化工原理課程設(shè)計--甲醇和水的分離精餾塔的設(shè)計

1、<p>　　——化工原理課程設(shè)計說明書</p><p>　　課題：甲醇和水的分離</p><p>　　學(xué)院：材料與化學(xué)工程學(xué)院</p><p><b>　　班級：</b></p><p><b>　　姓名：</b></p><p><b>　　學(xué)號：<

2、;/b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 流程確定和說明2</p><p>　　1.1.加料方式2</p><p>　　1.2.進(jìn)料狀況2</p><p>

3、;　　1.3.塔型的選擇2</p><p>　　1.4.塔頂?shù)睦淠绞?</p><p>　　1.5.回流方式3</p><p>　　1.6.加熱方式3</p><p>　　第二章 板式精餾塔的工藝計算3</p><p><b>　　2.1物料衡算3</b></p>&

4、lt;p>　　2.3 塔板數(shù)的確定及實際塔板數(shù)的求取5</p><p>　　2.3.1理論板數(shù)的計算5</p><p>　　2.3.2求塔的氣液相負(fù)荷5</p><p>　　2.3.3溫度組成圖與液體平均粘度的計算6</p><p>　　2.3.4 實際板數(shù)7</p><p>　　2.3.5試差法求塔頂

5、、塔底、進(jìn)料板溫度7</p><p>　　第三章 精餾塔的工藝條件及物性參數(shù)的計算9</p><p>　　3.1 平均分子量的確定9</p><p>　　3.2平均密度的確定10</p><p>　　3.3. 液體平均比表面積張力的計算12</p><p>　　第四章 精餾塔的工藝尺寸計算13</p

6、><p>　　4.1氣液相體積流率13</p><p>　　4.1.1 精餾段氣液相體積流率：13</p><p>　　4.1.2提餾段的氣液相體積流率：14</p><p>　　第五章 塔板主要工藝尺寸的計算15</p><p>　　5.1 溢流裝置的計算15</p><p>　　5.1

7、.1 堰長15</p><p>　　5.1.2溢流堰高度：15</p><p>　　5.1.3弓形降液管寬度16</p><p>　　5.1.4 降液管底隙高度16</p><p>　　5.1.5 塔板位置及浮閥數(shù)目與排列17</p><p>　　第六章 板式塔得結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備26</p>

8、<p>　　6.1附件的計算26</p><p>　　6.1.1接管26</p><p>　　6.1.2 冷凝器30</p><p>　　6.1.3再沸器31</p><p>　　第七章 參考書錄31</p><p>　　第八章 設(shè)計心得體會31</p><p>　　第

9、一章 流程確定和說明</p><p><b>　　1.1.加料方式</b></p><p>　　加料方式有兩種：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定的流速和流量，通過重力加料，可以節(jié)省一筆動力費用，但由于多了高位槽，建設(shè)費用相應(yīng)增加；采用泵加料，受泵的影響，流量不太穩(wěn)定，流速不太穩(wěn)定，流速不太穩(wěn)定，從而影響了傳質(zhì)效率，但結(jié)構(gòu)簡單，安裝

10、方便。本設(shè)計采用泵加料。</p><p><b>　　1.2.進(jìn)料狀況</b></p><p>　　實際生產(chǎn)中，進(jìn)料狀況一般有接近泡點的冷液進(jìn)料和泡點進(jìn)料。對于冷夜進(jìn)料，當(dāng)組成一定時，流量一定，對分離有利，省加熱費用，但其受環(huán)境影響較大；而泡點進(jìn)料時進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制。此外，泡點進(jìn)料時，基于恒摩爾流假定，精餾段和提留段

11、的塔徑基本相等，無論是設(shè)計計算還是設(shè)計加工制造這樣的精餾塔都比較容易，故在本設(shè)計中選用泡點進(jìn)料。</p><p><b>　　1.3.塔型的選擇</b></p><p>　　塔有浮閥塔和篩板塔。浮閥塔生產(chǎn)能力大，操作彈性大，在較寬的氣速范圍內(nèi)，板效率變化較小，其操作彈性范圍較篩板塔大。由于氣液接觸狀態(tài)良好，以及氣體水平吹出，霧沫夾帶量少，因此板效率高。塔板結(jié)構(gòu)簡單，容

