优秀毕设化工原理课程设计筛板精馏塔的设计.docx

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1、化工原理课程设计任务书设计题目：乙醇水溶液筛板精储塔的工艺设计一.基础数据1 .原料液量:8000kgh12 .原料液组成：乙醇：22.6%,水：77.4%3 .原料液温度：254 .储出液组成：乙醇含量大于：93.2%釜液组成：乙醇含量小于：1.1%（以上浓度均指质量分率）5 .操作压力：常压二.设计范围1 .精储系统工艺流程设计，绘流程图一张2 .筛板精储塔的工艺计算3 .筛板精僧塔塔板结构的工艺设计，绘制塔板负荷性能图，塔板结构图和整体设备结构图4 .附属设备选型计算(2)第一章：概述第二章：精僧工艺流程确定(4)第三章：精储塔的物料衡算(5)第四章：塔板数的确定4(10)第五章：塔板结

2、构的工艺设计(19)第六章：塔板流体力学校核(29)第七章：塔板负荷性能图(33)第八章：塔的总体结构的确定(39)第九章：僧塔附属设备选型计算(46)(52)参考文献(51)附录第一章概述塔设备是化工，石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。它是实现精储，吸收，解吸和萃取等化工单元操作的主要设备。塔设备在化工过程中有时也用来实现工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿，减湿等。在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层使两相密切接触，进行传质，两相的组分浓度沿塔

3、高呈阶梯式变化。在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面成膜状向下流动，作为连续相的液体自下向上流动，与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。不管是何种塔型，除了首先要能使气(汽)液两相充分接触，获得较高的传热效率外，还希望能综合满足下列要求：(1)生产能力大。在较大的气(汽)液流速下，仍不致发生大量的物沫夹带及液泛等破坏正常操作的现象。(2)操作稳定，操作弹性大。当塔设备的气(汽)液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质速率下进行稳定操作。(3)流体流动阻力小。即流体通过塔设备的压力降小，以节省动力消耗，降低操作费用。对于减压蒸俺，较大的压力降还将使系统无法维

4、持必要的真空度。(4)结构简单，材料消耗量小，制造和安装容易。(5)耐腐蚀，不易堵塞，方便操作、调节和检修。事实上，任何一种塔型都难以全面满足要求，而只能在某些方面具有独特之处。但是，对于高效率、大生产能力、稳定可靠的操作和低压降的追求则推动着塔设备新结构型式的不断出现和发展。筛板塔是板式塔中较早出现的塔型之一，它综合具有结构简单，制造维修方便，生产能力大(可比浮阀塔大)，塔板效率较高，压降小等优点，不足之处是操作弹性较小。筛孔也易堵塞，使用曾一度受到限制，但是近几十年来，经过大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法，还开发了大孔径筛板，导向筛板等形式，使筛板塔的不

5、足得到补救，即合理的设计可以保证较高的操作弹性。现在，筛板塔已经成为生产上最广泛采用的塔型之一。二元物系精馆用筛板塔的工艺设计，主要包括精馆系统工艺流程的确定，物料衡算，塔板数的计算，塔板结构工艺设计，热量衡算和附属设备的选型计算等项目。第二章精储工艺流程确定本设计任务为分离乙醇一一水混合物,对于二元混合物的分离采用连续精用过程，设计中采用饱和液体进料，将原料液通过预热器加热至泡点，用泵送入精馆塔内，塔顶蒸汽采用全凝气冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，剩余部分经产品冷却器后送至储罐，塔釜采用分离式间接蒸汽渐热。（附图1,所需工艺流程）第三章精储塔的物料衡算3.1、原料液、储出液、釜液组成3

6、.1.1、原料液组成已知水的摩尔质量：M尸18.02kg.mo1乙醇摩尔质量：M乙=46.07kg.mo1质量分率：1,=22.6%摩尔分率：46.070.226(1-0.226)46.0718.02=0.10253.1.2、僮出液组成质量分率：p=93.2%摩尔分率：M乙XD=%+1_%亚一水0.932=%-3=0.84280.932(1-0.932)+46.0718.023.1.3、釜液组成质量分率：w=1.1%摩尔分率：=0.004346.070.011(1-0.011)+46.0718.023.2、物料衡算3.2.1、质量流量全塔物料横算式：mr=mi)mtt、AIH1：3-d3d+1

7、w3w-已知F=8000kg.h,代入数据得8000=mD+mw8000X0.226=m)0.932+mtt0.011J联立，解方程得mD=1868.018kgh1Amw=6131.981kgh13.2.2、摩尔流量原料液的平均摩尔质量MF=M乙XF+水(1XZr)Mf=46.070.1025+18.02(1-0.1025)=20.895kg-kmo一原料液的摩尔流量F=怛Mf800020.895全塔物料衡算式:F=DWFxf=Dx)+Wxw-代入数据382.864=DW382.86401025=D0.8428+W0.0043-解方程得D=44.839kmo1h1AW=338.025kmo1h

