化工原理课程设计封面格式[1]及任务书

南京工业大学（封面）《化工原理》课程设计设计题目乙醇-水二元体系连续浮阀精馏塔的工艺学生姓名胡月班级、学号化工111002指导教师姓名冯晖课程设计时间2013年12月23日-2013年1月5日课程设计成绩百分制权重设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%独立工作能力、综合能力、设计过程表现、设计答辩及回答问题情况，30%设计最终成绩（五级分制）指导教师签字化学化工学院课程名称化工原理课程设计设计题目乙醇-水二元体系连续浮阀精馏塔的工艺学生姓名胡月专业化工工程与工艺班级学号化工111002设计日期2013年12月23日至2013年1月5日设计条件及任务：设计体系：乙醇-水体系设计条件:1．处理量F：230（kmol/h）2．料液浓度：0.12（mol%）3.进料热状况：泡点要求：1．产品浓度：86（mol%）2．易挥发组分回收率：99%指导教师目录一概述………………………………………………………….8二工艺设计1总体设计方案1.1操作压强的选择……………………………………….….81.2物料的进料热状态……………………………………….81.3塔釜的加热方式………………………………………….91.4回流方式选定……………………………………………101.5回流比的确定……………………………………………102精馏的工艺流程图……………………………………………103精馏塔塔板数的确定3.1物料衡算……………………………………………………...113.2物系相平衡数据……………………………………………...113.3回流比确定…………………………………………………..143.4逐板法计算理论塔板数……………………………………..153.5实际塔板数的确定……………………………………….…174塔体主要工艺尺寸的确定4.1精馏段塔径塔板的设计计算4.1.1精馏段塔塔径塔板的设计参数4.1.1.1操作压力…………………………………….194.1.1.2温度…………………………………………....194.1.1.3平均摩尔质量…………………………………..194.1.1.4平均密度……………………………….............204.1.1.5液体表面张力……………………………….….214.1.1.6液体的粘度…………………………………….214.1.1.7液负荷计算……………………………………234.1.2塔板参数计算和选择4.1.2.1塔径的计算………………………………………244.1.2.2溢流装置的确定…………………………………254.1.2.3安定区与边缘区的确定…………………………284.1.2.4鼓泡区阀孔数的确定及排列……………………284.1.2.5开孔率计算………………………………………304.1.3塔盘流体力学验算4.1.2.1塔板压降…………………………………………314.1.2.2降液管停留时间…………………………………314.1.2.3雾沫夹带…………………………………………324.1.4负荷性能图4.1.4.1液相下限线……………………………………….344.1.4.2液相上限线…………………………………….…344.1.4.3漏液线…………………………………………….344.1.4.4过量雾沫夹带线……………………………….....354.1.4.5液泛线…………………………………………….364.1.4.6性能负荷图………………………………………384.2提馏段塔径塔板的设计计算4.2.1精馏段塔塔径塔板的设计参数4.2.1.1操作压力……………………………………….394.2.1.2温度…………………………………………....394.2.1.3平均摩尔质量…………………………………..394.2.1.4平均密度……………………………….............404.2.1.5液体表面力……………………………..………414.2.1.6液体的粘度………………………………….….424.2.1.7液负荷计算4.2.2塔板参数计算和选择4.2.2.1塔径的计算…………………………………….…444.2.2.2溢流装置的确定…………………………….……454.2.2.3安定区与边缘区的确定……………………….…464.2.2.4鼓泡区阀孔数的确定及排列………………….…464.2.2.5开孔率计算…………………………………….…484.2.3塔盘流体力学验算4.2.2.1塔板压降……………………………………….…484.2.2.2降液管停留时间……………………………….…484.2.2.3雾沫夹带………………………………………….504.2.4负荷性能图4.2.4.1液相下限线……………………………………….514.2.4.2液相上限线……………………………………….514.2.4.3漏液线…………………………………………….524.2.4.4过量雾沫夹带线………………………………….524.2.4.5液泛线…………………………………………….534.2.4.6性能负荷图…………………………………….…555辅助设备的设计5.1塔顶全凝器的计算及选型…………………………………..565.2塔底再沸器面积的计算及选型……………………………..605.3其他辅助设备的计算及选型5.3.1接管5.3.1.1进料管…………………………………………….605.3.1.2回流管…………………………………………….615.3.1.2塔釜出料管……………………………………….615.3.1.3再沸器蒸汽进口管…………..…………………...615.3.1.4冷凝水管………………………………………....625.3.2预热器………………………………………………..5.3.3泵5.3.1.5冷凝水泵……………………………….625.3.7进料泵…………………………………………….