12、易安裝。篩板塔生產(chǎn)能力大，塔板壓降低。本設(shè)計根據(jù)閥孔氣速的值依據(jù)手冊選擇浮閥塔。</p><p>　　1.4.塔頂?shù)睦淠绞?lt;/p><p>　　塔頂冷凝采用分凝器，以水為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷凝。</p><p><b>　　1.5.回流方式</b></p><p>　　回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對于小塔型，回流冷凝器

13、一般安裝在塔頂，其優(yōu)點是回流冷凝器無需支承結(jié)構(gòu)，其確定是回流冷凝器回流控制難。如果需要較高的塔處理量或塔板數(shù)較多時，回流冷凝器不適合于塔頂安裝，且塔頂冷凝器不宜安裝、檢修和清理。在此情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本次設(shè)計為大塔，故采用強(qiáng)制回流。</p><p><b>　　1.6.加熱方式</b></p><p>　　加熱方式分為直

14、接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱，直接蒸汽加熱時蒸汽直接由塔底進(jìn)入塔內(nèi)加熱。但在一定的回流比條件下塔底蒸汽對回流液由稀釋作用，使理論塔板數(shù)增加。間接蒸汽加熱時通過加熱器使釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論板數(shù)，缺點是增加加熱裝置。本設(shè)計采用直接蒸汽加熱。</p><p>　　第二章 板式精餾塔的工藝計算</p><p>　　物系：甲醇—水；D=600t/d；</p><

15、p><b>　　要求：質(zhì)量分?jǐn)?shù)：</b></p><p><b>　　2.1物料衡算</b></p><p><b>　　通過全塔物料衡算:</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)物性參數(shù)：</b></p><p>　　原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾

16、分率：</p><p>　　原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾分率：</p><p><b>　　全塔總物料衡算</b></p><p><b>　　總物料： </b></p><p><b>　　易揮發(fā)組分：</b></p><p><b>

17、;　　2.2 操作線方程</b></p><p>　　飽和液體進(jìn)料q=1；q線斜率為∞</p><p>　　此時，在平衡線上并與精餾、提餾段操作線相交：</p><p><b>　　最小回流比</b></p><p>　　此時R=0.605*1.5=0.9075；</p><p>&l

18、t;b>　　精餾段操作線 </b></p><p>　　提餾段操作線過精餾段操作線與q線交點（0.667，0.8234）和（0.0056，0.0056）</p><p><b>　　則操作線方程為</b></p><p>　　2.3 塔板數(shù)的確定及實際塔板數(shù)的求取</p><p>　　2.3.1理論板

19、數(shù)的計算</p><p>　　由圖解法求理論板層數(shù)，從圖中可以讀出</p><p><b>　　總理論板層數(shù)為 </b></p><p>　　精餾段；提餾段；第5層為加料板。</p><p>　　2.3.2求塔的氣液相負(fù)荷</p><p>　　2.3.3溫度組成圖與液體平均粘度的計算</p&

20、gt;<p>　　溫度組成（t-x-y）圖</p><p><b>　　組份的液相粘度</b></p><p><b>　　⑴ 精餾段</b></p><p><b>　?、?提餾段</b></p><p>　　2.3.4 實際板數(shù)</p><

21、p>　　2.3.5試差法求塔頂、塔底、進(jìn)料板溫度</p><p><b>　　塔頂?shù)牟僮鲏毫Γ?lt;/b></p><p>　　每層操作壓力 </p><p>　　進(jìn)料板的壓力 </p><p><b>　　塔底的壓力</b></p><p><b>

22、　　精餾段的平均壓力</b></p><p><b>　　提餾段的平均壓力</b></p><p>　　甲醇和水的安托因常數(shù)：</p><p>　　公式： t—℃</p><p><b>　　由內(nèi)插法計算得</b></p><p><b>　　

23、⑴ 精餾段</b></p><p><b>　　塔頂壓力</b></p><p><b>　　塔頂溫度</b></p><p><b>　?。?）進(jìn)料板</b></p><p><b>　　進(jìn)料板壓力</b></p><p&

24、gt;<b>　　進(jìn)料板溫度</b></p><p><b>　　（3）提餾段</b></p><p><b>　　提餾段壓力</b></p><p><b>　　提餾段溫度</b></p><p><b>　　精餾段平均溫度：</b>

