设计专项方案说明指导书封皮及格式

中原工学院材料和化工学院化工原理课程设计说明书设计名称：年产3000吨酒精浮法塔式精馏塔设计班级：应用化学112班

组别：第六大组组员：范大兵指导老师：王红芳

日期：年12月28日设计任务书一、设计题目3000吨酒精连续填料精馏塔设计二、设计任务及操作条件1、设计任务：生产能力<塔顶产品）3000吨／年操作周期300天／年进料组成35<质量分数，下同）塔顶产品组成≥94％塔底产品组成≤0.1％2、操作条件操作压力常压<塔顶）进料热状态35℃3、设备型式自选4、厂址郑州地区三、设计内容：(1>精馏塔物料衡算；(2>塔板数确实定；(3>精馏塔工艺条件及相关物件数据计算；(4>精馏塔塔体工艺尺寸计算；(5>塔板关键工艺尺寸计算；(6>塔板流体力学验算；(7>塔板负荷性能图；(8>精馏塔接管尺寸计算；(9>绘制生产工艺步骤图；(10>绘制精馏塔设计条件图；(11>对设计过程评述和相关问题讨论。四、参考资料陈英南，刘玉兰.常见化工单元设备设计.上海：华东理工大学出版社，黄璐，王保国.化工设计.北京：化学工业出版社，贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计<化工传输和单元操作课程设计）.天津：天津大学出版社，陈敏恒，丛德兹等.化工原理(上、下册>(第二版>.北京：化学工业出版社，柴诚敬，刘国维，李阿娜.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，1995石油化学工业计划设计院.塔工艺计算.北京：石油化学工业出版社，1997化工设备技术全书编辑委员会.化工设备全书—塔设备设计.上海：上海科学技术出版社，1988时钧，汪家鼎等.化学工程手册，.北京：化学工业出版社，1986上海医药设计院.化工工艺设计手册(上、下>.北京：化学工业出版社，1986大连理工大学化工原理教研室.化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社，1994目录TOC\o"1-4"\h\z\u三、课程设计数据总结8四、课程设计评价和认识882.9五、参考资料9六、附录图9一、概述乙醇~水是工业上最常见溶剂，也是很关键化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小液体混合物。因其良好理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，因为燃料价格上涨，乙醇燃料越来越有替换传统燃料趋势，且已在郑州、济南等地公交、出租车行业内被采取。山东业已推出了推广燃料乙醇法规。长久以来，乙醇多以蒸馏法生产，不过因为乙醇~水体系有共沸现象，一般精馏对于得到高纯度乙醇来说产量不好。不过因为常见多为其水溶液，所以，研究和改善乙醇`水体系精馏设备是很关键。塔设备是最常采取精馏装置，不管是填料塔还是板式塔全部在化工生产过程中得到了广泛应用，在此我们作板式塔设计以熟悉单元操作设备设计步骤和应注意事项是很必需。1.设计依据本设计依据于教科书设计实例，对所提出题目进行分析并做出理论计算。1.技术起源现在，精馏塔设计方法以严格计算为主，也有部分简化模型，不过严格计算法对于连续精馏塔是最常采取，我们此次所做计算也采取严格计算法。1.设计任务及要求原料：乙醇~水溶液，年产量3000吨乙醇含量：35%(质量分数>，原料液温度：45℃设计要求：塔顶乙醇含量大于94%(质量分数>塔底乙醇含量小于0.1%(质量分数>表1乙醇~水溶液体系平衡数据液相中乙醇含量(摩尔分数>汽相中乙醇含量(摩尔分数>液相中乙醇含量(摩尔分数>汽相中乙醇含量(摩尔分数>0.00.00.400.6140.0040.0530.450.6350.010.110.500.6570.020.1750.550.6780.040.2730.600.6980.060.340.650.7250.080.3920.700.7550.100.430.750.7850.140.4820.800.820.180.5130.850.8550.200.5250.8940.8940.250.5510.900.8980.300.5750.950.9420.350.5951.01.0二：计算过程1.