…636计算结果汇总…………………………………………………657致谢……………………………………………………………667参考文献………………………………………………………69三附录：1精馏段塔板布置图………………………………………………702提馏段塔板布置图………………………………………………71一．概述：塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。一般，与填料塔相比，板式塔具有效率高、处理量大、重量轻及便于检修等特点，但其结构较复杂，阻力降较大。在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。浮阀塔的优点：1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大20%～40%，与筛板塔接近。2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。5．塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的50%～80%，但是比筛板塔高20%～30。但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。二．工艺设计1.总体设计方案1.1操作压强的选择精馏可以常压，加压或减压条件下进行。确定操作压力时主要是根据处理物料的性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。对于沸点低，常压下为气态的物料必须在加压条件下进行操作。在相同条件下适当提高操作压力可以提高塔的处理能力，但是增加了塔压，也提高了再沸器的温度，并且相对挥发度液会下降。对于热敏性和高沸点的物料常用减压蒸馏。降低操作压力，组分的相对挥发度增加，有利于分离。减压操作降低了平衡温度，这样可以使用较低位的加热剂。但是降低压力也导致了塔直径的增加和塔顶冷凝温度的降低，而且必须使用抽真空设备，增加了相应的设备和操作费用。一般来说，常压蒸馏最为简单经济，若物料无特殊要求，应尽量在常压下操作。对于乙醇－水体系，在常压下已经是液态，且乙醇－水不是热敏性材料，在常压下也可成功分离，所以选用常压精馏。因为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，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。因此，本设计选择常压操作条件。1.2物料的进料热状态1.3塔釜的加热方式精馏段通常设置再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供足够的热量。若待分离的物系为某种组分和水的混合物，往往可以采用直接蒸汽加热的方式。但当在塔顶轻组分回收率一定时，由于蒸汽冷凝水的稀释作用，可使得釜残液中的轻组分浓度降低，所需的理论塔板数略有增加，且物系在操作温度下黏度不大有利于间接蒸汽加热。因此，本设计选用间接蒸汽加热的方式提供热量1.4回流方式选定重力回流1.5回流比的确定对于一定的分离任务，采用较大的回流比时，操作线的位置远离平衡线向下向对角线靠拢，在平衡线和操作线之间的直角阶梯的跨度增大,每层塔板的分离效率提高了，所以增大回流比所需的理论塔板数减少，反之理论塔板数增加。但是随着回流比的增加，塔釜加热剂的消耗量和塔顶冷凝剂的消耗量液随之增加，操作费用增加，所以操作费用和设备费用总和最小时所对应的回流比为最佳回流比。本次设计任务中，综合考虑各个因素，采用回流比为最小回流比的1.6倍。2精馏的工艺流程图乙醇-水精馏体系冷夜进料3精馏塔塔板数的确定3.1物料衡算已知条件：F=230kmol/h12.0xF94.0XD99.0所以86.018446964696DxhkmolxxFDDF/3299.086.012.0230hkmolDFW/1980004.019886.03212.0230)基本物性数据汽液平衡数据（760mmHg）乙醇摩尔分数/％温度/℃乙醇摩尔分数/％温度/℃液相中气相中液相中气相中0.000.0010032.7358.2681.51.9017.0095.539.6561.2280.77.2138.9189.050.7965.6479.89.6643.7586.751.9865.9979.712.3847.0485.357.3268.4179.316.6150.8984.167.6373.8578.7423.3754.4582.774.7278.1578.4126.0855.8082.389.4389.4378.15根据汽液平衡表,由内插法求得(1.90-0.04)/(1.90-0)=(95.5-tW)/(95.5-100)塔釜温度905.99tW℃(89.43-86)/(89.43-74.72)=(78.15-tD)/(78.15-78.41)塔顶温度tD78.211℃(12.38-12)/(12.38-9.66)=(85.3-tF)/(85.3-86.7)进料温度tF85.496℃058.892211.78905.992tttDWm定性温度℃3）乙醇-水各温度下的粘度(内插法求得)温度℃塔釜温度tW定性温度tm进料温度tF塔顶温度tD99.90589.05885.49678.211乙醇pa.s3.5814104.0134104.2114-104.693410水pa.s2.8414103.2004103.3354103.6464104）乙醇-水各温度下的表面张力(内插法求得)温度℃塔釜温度tW进料温度tF塔顶温度tD99.90585.49678.211乙醇N/m0.015480.016820.01730水N/m0.059960.063800.06