25、;</p><p><b>　　提餾段平均溫度：</b></p><p>　　第三章 精餾塔的工藝條件及物性參數(shù)的計算</p><p>　　3.1 平均分子量的確定</p><p>　　精餾段的平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　提餾段的平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　

26、　3.2平均密度的確定</p><p><b>　　組份的液相密度</b></p><p>　　純組分在任何溫度下的密度由下式：</p><p>　　甲醇： 式中：t-溫度，℃</p><p><b>　　⑴ 精餾段</b></p><p><b>

27、　　氣相平均密度</b></p><p><b>　　液相平均密度：</b></p><p><b>　　液相密度</b></p><p><b>　　進(jìn)料板：</b></p><p>　　進(jìn)料板，由加料板液相組成</p><p><b

28、>　?、?提餾段</b></p><p><b>　　氣相平均密度</b></p><p><b>　　液相平均密度：</b></p><p>　　3.3. 液體平均比表面積張力的計算</p><p><b>　　組份的液相表面張力</b></p>

29、<p><b>　?、?精餾段：</b></p><p><b>　?、?提餾段</b></p><p>　　第四章 精餾塔的工藝尺寸計算</p><p>　　4.1氣液相體積流率</p><p>　　4.1.1 精餾段氣液相體積流率：</p><p><

30、b>　　初選</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.8（一般0.75~0.85）則空塔氣速為</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后：D=3.0m</p><p><b>　　塔的截面積</b></p><p><b>　　實際的空塔氣速</b></p><

31、p>　　4.1.2提餾段的氣液相體積流率：</p><p>　　取安全系數(shù)為則空塔氣速為</p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后：</b></p><p><b>　　塔的截面積</b></p><p><b>　　實際的空塔氣速</b></p>&l

32、t;p>　　3.2精餾塔的有效高度：</p><p><b>　　精餾段的有效高度：</b></p><p>　　在進(jìn)料板上方開一個孔高度為0.7m</p><p><b>　　提餾段的有效高度：</b></p><p>　　故精餾塔的有效高度為</p><p>　　第

33、五章 塔板主要工藝尺寸的計算</p><p>　　5.1 溢流裝置的計算</p><p>　　D=3m, 可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤及平直形溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。</p><p><b>　　5.1.1 堰長</b></p><p><b>　　取</b></p><p

34、>　　5.1.2溢流堰高度：</p><p><b>　　出口堰高</b></p><p>　　選用平直堰，堰上液層高度</p><p><b>　　.02 </b></p><p><b>　　取板上清液層高度</b></p><p><b

35、>　　故</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　5.1.3弓形降液管寬度</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　m </

36、b></p><p>　　液體在降液管中停留時間為：</p><p><b>　　故降液管設(shè)計合理</b></p><p>　　5.1.4 降液管底隙高度</p><p>　　5.1.5 塔板位置及浮閥數(shù)目與排列</p><p><b>　　取閥孔動能因子</b><

37、;/p><p>　　每層塔板上的浮閥數(shù)，</p><p><b>　　取邊緣區(qū)寬度</b></p><p><b>　　計算塔板上</b></p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形叉排.取同一橫排的孔心距</p><p><b>　　,排間距為</b>

38、</p><p>　　考慮到塔采用分塊式板塔，而各分塊板的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用81.2mm,而應(yīng)小于此值</p><p><b>　　故取</b></p><p>　　按 以等腰三角形交叉排方式作圖，排得閥數(shù)</p><p>　　按N=862重新核算孔速及閥孔動能因數(shù)：</p>

39、;<p>　　閥孔動能因數(shù)變化不大，</p><p><b>　　塔板開孔率=</b></p><p><b>　　2.流體力學(xué)檢驗</b></p><p>　　氣相通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降</p><p><b>　　①干板阻力 </b></p>&l

40、t;p>　?、诎迳铣錃庖簩幼枇? </p><p><b>　　這里 </b></p><p>　　③液體表面張力所造成的阻力：</p><p>　　與氣體流經(jīng)一層浮閥塔的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?lt;/p><p><b>　　單板壓降</b></p><p>　?、?/p>

41、 淹塔 為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中請液層高度，</p><p>　?、倥c氣體通過塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨龋呵耙阉愠?lt;/p><p>　　②液體通過降液管的壓頭損失：因不設(shè)進(jìn)口堰，</p><p>　　③板上液層高度：前已選定板上液層高度</p><p><b>　　取，又選定</b></p>

