化工原理课程设计终稿

化工原理课程设计终稿

成绩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日化工原理课程设计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%，其余为正丙醇分离要求：塔顶乙醇含量99%；塔底乙醇含量% 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(绝压)；泡点进料；R=5 3.

设计任务：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。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。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。- 2 - 化工原理课程设计目录第一章绪论

4 第二章塔板的工艺设计

5 精馏塔全塔物料衡算5 有关物性数据的计算 5 理论塔板数的计算12 塔径的初步计算14 溢流装置15 塔板分布、浮阀数目与排列1

6 第三章塔板的流体力学计算18 、气相通过浮阀塔板的压降18 、淹塔19 、雾沫夹带20 、塔板负荷性能图20 物沫夹带线20 液泛线21 相负荷上限21 漏液线

22 相负荷下限22 浮阀塔工艺设计计算结果23第四章塔附件的设计25 接管............................................................... ............................................... 25 筒体与封头............................................................... ................................... 27 除沫器............................................................... ........................................... 27 裙座............................................................... ............................................... 27 人孔............................................................... ............................................... 27 第五章塔总体高度的设计............................................................... ........................ 28 塔的顶部空间高度............................................................... ....................... 28 塔的顶部空间高度............................................................... ....................... 28 塔总体高

度............................................................... ................................... 29 第六章附属设备的计算............................................................... .......................... 29 冷凝器的选择............................................................... ............................... 28 再沸器的选择............................................................... ............................... 31 主要符号说明............................................................... . (33)

化工原理课程设计则AF????，Wd验算降液管内停留时间? 精馏段：???? ?? 提留段：????? 停留时间?>5s，故降液管可使用? 降液管底隙高度h0 精馏段取降液管底隙的流速u0=/s 则ho???，取ho? ?提馏段?=取u0′=/s 则’? ??，取holwu0??故降液管设计合理塔板分布、浮阀数目与排列塔板分布

本设计塔径D= 采用分块式塔板，共4块浮阀数目与排列(1)精馏段取阀孔动能因子F0=12. 则孔速u01?每层塔板上浮阀数目为N?F012?/s ?V1???147个22?/??取边缘区宽度Wc? 破沫区宽度WS? ?2?1x??Rsin()? 计算塔板上的鼓泡区面积，即Aa?2?xR2?x2?180R??其中R??WC??? 22 16 化工原理课程设计t??90mmx??(Wd?WS)??(?65220.?08)m ???所以Aa?2??????1()?? ??浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距t=75mm 则排间距：t???? AT150? 按t=75mm ,t??65mm 以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数154个按N=154 重新核算孔速及阀孔动能因子u01???/s ??154 F01??*? 阀孔动能因子变化不大，仍在9—13范围内塔板开孔率=??% u01?(2)提馏段取阀孔动能因子F0=12. 则孔速u02?每层塔板

上浮阀数目为N?? ?? AT159?取t=75mm , t??65mm以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数154 按N=154 重新核算孔速及阀孔动能因子u02???/s ??154F0?V2?12?/s ??159个?/??按t=75mm , 估算排间距t?? F02???? 阀孔动能因子变化不大，仍在9—13范围内塔板开孔率=??% ? 第三章塔板的流体力学计算通过浮阀塔板的压降17 化工原理课程设计气体通过塔板时，需克服塔板本身的干板阻力、板上充气液层的阻力及液体表面张力造成的阻力，这些阻力即形成了塔板的压降。气体通过塔板的压降△Pp可hp?hc?hl?h?和?pp?hp?g计算式中hc——与气体通过塔板的干板压降相当的液柱高度，m液柱；hl——与气体通过板上液层的压降相当的液柱高度，m 液柱；hσ——与克服液体表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱。 1. 精馏段(1)干板阻力

u0c1??V1??/s ????? 因u01>u0c1故hc1??2?L1g2??(2) 板上充气液层阻力取?????? hL? 则hL1??0hL???