塔型选择依据生产任务，若按年工作日300天，天天开动设备二十四小时计算，产品流量为417kg/h，因为产品粘度较小，流量较大，为降低造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差影响，提升生产效率，选择浮阀塔。2.操作条件确实定2.1操作压力因为乙醇~水体系对温度依靠性不强，常压下为液态，为降低塔操作费用，操作压力选为常压其中塔顶压力为塔底压力2.2进料状态即使进料方法有多个，不过饱和液体进料时进料温度不受季节、气温改变和前段工序波动影响，塔操作比较轻易控制；另外，饱和液体进料时精馏段和提馏段塔径相同，不管是设计计算还是实际加工制造这么精馏塔全部比较轻易，为此，此次设计中采取饱和液体进料2.3加热方法精馏塔设计中多在塔底加一个再沸器以采取间接蒸汽加热以确保塔内有足够热量供给；因为乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水比热较大，故可采取直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个鼓泡管，于是可省去一个再沸器，而且能够利用压力较底蒸汽进行加热，不管是设备费用还是操作费用全部能够降低。2.4热能利用精馏过程原理是数次部分冷凝和数次部分汽化。所以热效率较低，通常进入再沸器能量只有5%左右能够被有效利用。即使塔顶蒸汽冷凝能够放出大量热量，不过因为其位能较低，不可能直接用作为塔底热源。为此，我们拟采取塔釜残液对原料液进行加热。3.相关工艺计算因为精馏过程计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中质量分数转化为摩尔分数。已知进料口、塔顶、塔釜质量分数分别是45％、94％和0.1％。原料液摩尔组成：同理可求得：原料液平均摩尔质量：同理可求得：在45℃下，原料液中由此可查得原料液，塔顶和塔底混合物沸点，以上计算结果见表2。表2原料液、馏出液和釜残液流量和温度名称原料液馏出液釜残液35940.1(摩尔分数>0.17400.85980.0004摩尔质量22.87242.0718.0沸点温度/℃83.8378.6299.383.1最小回流比及操作回流比确实定因为是泡点进料，，过点做直线交平衡线于点，由点可读得，所以：可取操作回流比：，故R取3.0 3.2塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量计算以年工作日为300天，天天开车二十四小时计，进料量为：由全塔物料衡算方程可写出：(蒸汽>(泡点>3.3全凝器冷凝介质消耗量塔顶全凝器热负荷：能够查得，所以平均温度下比热，于是冷凝水用量可求：3.4热能利用以釜残液对预热原料液，则将原料加热至泡点所需热量可记为：其中在进出预热器平均温度和情况下能够查得比热，所以，釜残液放出热量若将釜残液温度降至那么平均温度其比热为，所以，可知，，于是理论上能够用釜残液加热原料液至泡点。3.5理论塔板层数确实定精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：线方程：由精馏段和提馏段操作线方程，用逐板计算法能够求出X1=0.5976Y1=0.8598X6=0.03385Y6=0.1264X2=0.3228Y2=0.6632X7=0.0172Y7=0.0669X3=0.1693Y3=0.4571X8=0.008348Y8=0.0336X4=0.1099Y4=0.3378X9=0.003896Y9=0.0159X5=0.06361Y5=0.2191X10=0.001704Y10=0.006994X11=0.0006327Y11=0.002608X12=0.0001127Y12=0.0004654块(含塔釜>其中，精馏段3块，提馏段9块。