42、;<p><b>　?、庆F沫夾帶 </b></p><p><b>　?、?lt;/b></p><p><b>　　②</b></p><p><b>　　板上液體流徑長度 </b></p><p><b>　　板上液流面積 <

43、/b></p><p>　　甲醇和水為正常系統(tǒng)，取物性系數(shù)，查的泛點負(fù)荷系數(shù),</p><p><b>　　由②得</b></p><p>　　由①②計算出的泛點率都在以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足。</p><p><b>　　3.塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p&g

44、t;<b>　　整理的</b></p><p>　　可知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)取兩個值，得出相應(yīng)的列于下表</p><p><b>　　⑵液泛線</b></p><p>　　由上式確定液泛線。忽略式中的</p><p>　　因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則 </p>

45、<p><b>　　即</b></p><p>　　式中閥孔數(shù)N與孔徑亦為定值，因此可將上式簡化成與的如下關(guān)系式：</p><p>　　在操作范圍內(nèi)取若干個值，依式算出相應(yīng)的下表中</p><p><b>　?、且合嘭?fù)荷上限線 </b></p><p>　　液體的最大流量應(yīng)保證在降液管

46、中停留時間不低于. </p><p>　　液體在降液管內(nèi)停留時間為</p><p>　　以作為液體在降液管中停留時間的下限，則</p><p><b>　　求出上限液體流量</b></p><p><b>　　豎直線⑶ </b></p><p><b>　?、嚷┮壕€

47、 </b></p><p>　　對于F1型重閥，依。</p><p>　　又知 以作為規(guī)定氣體最小</p><p><b>　　負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則</b></p><p>　　做出與液體流量無關(guān)的水平漏液線⑷.</p><p><b>　?、梢合嘭?fù)荷下限線</b>&l

48、t;/p><p>　　取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件，依的計算式計算出的下限值，依此做出液相負(fù)荷下限線，該線為 與氣相流量無關(guān)的豎直線⑸</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　1 霧沫夾帶線 2 液泛線 3 液相負(fù)荷上限線 4 漏液線</p><p><b>　　5 液相負(fù)

49、荷下限線</b></p><p>　　由塔板的負(fù)荷性能圖可以看出：</p><p>　　①任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點P(設(shè)計點)，處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。</p><p>　?、谒宓臍庀嘭?fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。</p><p>　?、?按照固定的液氣比，由圖可以查出塔板的氣相負(fù)荷上限</p>

50、<p><b>　　氣相負(fù)荷下限，</b></p><p>　　第六章 板式塔得結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備</p><p><b>　　6.1附件的計算</b></p><p><b>　　6.1.1接管</b></p><p><b>　　⑴進(jìn)料管</b&

51、gt;</p><p>　　進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料、彎管進(jìn)料、T形進(jìn)料。本設(shè)計采用彎管進(jìn)料。</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　則體積流量</b></p><p><b>　　取管內(nèi)流速</b></p><p>

52、;<b>　　則管徑</b></p><p>　　取進(jìn)料管規(guī)格 則管內(nèi)徑</p><p><b>　　進(jìn)料管實際流速</b></p><p><b>　?、苹亓鞴?lt;/b></p><p><b>　　采用直管回流管，</b></p><

53、;p>　　回流管的回流量L=，塔頂液相平均摩爾質(zhì)量,平均密度</p><p><b>　　則體積流量</b></p><p><b>　　取管內(nèi)流速</b></p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　取回流管規(guī)格 則管內(nèi)徑</p>&l

54、t;p><b>　　回流管實際流速</b></p><p><b>　?、撬斦羝庸?lt;/b></p><p><b>　　則整齊體積流量</b></p><p>　　取管內(nèi)蒸汽流速 管徑</p><p>　　取回流管規(guī)格 則管內(nèi)徑</p><p&g

55、t;<b>　　回流管實際流速</b></p><p><b>　?、雀号懦龉?lt;/b></p><p><b>　　塔底 ，平均密度</b></p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量</b></p><p><b>　　則體積流量</b&

