[优秀毕业设计精品] 甲醇水筛板精馏塔设计.doc
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1、化工原理设计任务书1、设计题目 :甲醇-水筛板精馏塔设计 2、设计条件 : 加料量 F=100kmol/h 进料组成 =0.480.001(2620)=0.486 馏出液组成 =0.920.001(2620)=0.926 釜液组成 =0.020.001(2620)=0.026 塔顶压力 P=100kP 单板压降 0.7 kPa 3 、 工艺操作条件:常压精馏,塔顶全凝器,塔底直接蒸汽加热,泡点进料,泡点回流。 4、 主要设计内容 1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计 (1)塔径及提馏段塔板结构尺寸的确定 (2)塔板的流体力学校核 (3)塔板的负荷性能图 (4)总塔高
2、4、辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、工艺流程图及精馏塔工艺条件图目 录 化工原理设计任务书1摘 要1前 言2绪 论1第一章 基础数据21.1设计基础数据21.2设计方案31.3 设计思路4第二章 设计计算52.1.精馏流程的确定:52.2.塔的物料衡算:52.3理论板数的确定:62.4全塔效率Et62.5实际塔板数:8第三章塔的工艺条件及物性的数据计算83.1 操作压力的计算83.2 温度的计算83.3 塔内各段汽、液两相组分的平均分子量93.4提馏段的平均密度93.5 液体表面张力的计算103.6 提馏段液相平均黏度11第四章 精馏塔主要工艺尺寸的计算1241精馏塔的塔体工艺尺寸的计算
3、124.1.1 塔径D的计算124.2塔板主要工艺尺寸的计算134.2.1 溢流装置的计算134.2.2 塔板布置154.3. 筛板的流体力学验算164.3.1塔板压降164.3.2 液面落差174.3.3 雾沫夹带量eV的验算174.3.4 漏液的验算174.3.5 液泛的验算1844 塔板负荷性能图19441漏液线194.4.2液沫夹带线194.4.3 液相负荷下限线204.4.4 液相负荷上限线214.4.5 液泛线214.5筛板塔的工艺设计计算结果汇总表23第五章 热量衡算255.1进入系统的热量255.1.1加热饱和蒸汽带入的热量255.1.2进料带入的热量255. 1.3回流带入的
4、热量(塔顶按甲醇与水混合蒸汽计算)255.2离开系统的热量265.2.1塔顶蒸汽带走的热量265.2.2残余带走的热量275.2.3散于周围的热275.3热量衡算28第六章 塔的附属设备的计算296.1塔顶冷凝器296.1.1确定设计方案296.1.2 传热面积计算296.1.3核算管程、壳程的流速及雷诺数326.1.4校核传热系数:336.1.5计算所需传热面积356.1.6计算阻力损失:356.2主要接管尺寸的选取366.2.1进料管的选择366.2.2回流管的选择366.2.3釜液出口管路的选择376.2.4塔顶蒸汽管的选择376.2.5加热蒸汽管的选择(塔底进气管)386.2.6管线设
5、计结果表386.3 泵的选型396.4塔总体高度的设计416.4.1筒体416.4.2封头416.4.3塔的顶部空间高度416.4.4除沫器426.4.5裙座426.4.6塔底空间436.4.7人孔436.5塔立体高度44结 束 语45感 谢45课 程 设 计 总 结46参考文献47主要符号说明48附 录511. 理论板数求取512.t-x-y 图523.塔盘结构图53摘 要本次化工原理课程设计进行的是甲醇和水二元物系的精馏分离。采用的精馏装置有筛板精馏塔,塔底饱和蒸汽直接加热,无再沸器等设备。在设计精馏塔过程中,先计算出理论板数,精馏段为5块理论板,提馏段为3块理论板(包括塔釜)。塔顶液相组
6、成为0.926,塔底液相组成为0.026,算得精馏段板效率为43.1,提馏段板效率为41.9%,求得精馏段实际板数为12块,提馏段实际板数为8块(包括塔釜),然后计算塔径按标准圆整为0.8m.取板间距为0.35m。再计算并校核塔的流体力学,画出负荷性能图。在设计再沸器过程,我们由热量衡算计算出塔顶冷凝器,选择列管式换热器。辅助设备主要进行的有泵的选取,各处接管尺寸的计算并选型,泵选用.关键词:筛板精馏塔,逐板计算,物料衡算.前 言在化工生产中,蒸馏分离液体混合物的应用是很广泛的,如从发酵的醪液中提炼饮料酒已有久远的历史又如在石油的炼制中,将原油分为汽油,柴油,润滑油,等一系列产品;在分离均相液
