精馏塔课程设计(BAIDU)分析

化工原理课程设计 浮阀式精馏塔的设计 1 1 课程设计的目的树立和培养工程意识 技术的先进性与可行性经济的合理性操作的安全性查阅资料 搜集 处理数据和选用公式的能力 工程计算能力 包括使用计算工具的能力 用规范的工程语言 文字 图 表格 表达设计意图的能力 实事求是 科学 严谨的工作作风 概述 2 2 本次课程设计的基本内容 设计任务书 成果要求理论塔板1张负荷性能图坐标纸25 351张设备条件图 示意 坐标纸25 351张工艺流程图三号图纸1张设计说明书论文或A4纸1份 3 第一章设计方案的确定和说明 一 设计方案及设计参数1 设计方案工艺流程的确定 泵或高位槽 预热器 精馏塔 再沸器 冷凝器 冷却器等 操作压力 写明原因 进料状态 写明原因 塔底加热方式及加热介质 写明原因 塔顶蒸汽及塔底釜液热量的再利用 4 2 设计参数进料量 进料组成 产品组成 残液组成 冷却剂温度 进口15 出口40 加热热源 二 确定工艺流程的原则及说明1 满足工艺和操作的要求2 设备与操作费用尽量低3 确保生产安全设计要有独到之处 5 第二章工艺计算一 回流比的选择1 组成的换算 写出计算过程 所给组成均是质量分率 需换算成摩尔分率2 最小回流比Rmin理想物系 找到q线与平衡线的交点坐标 xe ye 非理想物系 可在x y平衡曲线上通过作切线的方法解决 6 3 操作时的适宜回流比RR 1 2 2 0 Rmin可根据吉利兰图求理论板数N 作R N曲线二 理论板数NT的确定作图法 NT 阶梯数 1 直接蒸汽加热 间接蒸汽加热 7 三 实际板数Np的计算1 全塔效率E 奥康内尔关联图或关联式 ET 50 55 2 实际塔板数NP 要分别算出精馏段 提馏段的实际板数 以及加料实际位置 8 四 物料衡算 以摩尔为单位 总物料衡算 D W F 易挥发组分物料衡算 DxD WxW FxF 联立可解得D W 以上公式中气液相流量的单位均是摩尔 mol s 要换算成质量流量 kg s 和体积流量 m3 s 以便使用 对于泡点进料 一 间接蒸汽加热 9 分子量 精馏段气 液均按塔顶混合物分子量计 M MAxD MB 1 xD 提馏段气 液均按塔底混合物分子量计 M MAxW MB 1 xW 密度 进料 F 790kg m3精馏段 塔顶 D 813kg m3提馏段 塔釜 W 780kg m3精馏段上升气体 V 2 7kg m3提馏段上升气体 V 3 4kg m3 10 直接蒸汽加热 分子量 精馏段气 液均按塔顶混合物分子量计 M MAxD MB 1 xD 提馏段气 液均按塔底 近似为纯水 分子量计 11 密度 确定塔顶和塔底的温度塔顶 79 塔底 105 107 汽相密度 可按理想气体计算 液相密度 1 纯酒精 2 混合液 a 质量分数 按温度查表计算 12 列出物料衡算结果汇总表 由以上计算出的混合物分子量和密度 可将F D W V L 分别化成kg s和m3 s的单位 为下一步计算塔径 管径作好准备 13 第三章塔和塔板的工艺计算 精馏段 提馏段分开计算 一 塔径的计算1 板间距 HT 300 450mm按照规定选取整数300 350 450 500 600 800板上清液层高度 hL可取50 100mm2 塔径 分别计算精馏段和提馏段的塔径 方法如下 14 1 塔径计算出的塔径D需要圆整 参照资料P61附录八 同时需要重新核算空塔气速 看其是否在允许范围内 2 空塔气速u 0 6 0 8 u允许 15 3 允许速度 C 气体负荷参数 操作温度下的表面张力苯 甲苯精馏段 20 4mN m提馏段 19 0mN m乙醇 水精馏段 17 3mN m提馏段 45 1mN m 20mN mC20可查史密斯关联图 资料上P20 图5 1 3 4 16 图5 1史密斯关联图 LS 液相体积流量m3 sVS 气相体积流量m3 s 17 二 塔板布置塔板有整块式和分块式两种塔板面积分为四个区域 1 鼓泡区 2 溢流区 3 安定区 Ws 60 110mm 4 边缘区 Wc 30 75mm 18 三浮阀数目及排列1 阀孔气速浮阀按 JB118 68 标准化选型选F1 V 1 型重阀 39阀孔气速F0 气体动能参数 取F0 9 12合适 注 V为气相的密度 不是 V 19 2 阀孔数 V m3 s 由D HT查资料P56附录四可知 AT AD L H 孔数N0 孔间距t 