化工原理课程设计甲醇精馏塔的设计.doc
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1、化工原理课程设计说明书设计题目 甲醇精馏塔的设计 班级 化工092 姓名 党博航 学号 0911510201 指导老师 卢素敏 汤恩祺 时间 2012年2月 目录前言31甲醇生产过程精馏塔的设计31.1甲醇水连续精馏塔设计条件31.2主要使用数据31.3设计方案的确定42主要工艺计算42.1 原料及塔顶、塔底产品的摩尔分率42.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量42.3物料衡算42.4塔板数的确定42.5操作温度和压强52.5.1操作温度计算52.5.2平均压力计算62.5.3温度、压力列表63热平衡与换热器63.1.加热介质和冷却剂的选择63.2冷凝器63.3再沸器83.4预热器84.精
2、馏塔附件计算94.1管道计算9 4.1.1冷原料进料管(进入预热器)94.1.2 热原料出料管(出预热器)94.1.3热原料进料管(进塔)104.1.4釜残液出料管(出塔)104.1.5料液出再沸器进塔底产品罐114.1.6混合气体由再沸器进入塔内114.1.7塔顶混合气进入全凝器内114.1.8馏出液由回流罐进入产品罐124.1.9塔顶回流管道124.1.10饱和水蒸气进入预热器134.1.11饱和液体水出预热器134.1.12饱和水蒸气进入再沸器134.1.13饱和液体水出再沸器144.1.14冷凝器的进水管144.1.15冷凝器的出水管154.1.16由冷凝器到回流罐154.1.17 管
3、道列表154.2泵164.2.1泵将原料抽送到塔164.2.2泵将回流液抽送到塔164.2.3泵列表165.塔高和塔径165.1塔径的计算165.2填料塔高度的计算166设计总结177.参考文献17前言化工原理课程设计是理论系实际的桥梁,是让学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过化工原理课程设计,要求我们能够综合运用化工原理上下册的基本知识,进行融汇贯通的独立思考,在规定的时间内完成指定的设计任务,从而得到以化工单元操作为主的化工设计的初步训练。通过课程设计,我们了解到工程设计的基本内容,掌握典型单元操作设计的主要程序和方法,培养了分析和解决工程实际问题的能力。同时,通过课程设计,还可以使
4、我们树立正确的设计思想,培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风。1甲醇生产过程精馏塔的设计1.1甲醇水连续精馏塔设计条件() 生产能力:10000吨/年() 料液组成:甲醇含量30%(质量分数)() 采用间接蒸汽加热() 采用泡点进料() 塔顶馏出液甲醇含量98%(质量分数)() 塔顶易挥发组分98%(质量分数)1.2主要使用数据甲醇-水平衡时的t、x、y数据(摘于化工工艺手册) 平衡温度t 10092.990.388.985.081.678.0液相甲醇x 05.317.679.2613.1520.8328.18气相甲醇y 028.3440.0143.5354.5562.7367.75平衡
5、温度t 73.872.771.370.068.066.964.7液相甲醇x 46.2052.9259.3768.4985.6287.41100气相甲醇y 77.5679.7181.8384.9289.6291.94100 1.3设计方案的确定本设计任务为甲醇的精馏。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易挥发物系,最小回流比较小,塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。2主要工艺计算 2.1 原料及塔顶、塔底产品的摩
6、尔分率xF= 0.194xD=0.965xw=2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0. 19432.04+(1-0.194)18.02=20.74kg/kmolMD=0.96532.04+0.03518.02=31.55 kg/kmolMW=0.011332.04+0.988718.02=18.18 kg/kmol 2.3物料衡算 原料处理量 F=66.97kmol/h 总物料衡算 F=D+W由 xF=0.194 xD=0.965 xw=0.0113FxF=D xD +W xw 可得:D=12.85 kmol/h W=F-D=54.12 kmol/h2.4塔板数的确定理论塔板层数N
