>　　()</b></p><p>　　則 =(+)/2=(26.194+58.01)/2=42.102(

30、)</p><p>　　3.1.8 氣液體積流速的計(jì)算</p><p>　　由上述計(jì)算得到的= = 可知：</p><p><b>　　==()</b></p><p><b>　　==()</b></p><p>　　3.2 精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算<

31、;/p><p>　　3.2.1 塔徑D的計(jì)算</p><p>　　3.2.2塔板詳細(xì)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1．計(jì)算堰長lW</b></p><p>　　2．計(jì)算出口堰高h(yuǎn)W</p><p>　　3. 計(jì)算弓形降液管寬度Wd與降液管面積Af</p><p>　　4.

32、計(jì)算降液管底隙高度hO</p><p>　　因物系較清潔,不會有臟物堵塞降液管底隙,取液體通過降液管底隙速度=0.07m/s. </p><p>　　過小,取ho=0.04m</p><p>　　5．塔板布置 </p><p>　　取安定區(qū)寬度W=, 取邊緣區(qū)寬度W=</p><p>　　

33、6. 篩板數(shù)n與開孔率 </p><p>　　3.3 精餾段塔板流體力學(xué)校核</p><p>　　3.3.1板壓降的校核 </p><p>　　1．干板壓降hc的計(jì)算</p><p>　　2．氣體穿過板上液層壓降hl的計(jì)算</p><p>　　相應(yīng)的氣體動能因子 </p><p>

34、;　　查化工原理下圖10-46得：β=0.58</p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　3．液體表面張力造成的壓降hσ的計(jì)算</p><p>　　3.3.2 液層高度的校核 </p><p><b>　　1．液面落差△h</b></p><p>　

35、　對于篩板塔，液面落差很小，且本設(shè)計(jì)的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。</p><p>　　2．堰上液流高度how的計(jì)算</p><p>　　3.3.3 液沫夾帶量的校核 </p><p>　　3.3.4 溢流液泛條件的校核 </p><p>　　3.3.5 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核 </p>

36、<p>　　降液管內(nèi)的停留時(shí)間 （是否>5s，若大于，則不會產(chǎn)生嚴(yán)重的氣泡夾帶）</p><p>　　3.3.6 操作彈性的校核 </p><p><b>　　漏液點(diǎn)的孔速為：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=9.155(m/s)<

37、;/p><p><b>　　篩孔氣速</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　塔板穩(wěn)定系數(shù) </b></p><p>　　表明具有足夠的操作彈性。</p><p>　　根據(jù)以上各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為設(shè)計(jì)的精餾段各工藝尺

38、寸合適。 </p><p>　　3.4 精餾段塔板負(fù)荷性能圖(可選)</p><p>　　3.4.1 液沫夾帶線</p><p>　　3.4.2 溢流液泛線</p><p>　　3.4.3 液相負(fù)荷上限線</p><p>　　3.4.4 漏液線（氣相負(fù)荷下限線）</p><p>　　3.4.

39、5 液相下限線</p><p><b>　　3.4.6 操作線</b></p><p>　　$4 提餾段的計(jì)算</p><p>　　4.1 提餾段物性計(jì)算</p><p>　　4.1.1 操作壓強(qiáng) P = 101.325KPa</p><p>　　4.1.2 溫度 t </p>

40、;<p>　　t=78.30C t=90C t=96.0C</p><p><b>　　t=C</b></p><p>　　4.1.3 定性組成</p><p>　　(1)塔釜 = 查相平衡圖得到：=</p><p>　　(2)進(jìn)料 y= x=</p>&l

41、t;p>　　4.1.4 平均分子量 </p><p><b>　　查表可知:</b></p><p>　　(1)塔釜：=yW46.07+(1- yW)18.02=（）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　(2)進(jìn)料: =</b><

42、;/p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　平均分子量：</b></p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　==</b></p><p>　　4.1.5 平均密度 </p&g

43、t;<p>　　由式：1/=a/+a/ </p><p><b>　　塔釜：查書得 </b></p><p>　　= =</p><p><b>　　則：=</b></p><p>　　進(jìn)料:在進(jìn)料溫度90℃下：</p><

44、;p>　　= =</p><p><b>　　則：=</b></p><p>　　即提餾段的平均液相密度</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　平均氣相密度</b></p><p><b>　

45、　==</b></p><p>　　4.1.6 液體表面張力 </p><p><b>　　1．塔釜: </b></p><p><b>　　2．進(jìn)料: </b></p><p>　　4.1.7 液體平均粘度</p><p><b>　　1．塔釜:&

46、lt;/b></p><p><b>　　2．進(jìn)料:</b></p><p>　　4.1.8 氣液體積流速的計(jì)算</p><p>　　由已知條件= = 得 </p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　==</b>&

47、lt;/p><p>　　4.2 提餾段塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算</p><p>　　4.2.1塔徑D的計(jì)算</p><p>　　4.2.2塔板詳細(xì)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1．計(jì)算堰長lW</b></p><p>　　2．計(jì)算出口堰高h(yuǎn)W</p><p>　　3. 計(jì)算

