化工原理课程设计塔.doc

化工原理课程设计任务书（07化工一班 叶成 200730262460）一、题目：酒精连续精馏板式塔的设计二、原始数据： 1、乙醇水混合物，含乙醇 32 %（质量），温度 28 ;2、产品：馏出液含乙醇 93 %（质量），温度 31 ;3、塔底：塔底液含乙醇 0.06 %（质量）4、生产能力：日产酒精（指馏出液） 9800 kg;5、热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为 300 kPa;三、任务：1、确定精馏的流程，绘出流程图，标明所需的设备、管线及其有关观测或控制所必需的仪表和装置。2、精馏塔的工艺设计和结构设计：选定塔板型，确定塔径、塔高及进料板的位置；选择塔板的结构型式、确定塔板的结构尺寸；进行塔板流体力学的计算（包括塔板压降、淹塔的校核及雾沫夹带量的校核等）。3、作出塔的操作性能图、计算其操作弹性。4、确定与塔身相连的各种管路的直径。5、计算全塔装置所用蒸汽量和冷却水用量，确定每个换热器的传热面积并进行选型，若采用直接蒸汽加热，需确定蒸汽鼓泡管的形式和尺寸。6、其它。四、作业份量：1、设计说明书一份，说明书内容见化工过程及设备设计的绪论，其中设计说明结果概要一项具体内容包括：塔板数、塔高、塔径、板间距、回流比、蒸汽上升速度、热交换面积、单位产品热交换面积、蒸汽用量、单位产品蒸汽用量、冷却水用量、单位产品冷却水用量、操作压强、附属设备的规格、型号及数量等。2、塔装配图（1号图纸）；塔板结构草图（3535计算纸）；工艺流程图（3550计算纸第一部分 化工原理课程设计任务原始数据： 1、乙醇水混合物，含乙醇 32 %（质量），温度 28 ;2、产品：馏出液含乙醇 93 %（质量），温度 31 ;3、塔底：塔底液含乙醇 0.06 %（质量）4、生产能力：日产酒精（指馏出液） 9800 kg;5、热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为 300 kPa;第二部分 工艺流程图第三部分 设计方案确定第三部分：设计方案的确定一、操作压力：对于酒精水体系，在常压下已经是液态，而且高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加，尤其是真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用；综上所述，本设计选择常压操作。二、进料状况：进料状态有五种，如果选择泡点进料，即q=1时，操作比较容易控制，且不受季节气温的影响，此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，设计和制造时比较方便。三、加热方式：采用间接蒸汽加热。四、回流比：适宜的回流比应该通过经济合算来确定，即操作费用和设备折旧费用之和为最低时的回流比为最适宜的回流比。我们确定回流比的方法为：先求出最小回流比R，根据经验取操作回流比为最小回流比的1.12.0倍，即：R（1.12.0）R。回流方式采用泡点回流，易于控制。五、选择塔板类型：选用F1浮阀塔板（重阀）。F1浮阀的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，且重阀采用厚度2mm的薄板冲制，每阀质量约为33g，其具有如下优点：生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压强以及液面落差较小，塔的造价比较低（浮阀塔的造价一般为泡罩塔的6080，而为筛板塔的120130）。第四部分：设计计算一、 物料衡算1.1、质量分数转换成摩尔分数状态：XF=32%(wt%)；XD=93%(wt%)；XB=0.06%(wt%)%；%；%1.2、摩尔流量计算 MF=22.354 g/mol; MD=41.48g/mol; MB=18.007 g/mol;D=9800kg/day=9.844kmol/hF=53.16kmol/h；B=43.316kmol/h.二、 塔板数计算2.1、最适回流比R图1. 最小回流比操作线由上图得出，;解得；取R=1.5RM; 得出操作回流比R=2.385.2.2、理论塔板数NT 根据精馏段操作线方程；得；作图，画出理论塔板数NT,如下图。得出，NT=25块。