乙醇精馏塔机械设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 乙醇 精馏塔机械设计 学院： 吉林化工学院 专业： 过程装备与控制技术 学生： 景阳 指导教师： 陈秀萍 1 （ 1） 设计乙醇精馏塔机的生产工艺与设备工艺； （ 2） 原料为乙醇，其中工业乙醇含量为 其余为水（均为质量分数）； （ 3） 三、工艺条件 （ 4） 生产负荷（按每年 7200小时计算）： 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12万吨 /年 进料热状况：自选 回流比：自选 （ 5） 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降： 艺 参数 . 2 设计内容 （ 1） 确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 （ 2） 工艺参数的确定：基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡 算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。 （ 3） 主要设备的工艺尺寸计算：板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 （ 4） 流体力学计算：流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 （ 5） 主要附属设备设计计算及选型：塔顶全凝器设计计算，热负荷，载热体用 量，选型及流体力学计算；料液泵设计计算，流程计算及选型。 3 . 进度安排 设计（论文） 各阶段名称 起 止 日 期 1 题目确定 2 文献查阅及初步设计计算 3 设计计算 图纸绘制 4 设计计算及图纸完善 5 毕业设计答辩准备（可以找赵老师辅导： 6 毕业设计答辩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 乙醇精馏塔机械设计 摘 要 乙醇 是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，广泛地应用于国民经济的许多部门 ,近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势。但是由于乙 醇 通的精馏难于得到高纯度的乙醇。因此，研究和改进乙醇 设计基于精馏的原理，查阅乙醇 精馏装置进行设计 物料衡算，热量衡算，塔体工艺设计，塔板工艺设计，塔附属设备设计以及部分机械设计。 关键词：乙醇 馏塔设计；附属设备设计； 机械设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 目 录 摘 要 . 录 . 言 . 1 第 1 章 概述 . 2 计目的 . 2 计的背景 . 2 计的意义和 要求 . 2 计步骤 . 3 计步骤和内容 . 3 第 2 章 设计方案的确定 . 5 馏流程的确定 . 5 作压力 . 5 料热状态 . 5 热方式 . 5 却方式 . 5 流比的选择 . 6 艺参数的选择 . 6 的物料衡算 . 7 第 3 章 精馏工艺的计算 . 10 计条件的重述与分析 . 10 论板数的计算 . 11 料恒算 . 14 板数总效率的估算 . 15 际塔板数的计算 . 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第 4 章 塔板和塔的主要工艺尺寸设计 . 19 论塔板数的确定 . 19 际塔板数及全塔效率的计算 . 19 径的初步设计 . 20 流装置 . 21 板装置 . 23 第 5 章 塔板的流体力学验算及设计评述 . 24 板流体力学验算 . 24 计评述 . 30 第 6 章 设计结果 . 32 第 7 章 主体设备机械设计 . 35 体强度校核 . 35 载荷和风弯矩 . 35 震载荷的计算 . 36 参考文献 . 37 致 谢 . 38 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 前 言 化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中大部分是均相混合物。生产中为满足要求需将混合物分离成较纯的物质。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂的驱动下（有时加质量剂），使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不 同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分 的分离。该过程是同时进行传质、传热的过程。 乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。 要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层 塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第 1 章 概述 计目的 蒸馏是分离均相混合物的单元操作，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。精馏是典型的化工操作设备之一。