7、t的求取可利用图解法求理论板层数由手册查得水-甲醇物系的气液平衡数据,绘出x-y图。求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。故最小回流比为 Rmin=1.58取回流比R=2 Rmin =3.16精馏段操作线方程:y=0.760x+0.232用图解法求理论塔板数,如上图 NT=11 进料板为第8块板。2.5操作温度和压强2.5.1操作温度计算根据气液平衡表(x-y-t表)利用内插法求塔顶温度tLD tVD,塔釜温度tW,进料温度tF由 可得:tLD=65.31由 可得:tVD=65.66由 可得:tW=98.49由 可得:tF=82.242.5.2平均压力计算 取塔顶操作压强PD=10
8、1.325 KPa取每层压降为,那么进料板的压力P=101.325+0.7*7=106.225KPa,塔底操作压强PW=101.325+0.7*11=109.025 KPa精馏段的平均压力为Pm=(101.325+106.225)/2=103.775KPa2.5.3温度、压力列表操作温度操作压强塔顶65.66101.325 KPa进料板82.24106.225KPa塔底98.49109.025 KPa3热平衡与换热器3.1.加热介质和冷却剂的选择 (a) 加热介质的选择 饱和水蒸气是一种应用最广的加热剂。由于饱和水蒸气冷凝时的传热膜系数很高,可以通过改变蒸汽的压力准确地控制加热温度。燃料燃烧所
9、排放的烟道气温度可达1001000,适用于高温加热。缺点是烟道气的比热容及传热膜系数很低,加热温度控制困难。本设计选用500kPa的饱和水蒸气作加热介质,水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管,不但成本会相应降低,塔结构也不复杂。 (b)冷却剂的选择 常用的冷却剂是水和空气,应因地制宜加以选用。常温下水为25,选升温10,即冷却水的出口温度为35。 3.2冷凝器 冷凝器的热负荷 蒸发潜热与温度的关系:其中 对比温度。 沸点下蒸发潜热列表 沸点/蒸发潜热/(kcalkmol-1) /K甲醇 64.658430512.6水 1009729647.3由沃森公式计算塔顶温度下的潜热 65.66时,甲醇:
10、蒸发潜热 : 水: 蒸发潜热 :对全凝器作热量衡算(忽略热量损失) 选择泡点回流,因为塔顶甲醇含量很高,与露点相接近,所以 代入数据得: C=(3.16+1)12.858472.888=452926.701kcal/h=452926.7014.187kJ/h=1896404.097kJ/h=526778.916J/sc.冷凝器传热面积:热流体:65.66 65.31冷流体: 35 25tm=则 A=24.893m2冷却介质消耗量:查课本附录得:35时水的比热为4.174kJ/(kg) 水的消耗量计算: =45433.735kg/h3.3再沸器:忽略热损失 则热负荷 QB=V(IVW-ILW)
11、=0.01138411.177(1-0.0113) 10174.338=10154.414kcal/kmol对于泡点进料,V=V则: QB=(R+1)D()=(3.16+1)12.8510154.414kcal/h =542814.3548 kcal/h=2271135.26kJ/h=630870.906J/s查课本附录得: p为500kPa时水的汽化热为2113.2kJ/kg , 水的温度为151.7加热蒸汽消耗量:Wh=1074.74kg/h再沸器的传热面积: 已知 tw=98.49 t=151.7-98.49=53.21则: A=14.820m23.4预热器热负荷:Q=Whcph(T1-
12、T2) 已知F=66.97kmol/h MF=20.740kg/kmol 则Wh=FMF=66.9720.740=1388.958kg/h=0.386kg/s查课本附录得:50时水的比热为4.174kJ/(kg) 查溶剂手册得50时的甲醇的比热为4.145kJ/(kgK)50时混合物的比热为:cph=0.33.458 +0.74.174=9.634 kJ/(kg)Q=0.3869.634(82.24-25)=212.86kW 热流体:151.7 151.7冷流体:82.24 25tm=95.24A=5.77m2加热蒸汽消耗量:Wh=0.1007 kg/s=362.62kg/h4.精馏塔附件计算
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