7、体混合物中,这种方法是最常用的,同时这种分离方法通常也是大规模生产中最经济的.塔设备是炼油 ,化工,石油化工等生产中广泛应用的汽液传质设备,工业上应用较多的是有降液管的塔板,如泡罩,浮阀,筛板等。泡罩塔是上一世纪初随着工业蒸馏的建立而发展起来的,属于一种古老的结构,但结构教复杂,造价教高。筛板塔的出现,仅迟于泡罩塔20年左右,长期被认为操作不易稳定,但如今对其性能的研究不断深入,已能做出较有把握的设计,使筛板塔成为应用最为广泛的一种类型。 本设计采用筛板精馏塔,进行甲醇水二元物系的分离,精馏塔,原料预热器,蒸馏釜,再沸器及泵等附属设备.绪 论 化工原理课程设计是化工原理的一个重要的、综合的实践
8、教学环节,是培养学生综合运用所学知识分析和解决化工实际问题的一个重要过程。在本设计中我们使用筛板塔,筛板塔的突出优点是结构简单造价低。筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一,五十年代之后通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构近年来与浮阀塔一起成为化工生中主要的传质设备为减少对传质的不利影响可将塔板的液体进入区制突起的斜台状这样可以降低进口处的速度使塔板上气流分布均匀。筛板塔多用不锈钢板或合金制成使用碳刚的比较少。实际操作表明,筛板在一定程度的漏夜状态下操作使其板效率明显下降其操作的负荷范围较袍罩塔为窄,单设计良好的塔其操作弹性仍可达到2-3。本次课程设计是一次对我们所学知识的检验,是一次自己
9、运用所学知识,解决实际问题的能力的一次非常好的机会。培养了我们勤奋思考、努力钻研、艰苦奋斗、持之以恒等许多优秀的品质,从而为我们毕业后将来参加工作打下了坚实的基础。为了将来工作得心应手、独挡一面,我们应该认真对待这次课程设计。 第一章 基础数据1.1设计基础数据表1.1.1水和甲醇物性表(表中数据摘自)项 目分子式分子量沸 点临界温度临界压强KPa水BH2O18.01100374.222088.85甲醇ACH3OH32.0464.7239.438100.00表1.1.2 常压下水和甲醇的气液平衡数据表(101.325kPa)温度t液相中甲醇的摩尔分率%气相中甲醇的摩尔分率%96.40.020.
10、13493.50.040.23091.20.060.30489.30.080.36587.70.100.41884.40.150.51781.70.200.79078.00.300.66575.30.400.72973.10.500.77971.20.600.82569.30.700.87067.50.800.91566.00.900.95865.00.950.979水和甲醇各种物性数据见表1-3到表1-6。表1.1.3 水和甲醇液相密度温度t,6080100120140A,kg/m3761.1737.4712.0684.7654.9B,kg/m3983.24971.83970.38943.4
11、926.4表1-.1.4水和甲醇液体的表面张力温度t,6080100120140A,mN/m17.3315.0412.0810.638.534B,mN/m66.0762.6958.9154.9650.79表1.1.5 水和甲醇液体的粘度L温度t,6080100120140LA mPa0.3440.2770.2280.1960.163LB mPa0.46580.35650.28380.23000.1950表1.1.6 水和甲醇液体气化热温度t,6080100120140A,kJ/kg35.6533.9832.1530.1427.91B,kJ/kg42.41641.52940.59939.6073
12、8.548 1.2设计方案甲醇和水的混合液是使用机泵经原料预热器加热后,送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后,冷凝液部分利用重力泡点回流;部分连续采出经冷却器冷却后送至产品罐。塔釜采用直接蒸汽(150的饱和蒸汽)直接加热,塔底废水经冷却后送入贮槽。具体连续精馏流程参见下图(图1.2.1): 全凝器 甲醇水溶液 回流 塔顶出料饱和蒸汽塔釜出料 图1.2.1 1.3 设计思路全塔物料衡算求理论塔板数气液相负荷计算筛板塔设计流体力学性能校核画出负荷性能图全塔热量衡算塔附属设备计算 图1.3.1第二章 设计计算2.1.精馏流程的确定:甲醇水混合液经原料预热器加热,进料状况为泡点进料, 送入精馏塔,