进行此次课程设计的目的是为了培养综合运用所学知识 ,来解决实际化工问题的能力 ,做到能独立进行化工初步设计；掌握化工设计的基本程序和方法；学会查阅技术资料、选用公式和数据；用简洁文字和图表表达设计结果；用 以后从事设计工作打下坚实的基础。 计的背景 精馏塔是石化工业中最为常见和能耗较大的设备之一。精馏塔能正常操作，并不能 说明塔内件设计一定合理，往往由于设计者主观和客观的原因，存在着一些不合理之处，但因塔板数过多、塔径过大等原因而掩盖了这些方面的不足，而塔板数过多、塔径过大又往往由于塔能正常生产而不易觉察，造成浪费。 精馏是利 用各组分在相同条件下挥发性的差异而分离出各组分的过程，它广泛用于多组分混合物的分离。精馏过程的特点是重复进行汽化和冷凝，即不同沸点的组分通过一系列的馏分汽化和冷凝来实现分离，因此热效率很低。通常再沸器加热到精馏塔上的能量有 95以上被塔顶冷凝器的冷却水带走，只有约 5的能量被有效利用。 据报道，我国目前精馏系统消耗的能量占总能耗的 15以上。由于能源价格迅速升高，迫使人们想方设法降低能耗。如何降低精馏系统的能耗就成为化工设计工作者关注的重点。目前精馏系统节能的手段有：回收显热；回收潜热；减少系统的热损失；降低回流比来减少系统的能量需求等。回流比对精馏塔节能的影响很大。 计的意义和要求 本次设计为乙醇精馏塔的工艺设计。化工生产中，常需要进行混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏就是一种分 离互溶的液体混合物的常用方法之一。精馏在选择分离方案时常被优先考虑，因为它有下列优点：（ 1）精馏是一个买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 使用能量分离剂的平衡分离过程；（ 2）系统内不含固体物料，操作方便；（ 3）有成熟的理论和实践；（ 4）没有产品数量的限制，从很小到很大的规模都能采用；（ 5）常常只需要能位等级很低的分离剂。 对于工科类专业的 学生，到工作岗位后都会遇到与设计基本知识有关的各种问题。在工厂中，技术人员必须对自己主管的设计有着清晰的了解，再结合现场的生产实际情况，就能正确判断生产是否有进一步改善和提高的可能。因此，掌握化工设计的基本概念和方法能帮助我们完成从学校走向工作岗位的转变，对个人学科素质有质的提高。在设计过程中，对于精馏塔有如下设计要求：（ 1）生产能力大，及气、液处理量大；（ 2）操作弹性大，分离效率高；（ 3）流体流动阻力小，操作费用低；（ 4）结构简单，造价低，制造、安装、维修方便。 计步骤 塔设备的设计一般主要包括两 个部分：工艺设计和机械设计。工艺设计中要初步确定各阶段混合物的物理特性，由计算得出的具体数据再进行塔板的最基本设计。机械部分要解决的问题，除了确定塔设备的各细节结构外，更重要的就是要做各种校核工作，以保证设计完成的塔设备不仅能够正常运转，而且必须符合国家安全生产的标准。然后是画图阶段。图纸包括一张装配图和若干零件图，均采用计算机绘图，并严格按照设计尺寸进行绘制。 本设计的研究的步骤： 一、工艺设计计算 （ 1） 计算理论塔板数，塔板效率，确定实际塔板数； 计算塔径（空塔气速）； （ 2） 塔盘设计，溢 流装置设计，进行流体力学计算，绘制塔板负荷性能图； （ 3） 选择塔板间距，初步确定塔高。 计步骤和内容 本次设计要求设计乙醇精馏塔 ,设计条 件为：（ 1）进料含乙醇 其余为水（均为质量分数，下同）；（ 2）产品乙醇含量不低于 （ 3）（ 4）要求生产能力为 5000T/Y，年开工 7200小时；（ 5）操作条件为间接蒸汽加热，泡点进料，单板压降低于 100板压强为 对压强）。 设计内容包括：（ 1）设计方案的确定和说明；（ 2）精馏塔工艺计 算；（ 3）塔板主要尺寸设计。 设计步骤如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 （ 1） 确定设计方案和工艺流程； （ 2） 进行工艺计算； （ 3） 塔板设计：主要包括塔板主要工艺尺寸，进行流体力学校核； （ 4） 板式塔的结构选择； （ 5） 管路和辅助设备的计算和选型； （ 6） 绘制图纸； （ 7） 编制设计说明书。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第 2 章 设计方案的确定 馏流程的确定 乙醇 水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接 蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。在本设计中，由于流量太大，设计两个精馏塔 . 作压力 塔内操作压力的选择不仅牵涉分离问题，而且与塔顶和塔底温度选择有关。其选择原则是：对热敏性的物料可采用减压操作，对于常态下呈气态的物料可在加压下进行精馏，对于一般物料可采用常压蒸馏。根据物料应当选择常压蒸馏。 料热状态 进料有 5种状态，分为过冷进料（ q1）；泡点进料（ q=1） ;气液混合进料（ 0板数有无限多降至有限数； 板数虽然可以减少，但减少的速率 很 慢，因此可以在曲线倾斜部分区域选择 一个合适的回流比 。 艺参数的选择 (1) 处理能力： 5000T/y ,年开工 7200小时 (2) 进料浓度： (3) 进料温度： 8 (4) 塔顶冷凝水采用 12 深井水 , 塔釜间接蒸汽加热 (5) 压力： 常压操作 单板压降 0.7 6) 要求： 6 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 2的物料衡算 表 1 1 水和乙醇的物理性质 称 号 分子式 相对分子质量 密度 20 沸点 比热容（ 20） ） 粘度（ 20） 热系数（ 20） /（ m.） 