化工设计课程论文

PAGE20目录TOC\o"1-3"\h\u25718第一章绪论 329897一、前言 331229二、设计内容 429383第二章课程设计报告内容 411878一、物料衡算 43072三、操作线方程的确定 531360四、塔板数及塔高的计算 612042五、塔径的计算 73967六、溢流装置相关数据的计算 81、堰长 9146792、溢流堰高度 9189013、降液管宽度和截面积 10243734、降液管底隙高度 10142655、塔板布置 1123731七、流体力学的计算 12145651、塔板压降 12324842、淹塔 12105833、雾沫夹带 13205084.求热负荷 1422304八.塔板的负荷性能图 14181922、液泛线 14172713、液相负荷上限线 1561524、漏液线 15291105、液相负荷下限线 15124九、筛板塔的工艺设计计算结果总表： 16232721、精馏段与提馏段的数据 16268442、筛板塔的数据 17十、主要接管尺寸的选取.....................171、进料管......................... 172、回流管.........................183、釜液出口管.......................184、塔顶蒸汽管.......................185、加热蒸气管.......................18十一、辅助设备的选取......................18

1、冷凝器.........................18

2、再沸器.........................18

4874第三章总结 19第一章绪论一、前言在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。本次设计就是针对水乙醇体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。由于此次设计时间紧张，本组水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望各位老师指出，以便订正。二、设计内容1.工艺条件与数据原料液量1500t/a，含乙醇40%（质量分数，下同），水60%；馏出液含乙醇94%，回收率99.9%；泡点进料；加料方式：贮槽加料泵高位槽精馏塔。乙醇-水物系平衡曲线按下式计算：y=αx/[1+(α-1)x]其中：α=0.8938x-1.0632x≥0.3α=1.1213(x+0.2)-1.5236x＜0.32.操作条件常压操作；回流液温度为塔顶蒸汽的露点，回流比自选；间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm²（绝对压力）；冷却水进口温度30℃，出口温度为45℃；设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。3.设计内容=1\*GB3①物料衡算、热量衡算；=2\*GB3②塔板数、塔径计算；=3\*GB3③溢流装置、塔盘设计；=4\*GB3④流体力学计算、负荷性能图。第二章课程设计报告内容一、物料衡算原料液的摩尔分数：塔顶摩尔分数：塔残液的摩尔分数故D=1.51×=2.097kmol/h故W=4.79×104kmol/h二、最小回流比的确定q=1(由图像可以得到取R=1.8=4.14L=8.682kmol/h三、操作线方程的确定精馏段方程：提留段方程：得：精馏段方程：y=0.805447x+0.167315提馏段方程：y=1.614538x-0.00016733)四、塔板数及塔高的计算由图可知理论塔板数为16.精馏段理论板为14块。由Dickamer法参考《化工单元过程课程设计》p92查《化工原理》在进料。则实际塔板数为块塔高五、塔径的计算镏出液的摩尔质量镏出液的密度按纯乙醇计算，乙醇的沸点为78.3℃从附录四查得乙醇在78.3℃时的密度为（《化工原理》P330）液相体积流量：汽相体积流量：计算汽相负荷因子，参考表6-8，选取板间距从下图查得从附表二十查得78.3℃时的表面张力σ=17.5mN/m计算塔径：最大允许空塔气速空塔气速塔径六、溢流装置相关数据的计算采用单溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。各项计算如下。1、堰长在塔板的液体出口处安装溢流堰，堰长一般约为塔径的0.6-0.8倍取m2、溢流堰高度由为堰上液高度，m；为板上液层高度，m选用平直堰，取板上清液层高度查在《塔设备》书47图3-4=3、降液管宽度和截面积由查表11-44《化工设备设计手册》书1038则,液体在降液管停留时间，即故降液管设计合理。4、降液管底隙高度式中为降液管出口处的流速，一般参考《板式精馏塔》书59。取（为保证良好的液封，应比出口堰高小6以上）。5、塔板布置边缘高度的确定取，参考《板式精馏塔》开孔的面积：筛孔筛孔的孔径，孔间距筛孔数（个）阀孔气速(阀孔动能因素，其经验值为9-12)塔板的开孔率 七、流体力学的计算1、塔板压降干板阻力，可计算如下:(查《化工单元操作过程设计》书114)液柱液层阻力，取充气系数液层表面张力的阻力气体通过每层板的液降高度单板压降符合设计要求。2、淹塔为了防止淹塔，要求，其中因为由相平衡图得应此取，板间距，有由此可见：；符合要求。3、雾沫夹带为按有效流通面积计算的气速。故雾沫夹带量泛点率泛点率4.求热负荷由和乙醇-水的t-x(y)图，得t=78.23℃（《化工原理》求C）八.塔板的负荷性能图1、雾沫夹带线按泛点率=0.8计算得2、液泛线由上式确定液泛线方程3、液相负荷上限线求出上限液体流量值以降液管内停留时间则4、漏液线由计算得则5、液相负荷下限线取堰上液层高度根据计算求出的下限值；，取九、筛板塔的工艺设计计算结果总表：1、精馏段与提馏段的数据1加料热状态q=12最小回流比Rmin2.33回流比R4.144理论板数Nt165实际板数Np386实际精馏板数337实际提馏板数48回收率99.9%9加料F208.3kg/h10加料浓度Xf0.20711塔顶出料D2.097kmol/h12塔顶浓度Xd0.86013塔底出料W4.79×104kmol/L14塔底浓度Xw0.00027232、筛板塔的数据1塔径D(m)0.412塔高H(m)9.53板间距Ht(m)0.254塔板型单流型5堰长lw(m)0.2876最大允许空塔气速(m/s)0.9337空塔气速U(m/s)0.65318堰高hw(m)0.040859降液管底隙高度ho(m)0.004810堰上液高度(m)0.0045111降液管宽度W(m)0.0586312截面积()0.011613安定区Ws(m)0.0514边缘区Wc(m)0.0315孔径do(m)0.00516 孔间距t(m)0.01517筛孔数(个)14818开孔率10.1%19开孔面积(m2)0.028920干板阻力(m液柱)0.004421液层阻力(m)0.022522液层表面张力阻力(m)0.0019323液降高度(m)0.0288324单板压降Δp(kpa)209.125(m/s)1.07×10-426(m)0.073827雾沫夹带量0.1328泛点率0.282十、主要接管尺寸的选取