3.6全塔效率估算用奥康奈尔法(>对全塔效率进行估算：由相平衡方程式可得依据乙醇~水体系相平衡数据能够查得：(塔顶第一块板>(加料板>(塔釜>所以能够求得：全塔相对平均挥发度：全塔平均温度：在温度下查得因为所以，全塔液体平均粘度：全塔效率：3.7实际塔板数块(含塔釜>其中，精馏段塔板数为：块4.精馏塔专题尺寸计算4.1精馏段和提馏段体积流量4.1.1精馏段整理精馏段已知数据列于表3(见下页>，由表中数据可知：液相平均摩尔质量：液相平均温度：表3精馏段已知数据位置进料板塔顶(第一块板>质量分数摩尔分数摩尔质量/温度/℃83.8378.62在平均温度下查得液相平均密度为：其中，平均质量分数所以，精馏段液相负荷：同理可计算出精馏段汽相负荷。精馏段负荷列于表4。表4精馏段汽液相负荷名称汽相液相平均摩尔质量/32.4733.59平均密度/799.661.251体积流量/0.447(0.000124>3804(1.056>4.1.2提馏段整理提馏段已知数据列于表5，采取和精馏段相同计算方法能够得到提馏段负荷，结果列于表6。表5提馏段已知数据位置塔釜进料板质量分数摩尔分数摩尔质量/温度/℃99.3883.83表6提馏段汽液相负荷名称液相汽相平均摩尔质量/20.48625.25平均密度/874.110.816体积流量/0.2583(0.00007174>4132(1.15>4.2塔径计算因为精馏段和提馏段上升蒸汽量相差不大，为便于制造，我们取两段塔径相等。有以上计算结果能够知道：汽塔平均蒸汽流量：汽塔平均液相流量：汽塔汽相平均密度：汽塔液相平均密度：塔径能够由下面公式给出：因为适宜空塔气速，所以，需先计算出最大许可气速。取塔板间距，板上液层高度，那么分离空间：功效参数：从史密斯关联图查得：，因为，需先求平均表面张力：全塔平均温度，在此温度下，乙醇平均摩尔分数为所以，液体临界温度：设计要求条件下乙醇~水溶液表面张力平均塔温下乙醇~水溶液表面张力能够由下面式子计算：所以：依据塔径系列尺寸圆整为此时，精馏段上升蒸汽速度为：提馏段上升蒸汽速度为：4.3塔高计算塔高度能够由下式计算：已知实际塔板数为块，板间距因为料液较清洁，无需常常清洗，可取每隔9块板设一个人孔，则人孔数目为：取人孔两板之间间距，则塔顶空间，塔底空间，进料板空间高度，那么，全塔高度：5.塔板结构尺寸确实定5.1塔板尺寸因为塔径大于800mm，所以采取单溢流型分块式塔板。取无效边缘区宽度，破沫区宽度，查得弓形溢流管宽度弓形降液管面积验算：液体在精馏段降液管内停留时间液体在精馏段降液管内停留时间5.2弓形降液管5.2.1堰高采取平直堰，堰高取，则5.2.2降液管底隙高度h0若取精馏段取，提馏段取为，那么液体经过降液管底隙时流速为精馏段：提馏段：通常经验数值为5.2.3进口堰高和受液盘本设计不设置进口堰高和受液盘5.3浮阀数目及排列采取F1型重阀，重量为33g，孔径为39mm。5.3.1浮阀数目浮阀数目气体经过阀孔时速度取动能因数，那么，所以个=21个5.3.2排列因为采取分块式塔板，故采取等腰三角形叉排。若同一横排阀孔中心距，那么相邻两排间阀孔中心距为：5.3.3校核气体经过阀孔时实际速度：实际动能因数：(在9~12之间>开孔率：开孔率在10%~15%之间，满足要求。6.流体力学验算6.1气体经过浮阀塔板压力降(单板压降>气体经过浮阀塔板压力降(单板压降>6.1.1干板阻力浮阀由部分全开转为全部全开时临界速度为：因为所以6.1.2板上充气液层阻力取板上液层充气程度因数，那么：6.1.3由表面张力引发阻力由表面张力造成阻力通常来说全部比较小，所以通常情况下能够忽略，所以：6.2漏液验算动能因数，对应气相最小负荷为：其中所以可见不会产生过量漏液。6.3液泛验算溢流管内清液层高度其中，所以，为预防液泛，通常，取校正系数，则有：可见，，即不会产生液泛。6.4雾沫夹带验算泛点率=查得物性系数，泛点负荷系数所以，泛点率=可见，雾沫夹带在许可范围之内7.操作性能负荷图7.1雾沫夹带上限线取泛点率为80%代入泛点率计算式，有：整理可得雾沫夹带上限方程为：7.2液泛线液泛线方程为其中，代入上式化简后可得：7.3液体负荷上限线取，那么7.4漏液线取动能因数，以限定气体最小负荷：7.5液相负荷下限线替换入计算式：整理可得：7.6操作性能负荷图由以上各线方程式，可画出图塔操作性能负荷图。依据生产任务要