表面张力 *10（ 20） N/m 水 98 100 醇 89 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表 常压下乙醇 水系统 t x 2所示 。 沸点 t/ 乙醇摩尔数 /% 沸点 t/ 乙醇摩尔数 /% 气相 液相 气相 液相 2 1 3 乙醇 水系统 t x 醇相对分子质量： 相对分子质量： 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 平均摩尔质量 进版料： *顶： *底： *料衡算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第 3 章 精馏工 艺的计算 计条件的重述与分析 设计条 件如下： （ 1）进料含乙醇 其余为水（均为质量分数，下同）； （ 2）产品乙醇 含量不低于 （ 3）釜残液中乙醇不高于 （ 4）要求生产能力为 5000T/Y，年开工 7200小时； （ 5）操作条件为间接蒸汽加热，泡点进料，单板压降低于 100对压强）。 分析过程如下 : （ 1）组成分析 68 68 =0 68 =（ 2）产量换算 要求生产能力为 5000T/Y，年开工 7200小时，则馏出液流率 D=年生产能力 *年开工时间 -平均摩尔量 =0 s 公式（ 3 （ 3）假设 恒摩尔流 物料为二元物系，且根据乙醇和水的物性可知，其组分分离的沸点相差较小，汽化潜热接近，（在 1，乙醇沸点 ，水沸点 100 ；在 60 温度时，乙醇的摩尔汽化潜热为 39300kJ/的摩尔汽化潜热为 40700kJ/,故符合 恒摩尔流假设条件，结论为：在精馏塔内没有加料与出料的任一塔段中，各个板的上升的蒸汽量相等，各个板的下降的液体量也相等。 （ 4）塔内摩尔流率 设精馏塔塔顶冷凝器将蒸汽完全冷凝，凝液在泡点温度下部分回流入塔（泡点回流）。根据恒摩尔流假设，此时回流液的流量 此可得塔内各段气液两相的摩尔流量为： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 论板数的计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 3论塔板数 R=( 2） 作线大致与平衡曲线重合，计算理论塔 板数较为困难，且此时板数较多。 此时 =RR 应该大于 R=（ ） R=2=别计算不同情况下的回流比与理论塔板数（图解法），结果如下： 表 2流比与理论塔板数 R=2=R 理论板数 12 16 19 加料板的位置 第 9 块板 第 13块板 第 16块板 精馏段的板数 8 12 15 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 1=2图 3=论塔板数 11 R=2 理论塔板数 =12 第 9块板为加料板 精馏段需 8块板 R= 理论塔板数 =16 第 13块板为加料板 精馏段需 12 块板 R= 理论塔板数 =19 第 16块板为加料板 精馏段需 15 块板 图 1=买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 料恒算 对于整个精馏塔，存在物料守恒式： FDW F式（ 3 0D=0s W=10s， F=0s 对于塔内各段而言，存在物料守恒式： L馏段 V(R1)D LLF 提馏段 VV （ L、 V、 L、 馏段上标 “ 表示） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 3对于选用不同的回流比的方案，计算 结果如下：（流量单位均为 s） 表 2 R=2=R L 0 0 0 V 0 0 0 0 0 0 L 0 0 0 板数总效率的估算 采用 O精馏塔劝他效率 关联呈 L 的函数 4 T=L ） 公式（ 3 式中， 为塔顶及塔底平均温度下的相对挥发度， L 为塔底及塔底平均温度下进料相对平均粘度 s 。 有乙醇 底易挥发成分摩尔比率约为 0，对应塔底温度为 100 ，塔底易挥发成分摩尔比率约为 84%，对应塔底温度为 78 。故塔顶、塔底平均温度为： =78100 2 =89 公式（ 3 对于两组份体系，总压不太高时，相对挥发度 =p xB pyA 3塔板 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 * ；而 c（ 式中， ）， A、 B， 2 A B C （ 60150 ） 乙醇（ 25 110 ） 为对比温度， 为结构加和因数。 对于 89 下的乙醇液体，计算结果为： (+6=2C+6H+T r=89 = 298K 条件下） 乙醇在 89 下黏度为 式应用温度应在沸点以下，故有误差 ),查表得水 在 89 下黏度为 0s=L= 式（ 3 L ） （ 公式（ 3 塔板总效率的估算值约为 采用 O法是未考虑啊板上液层高度及液汽比对塔板效率的影响）。 际塔板数的计算 精馏塔的实际板数可按下式计算： N=（ （ 3 式中， 对于 R=21=(125 R=2=(160 R=23=(19 4 量横算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 3醇 水体系 图 1 （ 1）由于采用泡点进料，进料前应将原料预热，有 料状态的泡点温度为 86 ，常温下乙醇的比热容为 4kJ/的比热容 采用 R= F=0s M=6+8=F=s Q1=n1t+n2t 公式（ 3 =( （ 86=（ 2）采用再沸器使液体转化为气体，乙醇的汽化潜热 的汽化潜热2270kJ/在 100 条件下），则 V=0 s=s。