1、进料管

有已知料液流率为208.3kg/h,取料液密度为965kg/m3,则料液体积流率为

取管内流速uf=0.5m/s,则进料管的直径

取进料管尺寸为φ13.5×2.25

2、回流管

由已知回流液流率为2.097kmol/h，取回流液密度为742.43kg/m3,取回流管尺寸为φ17.0×2.25

3、釜液出口管

由已知釜液流率为4.79×104kmol/h,取釜液密度为920kg/m3,则釜液体积流率取管内流速Uw=0.5m/s，则釜液出口管直径

取釜液出口管尺寸为φ17.0×2.25

4、塔顶蒸汽管

近似取精馏段体积流率为塔顶蒸汽体积流率VT，并取管内蒸汽流速uT=15m/s，则塔顶蒸汽管直径

取塔顶蒸气管尺寸为φ40×3.35

5、加热蒸气管

取加热蒸气管内蒸汽流速uT=0.6m3/s加热蒸气密度3.25kg/m3,流速取15m/s,则加热蒸气管径

取加热蒸气管尺寸为φ26.8×十一、辅助设备的选取

1、冷凝器

冷凝器选用单壳程的列管式换热器，冷凝剂选用冷水，冷水走管程，蒸汽走壳程，该冷凝器为全冷凝器，对全凝器作热量衡算并忽略热量损失，选定冷水的入口温度为t1=30℃,出口温度为t2=45℃,选定回流液在饱和温度下进入塔内，由于塔顶馏出液几乎为纯乙醇作焓按纯乙醇计算，则

所以QC=Vr=256.629×16399=4.3×106J

为冷水消耗量

2、再沸器

本设计分离乙醇-水体系，可以采用直接蒸汽加热，只需在精馏塔的底部通入水蒸气即可，不需要外加再沸器。第三章总结两个星期的化工毕业论文设计已经圆满结束。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合设计的能力。既让我懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我还需要大量的以前没有学到过的知识，查阅了大量的文献资料。在查阅资料的过程中，要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我查阅文献的能力有了很大的提高。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题，这就需要我不断的努力，不断的改正，不断地吸取教训，才能不断的进步，得到最终的设计成果。通过该论文的设计，使我全面系统的理解了筛板塔的一般原理和基本实现方法。把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的精馏塔的知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己设计的精馏塔表示出来，加深了对理论知识的理解。在整个设计中我懂得了坚持不懈的重要性，而且大大提高了我的思维的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计还有很多不尽人意之处，但是在设计过程中所经历的过程和培养到能力是这次论文设计的最大收获和财富，结果固然重要，但过程才是最让人受益匪浅的。在此感谢各位老师对我悉心的指导，感谢同学们给予参考文献《化工原理（第四版）》，化学工业出版社《化工设备机械基础课程设计指导书》，化学工业出版社《化工单元过程课程设计》，化学工业出版社《化工设备设计手册》，化学工业出版社《塔设备》，化学