2.3、塔板效率查传热传质过程设备设计224-225页附表，得；塔顶：X1=82.58%，Y1=83.87%，T1=78.36；1=0.44mPas;塔底：XZ=0.0235%，YZ=0.307%，TZ=99.93；底=0.28mPas;取粘度的平均值=0.36mPas;相对挥发度; 取相对挥发度平均值；所以全塔效率;2.4、实际塔板数;精馏段为45块，进料板为第46块，提馏段为11块。三、 塔工艺条件计算3.1、平均分子量塔顶：X1=82.58%，Y1=83.87%； ；塔底：XZ=0.0235%，YZ=0.307% ;进料板：XF=15.55%，YF=50.22%; ;精馏段平均分子量： ;提馏段平均分子量： .3.2、平均密度塔顶：;塔底：;进料板：;精馏段：;提留段：；3.3、气液相负荷量精馏段:L=RD=2.1759.844=21.411kmol/h; V=L+D=21.411+9.844=31.255kmol/h;提馏段：L=L+F=74.571kmol/h; V=V=31.255kmol/;；3.4、溶液表面张力塔顶：塔底：进料板：精馏段：提馏段：。第五部分：精馏塔设计5.1、塔径D塔径的确定与气液负荷、物性和塔板的结等参数有关。本设计采用smith法计算塔径。精馏段：（1）（2）初选板间距HT=0.3m；板上液层厚度hL=0.05m；则HT-hL=0.25m.（3）根据史密斯图，得C20=0.052 ；(4)空塔气速提馏段：（1）（2）初选板间距HT=0.3m；板上液层厚度hL=0.05m；则HT-hL=0.25m.（3）根据史密斯图，得C20=0.052 ；(4)空塔气速将精馏段空塔气速和提馏段相比，选取较小的精馏段空塔气速计算塔径D。塔径D: ；按标准塔径圆整为D0.6m，可见这里的D 和HT的关系相符合；校正：实际空塔气速：； 塔的截面积：。5.2、塔高Z有效传质高度Z可以通过以下公式求取5.3、溢流装置由于塔径小于2.2m，所以选用单溢流弓形降液管，不设进口堰，取全塔平均值计算。;(1) 堰长对于单溢流，一般取堰长为（0.6-0.8）D.故取=0.6D，则有=0.6*0.6=0.36m;校核液体在降液管中的停留时间；由，弓形降液管宽度和面积用传热传质过程设备设计p192页图表查出，；（2）堰商液层高度how; 查图得液流收缩系数E=1.03；（3）堰高m;取=0.044m;(4)验算液体在降液管中的停留时间，故降液管尺寸符合要求；（5）降液管底隙高度 按照简便算法；5.4、浮阀数目与排列（1）阀孔数根据阀孔动能因素F0=912，取F0=9；已知F1型重阀的阀孔直径d0=0.039m;则精馏段：每层塔板上的浮阀数目提馏段：每层塔板上的浮阀数目（2）塔板布置已知；因为边缘区宽度WC=2550mm,取WC=35mm;取两边安定区宽度Ws=65mm；本设计中浮阀排列方式采用等边三角形交叉；从而计算鼓泡区面积； 则开孔区面积为：精馏段：阀孔总面积：；阀孔中心距；提馏段：阀孔总面积：；阀孔中心距：；实际孔布置如下： 精馏段板孔数为25个提馏段板孔数位24个（3）验算气速及阀孔动能因数及开孔率由实际浮阀个数可知，实际阀孔中气速为：精馏段：； ；提留段：； ；经检测，阀孔动能因子仍在912之间，因此阀孔数符合要求。精馏段塔板开孔率： 提留段塔板开孔率： ；均在10%14%之间，符合要求。第六部分 塔的流体力学检验6.1、气体通过塔板的压降利用半经验公式计算塔内液体液柱高度； 其中，为气体通过一层塔板的压力降所相当的液柱高度，m；为气体通过干板的压力降相当的液柱高度，m；为气体通过板上液层的压力降说相当的液柱高度，m；为克服液体表面张力说产生的压力降说相当的液柱高度，m。（1）干板压力降 首先求取临界气速，然后计算；精馏段：；所以阀未全开；提馏段：；所以阀未全开；（2）板上充气液层阻力；由于乙醇水系统里，液相是水，故取= 0.5；（3）液体表面张力所造成的阻力；由于浮阀塔值通常很小，所以忽略不计。（4）单板压降；精馏段：=0.03463+0.025=0.05963m;提馏段：=0.03219+0.025=0.05719m;验证结果：单板的压力降均在要求范围内。 6.2、液泛情况校核为了防止液泛现象的发生，要求控制降液管中清液层高度，其计算公式为由于本塔不设进口堰，故下式计算液体通过降液管的压头损失；精馏段：；提馏段：；已知HT=0.3m，且hW=0.044m，取；则：;所以符合防止液泛要求。6.3、雾沫夹带校核对乙醇水系统，可取物性系数K=1.0;鼓泡面积；板上液体流径高度；而泛点率=；泛点负荷系数可以通过气相密度和板间距相关图获得；精馏段：=0.083；泛点率=；提馏段：=0.076;泛点率=;均小于75%，符合要求，故可知雾沫夹带量e10%.第七部分 塔板负荷性能图