56、gt;</p><p><b>　　取管內(nèi)流速</b></p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　取回流管規(guī)格 則管內(nèi)徑</p><p><b>　　回流管實際流速</b></p><p><b>　?、伤敭a(chǎn)品出口管&l

57、t;/b></p><p><b>　　塔頂 ，平均密度</b></p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量</b></p><p><b>　　則體積流量</b></p><p><b>　　取管內(nèi)流速</b></p><p>

58、;<b>　　則管徑</b></p><p>　　取回流管規(guī)格 則管內(nèi)徑</p><p><b>　　回流管實際流速</b></p><p><b>　　6.1.2 冷凝器</b></p><p><b>　　塔頂溫度 </b></p>&l

59、t;p>　　由 查液體比汽化熱共線圖 </p><p><b>　　又氣體流量</b></p><p><b>　　塔頂被冷凝量</b></p><p><b>　　冷凝的熱量</b></p><p><b>　　6.1.3再沸器</b></

60、p><p><b>　　塔底溫度</b></p><p>　　由 查液體比汽化熱共線圖 </p><p><b>　　又氣體流量</b></p><p><b>　　塔底被汽化量</b></p><p><b>　　汽化的熱量</b>

61、</p><p><b>　　第七章 參考書錄</b></p><p>　　一 夏清，化工原理上冊·天津：天津大學(xué)出版社，2011</p><p>　　二 夏清，化工原理下冊·天津：天津大學(xué)出版社，2011 </p><p>　　三 馮新， 化工熱力學(xué)· 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011&

62、lt;/p><p>　　四 潘國昌，化工設(shè)備設(shè)計·北京：清華大學(xué)出版社，1996</p><p>　　五 李國庭，化工設(shè)計概論.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015</p><p>　　六 董大勤，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013</p><p>　　第八章 設(shè)計心得體會</p><p>　　本次化工

63、原理課程設(shè)計歷時兩周，是繼機(jī)械設(shè)計之后又一次獨立的工業(yè)設(shè)計?？赡芤驗樯弦淮蔚慕?jīng)驗，才使得我們在接觸又一次的課程設(shè)計時不會一頭霧水?；ぴ碚n程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計使我們初步掌握化工設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計原則及方法；學(xué)會各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形；理解計算機(jī)輔助設(shè)計過程，利用編程使計算效率提高。在設(shè)計過程中不僅要考慮理論上的可行

64、性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性。</p><p>　　在短短的兩周里，從開始以為的輕松，到同學(xué)討論，再進(jìn)行整個流程的計算，再到對工業(yè)材料上的選取論證和后期的流程圖的繪制等過程的培養(yǎng)，我真切感受到了理論與實踐相結(jié)合中的種種困難，也體會到了利用所學(xué)的有限的理論知識去解決實際中各種問題的不易，從中也明白了學(xué)無止境的道理，在我們所查找到的很多參考書中，很多的知識是我們從來沒有接觸到的，我們對事物的了解還僅限于皮毛

65、，所學(xué)的知識結(jié)構(gòu)還很不完善，我們對設(shè)計對象的理解還僅限于書本上，對實際當(dāng)中事物的方方面面包括經(jīng)濟(jì)成本方面上考慮的還很不夠。</p><p>　　在實際計算過程中，我還發(fā)現(xiàn)由于沒有及時將所得結(jié)果總結(jié)，以致在后面的計算中不停地來回翻查數(shù)據(jù)，這浪費了大量時間。由此，我們在計算結(jié)束后，列出了重要結(jié)果匯總表，方便自己計算也方便讀者查找。在一些應(yīng)用問題上，我直接套用了書上的公式或過程，并沒有徹底了解各個公式的出處及用途，對于

66、一些工業(yè)數(shù)據(jù)的選取，也只是根據(jù)范圍自己選擇的，并不一定符合現(xiàn)實應(yīng)用。因此，一些計算數(shù)據(jù)有時并不是十分準(zhǔn)確的，只是擁有一個正確的范圍及趨勢，而并沒有更細(xì)地追究下去，因而可能存在一定的誤差，影響后面具體設(shè)備的選型。如果有更充分的時間，我想可以進(jìn)一步再完善一下的。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計的訓(xùn)練，讓我對自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認(rèn)識，這對我們的繼續(xù)學(xué)習(xí)是一個很好的指導(dǎo)方向，我們了解了工程設(shè)計的基本內(nèi)容，