开孔率 重新核对F0是否在 9 12 之间 如果不符合 需要重新计算 20 3 浮阀排列在塔板有效区域内 排列浮阀 以得到准确的阀孔数 75 t 21 四 溢流装置包括溢流堰 降液管和受液盘等部件 D2000时 采用双溢流 1 堰形式 hOW 6mm时 采用平直堰 否则采用齿形堰hOW 2 84 10 3 E Lh LW 2 3E 液流收缩系数 一般取E 1Lh 塔内液体流量m3 hLw 堰长 m堰高 hW hL hOW 3 6 22 2 降液管 管内停留时间 3 受液盘 采用凹形受液盘 盘深50mm 溢流下堰与塔盘平齐 盘上开泪孔 当D 1400mm时开两个 否则开一个 3 5 秒 23 第四章流体力学验算 只验算精馏段 目的 验算在上述各项工艺参数已确定的塔内 要完成规定的气 液负荷 塔能否正常工作 内容 1 各种参数的验算 塔板压强降 液泛 雾沫夹带 泄漏和液面落差 2 绘制负荷性能图 24 一 各种参数的验算1 压降单板 Pf PC Pl P P 可略 或hf hc hl 1 干板压降 计算阀孔临界气速u0C 1 825 若u0 u0C 则用阀全开前公式计算压降 即 6 2 25 若u0 u0C 则用阀全开后公式计算压降 即 2 板上液层阻力 hl 0 4 0 5 hL 6 3 hc的单位为m 单板压降 hf hc hl 每块板的压降约在30 60mm水柱范围内 26 2 液泛验算降液管内液层高度Hd应为 Hd hf hL hd流过降液管的阻力损失液层厚度产生的压降单板总压降hL 50 100mm之间 依已定的数据计算 其中 液流量 堰长 降液管底隙高度 取50mm 4 30 27 若Hd HT hW 则不会发生液泛 否则须修改原来计算或设定的数据 取 0 53 雾沫夹带验算雾沫夹带量eV 0 1kgL kgV时才符合要求主要与空塔气速和塔板间距有关一般要求大塔泛点率 80 小塔 直径 0 9m 泛点率 70 泛点率 操作时的空塔气速与发生液泛时的空塔气速的比值泛点率可按下式计算 28 K 1 无沫液体CF 泛点负荷系数 查资料图6 1 AT 塔截面积AP 塔盘有效面积AP AT 2ADZ 液相流程长Z D 2H 上面两个计算式取其较大者 若能小于70 80 则eV可小于0 1 泛点率 p16 6 12 6 11 29 二 负荷性能图1 汽相负荷下限线 漏液线 当汽相动能参数F 5 6时 易漏液2 雾沫夹带线 汽相上限线 泛点率F 80 时 将出现雾沫夹带 取上面计算的F值较大的公式 将F 80 代入 可得到关于Vs Ls间的表达式 利用该式画线 此时孔速 30 3 液相负荷下限线板上液流高度低于此限时就不难保证液体体在板上分布均匀hOW 2 84 10 3 E Lh LW 2 3 0 006m将Lh换算成Ls表示 可画出一条垂直线 4 液相负荷上限线液体在降液管时停留时间小于此限时气相不能从液相中充分分离 降低塔效率 计算出的液相量是常数 即是一条垂直线 5秒 31 5 液泛线Hd HT hw a Hd hf hL hd b a b 两式联立并整理可得 其中 N0 孔数 取0 5 0 取0 5 h0 0 05m 32 以上计算的各值代回总式中 可得Vs Ls 间的关系式 在图上可做出一条曲线 即为液泛线 6 操作线依塔物料衡算 计算出的Vs Ls得一操作点P 联结原点 操作点的直线即为操作线 操作线与五种线的两个交点Vmax和Vmin 得操作弹性K 33 将以上五种线作图1 汽相下限线2 汽相上限线3 液相下限线4 液相上限线5 液泛线用剖面线表现可正常工作区域画出操作点 操作线 计算操作弹性3 5为宜 塔板负荷性能图 Vmax Vmin V L m3 s m3 s P 34 第五章塔的附属设备设计一 塔顶冷凝器的选型1 冷凝器放置方式 立式或卧式指明原因 所用冷凝器的个数2 冷凝器的选型水平放置时 取K 700W m2 垂直放置时 取K 600W m2 计算传热量Q 传热温差 tm 计算传热面积A 实际传热面积 应大于计算面积的1 2倍 选型 附录五 公称直径 管程数 管子数 换热面积 管长 公称压力 选型要在工艺流程图中表现出来 立卧管程数 35 二 塔釜的设计 h1 h2 W 1 釜中液面距最底层塔板距离h1 为了避免带液过多 釜中液面至最底层塔板距离至少在0 5 0 7m以上 2 釜内液层高度h2 釜内装填系数一般在0 6 0 