13、塔顶上升蒸汽采用全凝汽冷凝,一部分入塔回流,其余经塔顶产品冷却器冷却后,送至储罐,塔釜采用直接蒸汽再沸器供热,塔底产品冷却后,送入贮罐(附流程图)2.2.塔的物料衡算:2.2.1最小回流比的确定: 由于精馏为泡点进料,q=1,采用作图法求最小回流比,e(0.486,0.486),自e做垂线ef即为进料q线,该线与平衡线交于点(),=0.773,=0.486故最小回流比,得2.2.2适宜回流比的确定:由于该物系为易分离物系,最小回流比小,取操作回流比为最小回流比的两倍,2.2.3物料衡算:总物料衡算: 易挥发组分物料衡算:其中,解得:2.2.4精馏塔的气液相负荷 2.2.5操作线方程的确定: 操
14、作线方程由精馏段操作线方程与提馏段操作线方程组成 精馏段操作线方程提馏段操作线方程 2.3理论板数的确定:由图解法求理论板数又平衡线,精馏段操作线方程,提馏段操作线方程,q线,作图,得总理论板数 进料板位置 2.4全塔效率Et由法得 ,()为塔顶及塔底平均温度下的相对挥发度;为塔顶及塔底平均温度下的进料平均粘度。两者可用插值法求出。2.4.1平均黏度查t-x-y图,得进料温度tF=73.6,塔顶温度为tD=66.5,塔釜温度tW=93.6精馏段平均温度,提馏段平均温度时, 时, 精馏段平均黏度其中提馏段平均黏度其中2.4.2相对挥发度查平衡曲线,得,精馏段平均相对挥发度()提馏段平均相对挥发度
15、解得:精馏段平均板效率 提馏段平均板效率2.5实际塔板数:由N实=N理/Et可得: 精馏段实际板数:层 提馏段实际板数:层(包括塔釜)第三章塔的工艺条件及物性的数据计算 3.1 操作压力的计算由设计任务书可知塔顶压力取每层板压降为 进料板压强:塔底压强:则提馏段的平均压强: 3.2 温度的计算由附表可知:,则有:提馏段的平均温度:3.3 塔内各段汽、液两相组分的平均分子量由计算表格,由公式,则根据公式有: 塔釜:,同理可得:进料:,可知提馏段的平均分子量:3.4提馏段的平均密度1、 液相密度由公式:(为质量分率)得:塔底,查手册用曲线拟合得,得, 进料板,查手册用曲线拟合得,得, 提馏段液相密
16、度:2、气相密度:由理想气体状态方程,得提馏段气相密度:3.5 液体表面张力的计算平均表面张力 : 则塔釜 查手册由曲线拟合得: , 进料 查手册,由曲线拟合得: , 提馏段液相平均表面张力: 3.6 提馏段液相平均黏度液体平均黏度塔釜,查手册用曲线拟合得,得,进料,提馏段液相平均黏度第四章 精馏塔主要工艺尺寸的计算41精馏塔的塔体工艺尺寸的计算4.1.1 塔径D的计算a、提馏段的气、液相体积的流率为由 ,式中的C由上式计算,其中的由图查取,图的横坐标为b、初选板间距,取塔板上清液层高度 ,查图(),得 , 取安全系数为0.70,则空塔气速为 按标准,塔径圆整为0.8m塔截面积: ,实际空塔气
17、速 4.1.2、精馏塔有效高度的计算 精馏段, 提馏段, 进料板上设置一人孔,高0.8m, 精馏塔有效高度Z=7.45m4.2塔板主要工艺尺寸的计算4.2.1 溢流装置的计算因塔径,可采用单溢流弓形降液管,采用凹形受液盘。各项计算如下:(1)、溢流堰长取堰长为, 即: w=0.70.8=0.56m (2)、出口堰高 由 选用平直堰,堰上液层高度 取板上清液层高度 (3)、降液管的宽度与降液管的面积由查图()得: 计算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积,即 所以降液管设计合理,符合要求。(4)、降液管底隙高度ho取液体通过降液管底隙的流速为0.15由故降液管设计合理,符合要求。选用凹形受液盘
18、,深度。4.2.2 塔板布置 1塔板的分块因,故塔板采用分块式。查表得,塔板共分为3块。2. 边缘区宽度的确定取 ,3.计算开孔区面积:4 筛孔数 n 计算、排列及 开孔率 本例所处理的物系无腐蚀性,选用碳钢板,取筛孔的孔径,筛孔按正三角形排列,故:孔中心距计算塔板上的筛孔数n,即开孔率,即气体通过筛孔的气速: 4.3. 筛板的流体力学验算4.3.1塔板压降 (一)塔板压降1、干板阻力计算 干板阻力由由孔径与板厚之比 液柱2、 气流通过液层的阻力 查图,得液柱3、 液体表面张力的阻力液柱气体通过每层塔板的液柱 液柱气体通过每层塔板的压降:(设计允许值)。4.3.2 液面落差对于筛板塔,液面落差
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