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 3 Q2=270+（ 3）采用冷水循环使蒸出的产物冷凝，冷凝量为 : L+D=0 0 0 s=s 则 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第 4 章 塔板和塔的主要工艺尺寸设计 论塔板数的确定 理论版： 指离开此板的气液两相平衡，而且塔板上液相组成均匀。 理论板的计算方法：可采用逐板计算法，图解法，在本次实验设计中采用图解法。 （ 1） 精馏段操作线方程 ： （ 2） 提馏段操作线方程 ： 根据精馏 、 提溜 段操作线方程，画面求理论塔板数 T=30层（包括再沸腾），其中精馏段理论塔数 25层，提馏段 5层（包括再沸腾） 际塔板数及全塔效率的计算 实际板数计算 ：板效率可用奥康奈尔公式： 计算 （ 1） 精馏段： 为安全起见，精馏 段取位 50段。 （ 2）提馏段： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 为了安全起见，提馏段取为 7块板 （ 3）全塔效率： 加料版位置在第 51块塔板 径的初步设计 （ 1） 精馏段： 取板间距 上液层高度 史密斯相关图得 取安全系数为 ： 横截面积： 空塔气速： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 提馏段： 取板间距 上液层高度 史密斯相关图得 安全系数为 ： 横 截面积： 空塔气速： 根据工程设计实际标准。将塔经圆整为： D=T=流装置 （ 1）精馏段： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 （ 2）提馏段： （ 3）降液管中的液体线速度小于 s，液体在降液管中的停留时间一般应等于或大于 35s,以保证溢流中的气泡以足够的时间在降液管中分离： =5s 公式（ 3 式中： （ 4）弓形降液管宽度 截面积 图获得。 （ 5）降液管底隙高度即降液管下端与塔板间的距离，以 保证良好的液封，又不使液流阻力过大，一般 h0=m 宜小于 形降液管宽度 为了维持塔板上一定高度的均匀流动液层，一般采用平直溢流堰 9。主要计算： （ 6）堰长 据溢流形式及液体负荷决定堰长，单单溢流型塔板 D，双溢流型板两侧堰长为（ D，其中 堰长也可由溢流强度计算，公式为： Lh/00 130m3/式（ 3 式中： 溢流堰长， m； m3/h （ 7）堰高 高与板上液层高度及堰上液层高度关系如下： （ 50（ 100 式中 单位为 （ 8）堰上液层高度 上液层高度应适宜，大小则堰上液体均布差，太大则塔板压降增加，雾沫夹带增加。平直堰要求设计时 般大于 计算公式为： （ 2/3公式（ 3 式中： 般可取值为 1。 一般板上液层高度在 求 求 工业塔中，堰高一般为 般不宜超过 般应该使堰高在降液管底端 实现降液管底端的液封。 塔板上接受上一层流下的液体的地方为受液盘。目前生产的受液盘有 2种：平受液盘，用于塔径小于 800形受液盘，用于塔径大于 800深度一般为 50大直径塔采用平行受液盘是，为保证降液管的液封并均匀进入塔板的液流，也可设进口堰。 对于溢流装置 的具体计算过程如下： 取堰长 板间距 R=2D=买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 板装置 本塔设计塔径 D=采用分块式塔板，以便通过人孔装拆踏板 塔径 /00400800200板分块数 3 4 5 6 （ 1） 开孔面积 气体通过筛孔的气速为： 则精馏段： 精馏段： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第 5 章 塔板的流体力学验算及设计评述 板流体力学验算 塔板流体力学验算，目的在于检验以上各项工艺尺寸的计算是否合理，塔板能否正常操作，以便决定是否需要对有关工艺尺寸进行必要的调整 12。 （ 1）塔板压降 气体通过塔板的压降包括干板压降 上液层阻力 h,由下式计算： p c f h 公式（ 3 干板阻力 c=式（ 3 式中： 。 于干板影响较大，可通过图求得。气体通过液层的阻 力 hf 0 L 0（ w 式中： 0为充气系数，近似取 体表面张力 h h 4L g中： 为液体表面张力， 因在不同塔层中液体状态不同， h用公式求解偏大，故省略 h。 采用 a/,a/,的设计参数，计算结果如下： 表 5-1 F/D/D mm a/ mm a/ mm a/ HT(m) R=(m) Aa(m) n A n n 0 3 1 1 2 2 8 1 7 1 7 1 8 2 5 1 3 1 5 1 5 1 7 1 7 1 6 1 2 1 8 1 6 2 5 1 8 1 3 1 3 1 8 1 3 1 5 1 3 1 2 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 3 1 1 1 - - - - - - - - - 但由于计算而得的 单板压降小于 100水柱 ” 的准，其原因 ：可能是筛板孔径过小，气体流速过快使 进措施为将筛板孔径均乘以 2，重新计算的结果如下： 表 2计算结果 表 5 表 5文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图