7之间 如取0 65 塔釜高度HB h1 h2 一般1 5 2m 36 3 塔底最后一块板的受液盘 称液封受液盘 其深度及面积都应大一些 以保证液封 要指明所取的数据 三 再沸器的选型 附录七 选型要在工艺流程图中表现出来 37 加热蒸汽管的计算 直接蒸汽加热 直管开孔通入蒸汽1 加热蒸汽用量 近似取提馏段上升蒸汽量2 计算加热管直径及孔数蒸汽气速 u 20 40m s加热管直径 计算后要圆整并校核管中气速 38 3 蒸汽管上的孔数孔径取d0 10mm 孔距t 2d0 20mm 小孔总面积一般是加热管横截面积的1 2 1 5倍 孔数 管在塔内有效长度 D 0 15 0 3m 孔列数 孔行数 39 管实际能排的行数 1 比较实际行数与计算所需行数 看是否够用 2 蒸汽加热管只在下半圆上开孔 以减少液滴飞溅到上一塔板 降低分离效率 40 四 接管尺寸1 进料管 液速取uf 0 6 1 5 m s2 回流管 液速取u 0 4m s左右3 塔顶蒸汽管 气速取u 15 25 m s4 塔顶出料管 液速取 u 0 4m s左右5 釜液排出管 液速取u 0 6 0 7 m s6 塔釜出料管 液速取 u 0 6 0 7 m s7 再沸器进口管 液速取 u 0 6 0 7 m s8 再沸器出口管 气速取 u 15 25 m s各种液 汽流量均需用体积数据 m3 s 代入计算管径 d需按无缝钢管圆整为标准值 再校正流速u接管在塔外部长度可依是否有保温层及方便作业为准则 一般可取200mm 41 42 第六章塔的结构设计一 塔盘的结构设计1 塔板 D 800mm时采用单溢流 分块式塔板 自身梁式结构 弓形板2块 通道板1块 矩形板1 2块 43 1 通道板 L D 2H 56 400 420 43 分块塔板的宽度定为400mm和420mm的原因 是能使其通过 450或 500的人孔 2 矩形板 44 3 弓形板 带自身梁D2000时 m 30mmm 塔板与壁面间距弓形板的弧边直径Dg D 2m 弓高e 0 5 D 377 n 3 18 n 1 400 2m n 分块数 18 塔板各分块间的间隙 mm e D 45 2 塔板厚度板厚 D 800 1400mm 4mmD 1600 2000mm 6mm3 泪孔D1400时 开两个泪孔 10 这时支撑板在中央 两孔间距600mm 距离堰边50mm 46 二 塔体设计塔顶空间高度 HD 1 2 1 5m人孔处板间距 HT 600 700mm一般每8 10块板开一个人孔釜高 HB h1 h2 HB 1 5 2 0m 塔总高 包括裙座及封头 47 第七章设计结果总汇及设计评述一 设计结果汇总表1 工艺计算参数2 塔 塔板结构参数3 流体力学参数 48 二 设计评述 3 设计体会 意见或建议 1 设计的创新与特色 2 问题的探讨 节能措施与效果设备结构的改进精馏操作自动控制的改进 全塔压降的影响设计存在的问题 例近似计算的误差等 如何调整结构参数或工艺参数使得操作点更合理 49 文后参考文献表编排格式 1 参照标准 2 编排格式 专著 论文集 学位论文 报告 序号 主要责任者 文献题名 出版地 出版者 出版年 起止页码 1 贾绍义 柴诚敬 化工原理课程设计 天津 天津大学出版社 2002期刊文章 序号 主要责任者 文献题名 刊名 年 卷 期 起止页码 2 方志杰 异蔗糖和烯丙醇的酸催化反应 精细化工 2002 16 1 49 50 中国学术期刊技术规范 CAJ CDB T1 2005 50 工程图的绘制 一设备条件图 简图 基本要求 图幅 坐标纸25 35 图框 留装订边 标题栏 校内使用比例 缩小 字体与图线 绘图字体 内容 设备主要结构及尺寸 所有接管规格 定 方 位尺寸 接管表 连接形式及标准 技术特性表 工作介质 温度 压力 有效容积 技术要求 附录十一 制造 保温 试漏 试压等 零 部 件表 代号 名称 规格 数量 推荐材料 51 二 带控制点工艺流程图 基本要求 图幅 A3 图框 留装订边 标题栏 校内使用比例 不限 字体与图线 绘图字体 内容 设备外形 细实线 无比例 物料流程线 主要物料粗实线 辅料细实线 阀门 管件 仪表控制符号 细实线 设备标注 管路标注 图例 阀门 管件 介质 控制点等符号的意义 52 设计说明书编写及装订次序 标题页2 设计任务书3 进度表4 目录5 第一章设计方案的确定和说明6 第二章工艺计算