化工原理课程设计终稿-张帆

华北科技学院环境工程系《化工原理》课程设计报告设计题目分离乙醇-正丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计学生姓名张帆学号200801034215指导老师孙春峰专业班级化工B082班教师评语设计起止日期：2011年6月14日至2011年6月26日成绩化工原理课程设计-2-化工原理课程设计任务书1.设计题目：分离乙醇—正丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计2.原始数据及条件：进料：乙醇含量45%（质量分数，下同），其余为正丙醇分离要求：塔顶乙醇含量99%；塔底乙醇含量0.01%生产能力：年处理乙醇-正丙醇混合液25000吨，年开工7200小时操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强1.03atm(绝压)；泡点进料；R=53.设计任务：（1）完成该精馏塔的各工艺设计，包括设备设计及辅助设备选型。（2）画出带控制点的工艺流程图、塔板版面布置图、精馏塔设计条件图。（3）写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。化工原理课程设计-3-目录第一章绪论4第二章塔板的工艺设计52.1精馏塔全塔物料衡算52.2有关物性数据的计算52.3理论塔板数的计算122.4塔径的初步计算142.5溢流装置152.6塔板分布、浮阀数目与排列16第三章塔板的流体力学计算183.1、气相通过浮阀塔板的压降183.2、淹塔193.3、雾沫夹带203.4、塔板负荷性能图203.4.1物沫夹带线203.4.2液泛线213.4.3相负荷上限213.4.4漏液线223.4.5相负荷下限223.5浮阀塔工艺设计计算结果23第四章塔附件的设计254.1接管..............................................................................................................254.2筒体与封头..................................................................................................274.3除沫器..........................................................................................................274.4裙座..............................................................................................................274.5人孔..............................................................................................................27第五章塔总体高度的设计.......................................................................................285.1塔的顶部空间高度......................................................................................285.2塔的顶部空间高度......................................................................................285.3塔总体高度..................................................................................................29第六章附属设备的计算.........................................................................................296.1冷凝器的选择..............................................................................................286.2再沸器的选择..............................................................................................31主要符号说明.............................................................................................................33参考文献.......................................................................................错误!未定义书签。总结.............................................................................................................................35化工原理课程设计-4-第一章绪论精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等,本次课程设计是浮阀塔。精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。精馏广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法。本次课程设计是分离乙醇—正丙醇二元物系。在此我选用连续精馏浮阀塔。具有以下特点：(1)处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加20～40％，而接近于筛板塔。(2)操作弹性大，一般约为5～9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。(3)塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。(4)压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400～660N/m2。(5)液面梯度小。(6)使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。(7)结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的60～80％,为筛板塔的120～130％。本次设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精馏设计过程。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件、物性参数及接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。本次设计结果为：理论板数为25块，塔效率为48.0%，精馏段实际板数为17块，提馏段实际板数为33块，实际板数50块。进料位置为第19块板，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1.4米，设置了四个人孔，塔高28.58米，通过浮阀板的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。关键词：浮阀精馏塔、物料衡算、流体力学检验化工原理课程设计5第二章塔板的工艺设计2.1精馏塔全塔物料衡算F:进料量(Kmol/s)XF:原料组成D:塔顶产品流量(Kmol/s)XD:塔顶组成W:塔底残液流量(Kmol/s)XW:塔底组成原料乙醇组成:XF=605546454645=51.63%塔顶组成:XD=601046904690=99.23%塔底组成:XW=6099.994601.04601.0=0.013%进料量:F=25千吨/年=36007200)6001.04699.0(1000100025=0.0183Kmol/s物料衡算式:F=D+WFXF=DXD+WXW联立代入求解:D=0.0095Kmol/sW=0.0088Kmol/s2.2精馏段和提馏段的工艺条件及有关物性数据的计算2.2.1温度及平均相对挥发度α的计算因为乙醇-正丙醇可视为理想物系，故塔的平均相对挥发度的确定可运用安托因方程和拉乌尔定律，采用试差法，通过Excel计算出:CtBAplg（2.1）BABppppx（2.2）双组分理想溶液相对挥发的计算[5]:BApp（2.3）式中：p°—纯组分液体的饱和蒸汽压，kPa；化工原理课程设计6t—温度，℃；A、B、C—Antoine常数。由表[5]查得；x—液相中易挥发组分的摩尔分数；p—总压，kPa；pA°、pB°—溶液温度t时纯组分A、B的饱和蒸汽压，kPa；α—相对挥发度。因为本设计中为常压操作，所以总压：p=104.36kPa乙醇和正丙醇的Antoine常数：A、B、C查液体蒸汽压的安托因常数表[5]得：乙醇：A=7.33827B=1652.05C=231.48正丙醇：A=6.74414B=1375.14C=193.0采用试差法，先在Excel中设计好相应表格，表格设计思路为：要计算某一组成下混合液的泡点温度以及相对挥发度，则在Excel中假定一t值，代入公式2.1中计算出pA°、pB°，再将计算得到pA°、pB°值代入公式2.2中，计算出相应的x值，若计算得到的x值与所求的混合液组成x值相同，则假定的t值正确，同时可得到相应的α值。计算结果见表2.1。表2.1塔顶产品、塔底产品、进料液的泡点温度以及相对挥发度塔顶产品塔底产品进料液xD=0.9923xW=0.00013xF=0.5163tD=79.17℃tW=97.99℃tF=86.59℃αD=2.131αW=2.08224αF=2.0211(1)精馏段平均温度:1t=2dftt=259.8617.79=82.88℃(2)提留段平均温度:2t=2wftt=299.9759.86=92.29℃2.2.2密度已知:混合液密度:BBAAlaa1（为质量分数）混合气密度:004.22TPMPTV塔顶温度:Dt=79.17℃化工原理课程设计7气相组成Dy:1(1)DDDDDxyx99.64%Dy进料温度:Ft=86.59℃气相组成Fy：1(1)FFFFFxyx68.97%Fy塔底组成:Wt=97.99℃气相组成Wy:1(1)0.026%Wy(1)精馏段液相组成1x:12DFxxx199.23%51.63%75.43%2x气相组成1y:12DFyyy199.64%68.97%84.31%2y所以1460.754360(10.7543)49.4398LM/kgkmol1460.843160(10.8431)48.1966VM/kgkmol(2)提馏段液相组成2x：22WFxxx20.013%51.63%25.82%2x气相组成2y:22WFyyy20.026%68.97%34.50%2y所以2460.258260(10.2582)56.385LM/kgkmol2460.345060(10.3450)55.17VM/kgkmol表2.2醇类密度表温度T,℃708090100110a,3/kgm754.2742.3730.1717.4704.3b,3/kgm