(3)液体表面张力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不计。因此与气体流经塔板的压降相当的液柱高度为hP1??? ?pp1?hP1?L1g???? 2.提馏段?/s 干板阻力u0c2???????? 因u02>u0c2 故hc2??2?L2g2??板上充气液层阻力取?????? hL? 则hL2??0hL??? 液体表面张力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不计。因此与气体流经塔板的压降相当的液柱高度为

hP2??? ?pp2?hP2?L2g??733.?26? 淹塔为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清液高度精馏段18 化工原理课程设计(1)单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度hp1? (2)液体通过液体降液管的压头损失?10?32 hd1?()??()? ?(3)板上液层高度hL? 则Hd1????

取m5 ，已选定H?T? hW? 则?(hW?HT)1??(?)?可见所以符合防止淹塔的要求。提馏段(1)单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度hp2? (2)液体通过液体降液管的压头损失?10?32)??()? hd2?(LWh??

⑶板上液层高度hL? 则Hd1???? 取，已选定H?T? h’W? 则?(hW?HT)1??(?)?可见所以符合防止淹塔的要求。雾沫夹带精馏段板上液体流经长度：ZL?D?2WD??2?? 板上液流面积：Ab?AT?2AF??2??

19 化工原理课程设计取物性系数，泛点负荷系数图CF? ???10?3??泛点率=?% ??对于小塔，为了避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%，以上计算可知，雾沫夹带能够满足的要求。提馏段取物性系数，泛点负荷系数图CF? ???10?3??泛点率=?% ??计算可知，符合要求。塔板负荷性能图物沫夹带线据此可作出

负荷性能图中的物沫夹带线，按泛点率80%计算：⑴精馏段??? ??? 整理得：?? 即VS?? VS 上式知物沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个⑵提馏段V????? ??值算出=?整理得：?’S?’S 即V?S???S 在操作范围内任取两个L?S值算出V?S 20

化工原理课程设计精馏段提馏段液泛线Ls (m3/s) Vs (m3/s) L′s (m3/s) V′s (m3/s)?(HT?hW)?hp?hL?hd?hc?hl?h ??hL?hd 此确定液泛线，忽略式中h? 而⑴精馏段/?????(?)?154???2? 整理得：VS12???/3 ⑵提馏段/3 ????? ?1542???2? 整理得：VS22???/3 在操作范围内任取若干个Ls1 (m3/s) 值，算出相应得值：精馏段Vs1 (m3/s) Ls2 (m3/s) 提馏段Vs2 (m3/s) 液相负荷上限液体的最大

流量应保证降液管中停留时间不低于3~5s 液体降液管内停留时间21 化工原理课程设计以(LS)min?作为液体在降液管内停留时间的下限，则???/s 漏液线对于F1型重阀，依(1) 精馏段(VS1)min?(2)提馏段(VS2)min?作为规定气体最小负荷的标准，则5?/s ?4??154??4??154?5?/s 液相负荷上限取堰上液层高度作为液相负荷下限条件作出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线。?10003/ 取E= 则(LS)min?()?/s ?13600以上1~5作出塔板负荷性能图22 化工原理课程设计精馏段负荷性能图液相负荷下限液相负荷上限露点线气相上限雾沫夹带线操作线Vs(m3/s)(m3/s)提馏段负荷性能图(m3/s) 塔板负荷性能图可看出：在任务规定的气液负荷下的操作点p处在适宜的操作区内的适中位置；塔板的气相负荷上限