48、弓形降液管寬度Wd與降液管面積Af</p><p>　　4. 計(jì)算降液管底隙高度hO</p><p>　　5．塔板布置 </p><p>　　6. 篩板數(shù)n與開孔率 </p><p>　　4.3 提餾段塔板流體力學(xué)校核</p><p>　　4.3.1板壓降的校核 </p><p>

49、;　　1．干板壓降hc的計(jì)算</p><p>　　2．氣體穿過板上液層壓降hl的計(jì)算</p><p>　　3．液體表面張力造成的壓降hσ的計(jì)算</p><p>　　4.3.2 液沫夾帶量的校核 </p><p>　　4.3.3 溢流液泛條件的校核 </p><p>　　4.3.4 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校

50、核 </p><p>　　降液管內(nèi)的停留時(shí)間 （是否>5s，若大于，則不會產(chǎn)生嚴(yán)重的氣泡夾帶）</p><p>　　4.3.5 操作彈性的校核 </p><p>　　表明具有足夠的操作彈性。</p><p>　　根據(jù)以上各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為設(shè)計(jì)的提餾段各工藝尺寸合適。 </p><p>　

51、　4.4 提餾段塔板負(fù)荷性能圖(可選)</p><p>　　4.4.1 液沫夾帶線</p><p>　　4.4.2 溢流液泛線</p><p>　　4.4.3 液相負(fù)荷上限線</p><p>　　4.4.4 漏液線（氣相負(fù)荷下限線）</p><p>　　4.4.5 液相下限線</p><p>&

52、lt;b>　　4.4.6 操作線</b></p><p>　　$5塔高的確定（可選）</p><p>　　塔高主要由下列部分組成:</p><p>　　塔頂空間，塔底空間,有效塔高,加料板空間高度及群座高度</p><p><b>　　即: =++++</b></p><p>　

53、　5.1塔頂空間Ha的確定</p><p>　　塔頂空間是指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)木嚯x。其距離取遠(yuǎn)高于板間距的值，本設(shè)計(jì)計(jì)算中板間距為0.45m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取塔頂空間=1.2m，（塔頂封頭1米）。</p><p>　　5.2 塔底空間Hb的確定</p><p>　　塔底空間是指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值由塔底貯液取停留時(shí)間</p><p>

54、　　和塔底液面到最下層塔板間距決定（一般要有1-2m）。</p><p>　　5.3有效塔高Hp的確定</p><p>　　5.4塔頂封頭HF的確定</p><p>　　HF=(1/4)D=0.25m</p><p>　　5.5裙座高度Hs的確定</p><p>　　為了制作方便,裙座為圓形，HS/D=3,</p

55、><p><b>　　HS=3×1=3M</b></p><p><b>　　5.6人孔</b></p><p>　　本精餾塔中設(shè)計(jì)了5個(gè)人孔，孔徑均為400mm.</p><p>　　∴最后算得：=++++</p><p>　　$6精餾塔的附屬設(shè)備及選型（可選）<

56、;/p><p>　　本精餾塔選用直接蒸汽加熱，其附屬設(shè)備主要有蒸汽冷凝器、產(chǎn)品冷凝器、連接管、泵等（由于原料由上游而來，且進(jìn)料時(shí)溫度為90℃,故不需預(yù)熱。）列管換熱器具有結(jié)構(gòu)較簡單，加工制造比較容易，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，性能可靠，適應(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用與化工生產(chǎn)中，特別是列管式換熱器在現(xiàn)階段的化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，而且設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和資料較為完善，技術(shù)上比較成熟。因此,以下的冷凝器采用列管換熱器。</p><

57、;p><b>　　6.1 釜底加熱器</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中，水為難揮發(fā)組分，采用直接蒸汽加熱方式，以提高傳熱效果，并節(jié)省再沸器。</p><p><b>　　熱量衡算：</b></p><p><b>　　6.2 塔頂冷凝器</b></p><p>　　采

58、用列管式冷凝器，并使塔頂蒸汽在殼程冷凝，冷卻水在管程流動，以提高傳熱系數(shù)和便于排出凝液。</p><p>　　6.2.1 熱量衡算</p><p>　　6.2.2 冷凝器選型</p><p>　　6.3 餾出液冷卻器</p><p>　　6.3.1 熱量衡算</p><p>　　6.3.2 冷卻器選型</p>

59、;<p><b>　　6.4 釜液冷卻器</b></p><p>　　6.4.1 熱量衡算</p><p>　　6.4.2 冷卻器選型</p><p>　　換熱器規(guī)格匯總表（模板）</p><p>　　$7 塔的主要接管尺寸的選取(可選)</p><p><b>　　7.

60、1塔頂蒸氣管路</b></p><p>　　7.2塔頂冷凝水管路 </p><p>　　7.3塔頂液相回流管路</p><p><b>　　7.4進(jìn)料管路</b></p><p>　　7.5塔釜?dú)堃毫鞒龉苈?</p><p>　　7.6冷卻水出口管路</p>&

61、lt;p>　　7.7塔頂餾出液管路</p><p>　　接口管路匯總表（模板）</p><p>　　$8 輸送泵的選取(可選) </p><p>　　$9 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表</p><p>　　全塔工藝設(shè)計(jì)結(jié)果總匯(模板)</p><p><b>　　符號一覽表 </b></p>