8、1一3.2.3.体积流量3.2.3.1、进料体积流量由于采用饱和液体进料，查表化工原理课程设计指导书一筛板式精修塔附录乙醇水混合物的热焰用内插法计算，当3e=0.226,(W尸24.99%时，t1=86.Cjw2=19.6%,t2=87.2)；如二86.1-8,182X(22.6-24.99)=86.5924.99-19.6v7在3=86.59。C时，查化工原理上附表，水的重要物理性质内插法PB=971.8+965乱二;1U(86.59-80)=967.3kg3在3=86.59。C时，查化学化工物性数据手册有机卷2第559页p,=717.4+7W”-7也3Z8659-100)=734.Xkg卬

9、二a100-8017进料时混合物的密度1Pf=7C+(-)P乙P水1-0.226(1-0.226)734.1+967.5=902.6kgm3进料体积流量Vf=吮Pf=8.863m3,=2.4619XIO-3.5-902.63.2.3.2、储出液体积流量查表化工原理课程设计指导书-筛板式精修塔附录乙醇水混合物的热焰当Xd=O.8428时,如由内插法计算得tn=78.5+：)-8.3(912-91.08)=78.35I)91.08-93.897当tD=78.35。C时，查化工原理上，附表，水的重要物理性质，用内插法算水的密度PB=977.8+79%二;，逆(78.35-70)=972.79kgm-

10、3当tD=78.35C时，查化学化工物性数据手册有机卷2第559页，用内插法p=742.3+7423.76.78.35-80)=744.23kgm3a80-60+一%)P1夕水=JV=756.31kg-0.932(1-0.932)744.23+972.79储出液体积流量Pd1868.017f.-3/-cq?1,3-1=2.47m=6.8610ms756.313.2.3.3.釜液体积流量釜液温度按泡点温度计，查表化工原理课程设计指导书-筛板式精僧塔附录乙醇水混合物的热焰当XK).0043时，内插法计算99.989%=99+(1.1-0.80)=98.96r0.80-1.6当如二98.96。&查化

11、工原理上附表，水的重要物理性质，用内插法算水的密度QRfi4-RPB=965.3+(98.96-90)=959.12kgm3B100-90当3=98.96C,查化学化工物性数据手册有机卷2第559页，用内插法71747423pA=717.4+(98.96一100)=718.69kgm3a100-80_PaSWI(1一口P乙P水、=7r=955.60kg0.0(1-0.011)718.69+959.12储出液体积流量V=区Pw=6131,981=6.417/-1=1782x103.5-955.603.3、结果汇总表表3.1质量分率先摩尔分率泡点温度C混合液密度kg.m3进料液22.610.258

12、6.59902.6溜出液93.284.2878.35756.31釜液1.10.4398.96955.60质量流量Kg.h摩尔流量Km。1hT体积流量体积流量13.ST进料液8000382.8648.8632.4619103溜出液1868.01844.8392.47O.686103釜液6131.982338.0256.4171.782IO-3第四章塔板数的确定4.1、 理论塔板数的确定4.1.1、 最小回流比&5由于水乙醇体系为非理想体系，q线与平衡线的交点同点（XD,y1）的连线已超出平衡线。因此采用过点（xp,y1）做水乙醇气液平衡线的切线，此直线为最小回流比时的精偏段操作线，见附图二由附图

13、读取操作线截距，由一文=0.298可以求得R=m10.2980.84280.298-1=1.8284.1.2、 求最小理论塔板数Nmin当理论板数最小时，R达到最大，此时精储段操作线，提馆段操作线与y=x线三线重合(附图二)，由图解法可知，最小理论板数NeirI4.1.3、 =I-xr)(Xg-X0)4.1.4、 选取最适回流比在R:(1.1-2.0)R仆范围内选取9个点，由化工原理下吉利兰夫关联式口现取R3=2.3764进行典型计算X3=R1%为+12.3764-1.8282.3764+1=0.1624Y3=O.75(I-X30-567)=0.75(1-0.1624567)=0.482由丫3必二Nmi1推出N=min十.M+1IT9.939-0.4821-0.482=20.136其他结果数据计算结果见表4.1表4.1RnRXYN1.12.01080.06070.59726.1341.22.19360.11450.53122.3031.32.37640.16240.48220.1361.52.7420.24430.41317.6291.62.92480.27950.38616.8171.73.10760.31150.36316.1701.83.29040.34090.34315.6411.93.4732