完全雾沫夹带控制，操作下限露液控制; 按固定气液比，图可查出塔板的气相负荷上限(VS)max?()m3/s，气相负荷下限(VS)min?()m3/s。所以：精馏段操作弹性=?提馏段操作弹性=?液相负荷下限液相负荷上限露点线气相上限雾沫夹带线操作线Vs(m3/s)浮阀塔工艺设计计算结果23 化工原理课程设计项目塔径板间距塔板类型空塔气速堰长堰高板上液层高度降液板底隙高度浮阀数阀孔气速浮阀动能因子临界阀孔气速孔心距排间距单板压降降液管清液高度泛点率气相负荷上限气相负荷下限操作弹性浮阀塔工艺设计计算结果计算数据符号单位精馏段提馏段 D m 备注分块式塔板等腰三角形叉排同一横排孔心距相邻横排中心距离物沫夹带控制漏液控制HT u lW hW hL h0 m m/s m m m m m/s m/s m m Pa

m % m3/s m3/s 单溢流弓形降液管154154N uo Fo u0e t t’ ?pP Hd (VS)max (VS)min 24 化工原理课程设计第四章塔附件的设计接管进料管进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管。管径计算如下：31g3m/ 取uF?/s?L? ?10 Vs?360?072?003? s/ D?4???3m2m ? 查标准系列选取?38?3mm 回流管采用直流回流管取uR?/s 4?dR???50mm ?查标准系列选取?57?3mm 塔底出料管取uw?/s 直管出料4?dw????24mm ?查标准系列选取?32?3mm 塔顶蒸汽出料管直管出气取出口气速u?20m/s 25

化工原理课程设计逆流操作：?tm?℃加热器热负荷及全塔热量衡算’?1610?? h/ Wh??HV水蒸气表醇类在不同温度下的比热容塔顶塔釜进料精馏段温度℃乙醇正丙醇精馏段乙醇CP1(tLD?tF)??(?)??/(mol?℃) 正丙醇CP2(tLD?tF)??(?)??/(mol?℃) 提馏段乙醇CP1(tw?tF)??(?)?/(mol?℃) 正丙醇CP2(tw?tF)??(?)?/(mol?℃) 塔顶流出液的比热容提馏段CP1?CP1xD?(1?xD)CP2?????/(mol?℃)塔釜流出液的比热容CP2?CP1xW?(1?xW)CP2?????/(mol?℃)为简化计算，现以进料焓，即℃时的焓值为基准QD?DCP1?t???(?)??/s Qw?WCP2?t???(?)?/s 对全塔进行热量衡算; QS?QF?QC?QW?QD QF?0 QS?????/s??106KJ/h 塔釜热损失为10%, 则?? 31 化工原理课程设计?106QS?QS/????106KJ/h ’

加热器实际热负荷Q’?QS’??106KJ/h 换热面积：?106A??? K??加热蒸汽消耗量：℃,300kPa) 查的?HV水蒸气=/kg（’?106Wh???/h ?HV水蒸气设备型号：G?CH800?6?70符号 F D W x V L μ ET符号说明SI单位kmol/s；kmol/s；kmol/s；无因次kmol/s；kmol/s；mPa·s 无因次Pa ℃；无因次无因次无因次kg/kmol；m/s kg/m3；mN/m；意义进料流量塔顶产品流量塔釜产品流量进料组成上升蒸汽流量下降液体流量粘度板效率压强温度回流比塔板数进料状况参数分子量操作物系的负荷因子密度表面张力32 P t R N q M C ρ σ 化工原理课程设计u HT hL h0 空塔气速板间距板上液层高降液管低隙高度停留时间塔径塔截面积弓形降液管面积重力加速度降液管宽度阀孔气速塔高鼓泡区面积开孔率压降孔速开孔数物性系

数动能因子阻力因子阀孔直径液体通过降液管的高度堰长溢流高度堰上液层高度泛点率边缘区宽度料液的质量流率料液的体积流率进料管的直径基础环内径基础环外径加料板数人孔数人孔高度33 m/s；m；m；m S m；m2；m2；N/kg m；m/s；m；m2；无因次Pa m/s；无因次无因次无因次无因次m；m；m；m；m；无因次m；kg/s m3/s m m m 个个m ? D AT Af g Wd uo Z Aa ? ?P uoc N K F0 ?0 t Hd lW hW hOW ? Wc G V D D1 D2 nF np HD 化工原理课程设计HB HF HD 塔底空间高度有人孔的加料版高度塔顶空间高度m m m