.../化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一一、設(shè)計(jì)題目：乙醇精餾塔二、設(shè)計(jì)任務(wù)及條件〔1、進(jìn)料含乙醇38.2%,其余為水〔均為質(zhì)量分率,下同〔2、產(chǎn)品乙醇含量不低于93.1%；〔3、釜?dú)堃褐幸掖己坎桓哂?.01%；〔4、生產(chǎn)能力5000T/Y乙醇產(chǎn)品,年開(kāi)工7200小時(shí)〔5、操作條件：①間接蒸汽加熱；②塔頂壓強(qiáng)：1.03atm〔絕對(duì)壓強(qiáng)③進(jìn)料熱狀況：泡點(diǎn)進(jìn)料；④回流比：R=5

⑤單板壓降：75mm液柱三、設(shè)計(jì)內(nèi)容〔1、流程的確定與說(shuō)明；〔2、塔板和塔徑計(jì)算；〔3、塔盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：i.浮閥塔盤(pán)工藝尺寸及布置簡(jiǎn)圖；ii.流體力學(xué)驗(yàn)算；iii.塔板負(fù)荷性能圖?！?、其它：i.加熱蒸汽消耗量；ii.冷凝器的傳熱面積及冷卻水的消耗量四、設(shè)計(jì)成果〔1設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；〔2A4設(shè)計(jì)圖紙包括：流程圖、精餾塔工藝條件圖。化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)<6><一>設(shè)計(jì)題目乙醇-水連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)<二>設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1>進(jìn)精餾塔的料液含乙醇25%〔質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同,其余為水；

2>產(chǎn)品的乙醇含量不得低于94%；

3>殘液中乙醇含量不得高于0.1%；

4>生產(chǎn)能力為日產(chǎn)〔24小時(shí)噸94%的乙醇產(chǎn)品；

5>操作條件

a>塔頂壓力4kPa〔表壓

b>進(jìn)料熱狀態(tài)自選

c>回流比自選

d>加熱蒸氣壓力0.5MPa〔表壓

e>單板壓降≤0.7kPa。<三>塔板類(lèi)型浮閥塔。<四>廠址廠址為XX地區(qū)。<五>設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容

1>精餾塔的物料衡算；

2>塔板數(shù)的確定；

3>精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算；

4>精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算；

5>塔板主要工藝尺寸的計(jì)算；

6>塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算；

7>塔板負(fù)荷性能圖；

8>精餾塔接管尺寸計(jì)算；

9>對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。2、設(shè)計(jì)圖紙要求：

1>繪制生產(chǎn)工藝流程圖〔A2號(hào)圖紙；

2>繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖〔A2號(hào)圖紙。3.4浮閥精餾塔設(shè)計(jì)實(shí)例3.4.1化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1設(shè)計(jì)題目：分離乙醇-水混合液的浮閥精餾塔設(shè)計(jì)2原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理乙醇-水混合液14.0萬(wàn)噸〔開(kāi)工率300天/年原料：乙醇含量為20%〔質(zhì)量百分比,下同的常溫液體分離要求：塔頂乙醇含量不低于95%

塔底乙醇含量不高于0.2%

建廠地址：XXXX3.4.2塔板的工藝設(shè)計(jì)1精餾塔全塔物料衡算F：原料液流量〔kmol/sxF：原料組成〔摩爾分?jǐn)?shù),下同D：塔頂產(chǎn)品流量〔kmol/sxD：塔頂組成W：塔底殘液流量〔kmol/sxW：塔底組成原料乙醇組成：塔頂組成：塔底組成：進(jìn)料量：物料衡算式：F=D+WFxF=DxD+WxW

聯(lián)立代入求解：D=0.0264kmol/s,W=0.2371kmol/s

2常壓下乙醇-水氣液平衡組成〔摩爾與溫度關(guān)系在示例中對(duì)表格、圖和公式未編號(hào),在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中要求嚴(yán)格編號(hào)。表3-11乙醇-水氣液平衡組成〔摩爾與溫度關(guān)系溫度/℃液相氣相溫度/℃液相氣相溫度/℃液相氣相1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.2138.9181.532.7359.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.739.6561.2278.1589.4389.4385.312.3847.0479.850.7965.64

84.116.6150.8979.751.9865.99

〔1溫度利用表中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得tF、tD、tW

①tF：tF=87.41℃②tD：tD=78.17℃③tW：tW=99.82℃④精餾段平均溫度：⑤提餾段平均溫度：〔2密度已知：混合液密度：混合氣密度：①精餾段：液相組成x1：x1=22.94%

氣相組成y1：y1=54.22%

所以②提餾段液相組成x2：x2=3.44%

氣相組成y2：y2=23.37%

所以表3-12不同溫度下乙醇和水的密度溫度/℃ρ乙ρ水溫度/℃ρ乙ρ水80735971.895720961.8585730968.6100716958.490724965.3

求得在與下的乙醇和水的密度,,,同理：,,在精餾段：液相密度：氣相密度：在提餾段：液相密度：氣相密度：〔3混合液體表面張力二元有機(jī)物-水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算公式：注：,,,,,,式中下角標(biāo),w,o,s分別代表水、有機(jī)物及表面部分,xw、xo指主體部分的分子數(shù),Vw、Vo主體部分的分子體積,δw、δo為純水、有機(jī)物的表面張力,對(duì)乙醇q=2。①精餾段表3-13不同溫度下的表面張力溫度/℃708090100乙醇表面張力/10-2N/m21817.1516.215.2水表面張力/10-2N/m264.362.660.758.8乙醇表面張力：水表面張力：因?yàn)?所以聯(lián)立方程組,代入求得：,,提餾段,乙醇表面張力：解得：水表面張力：解得：因?yàn)?所以聯(lián)立方程組,代入求得：,〔4混合物的粘度,查表得：,,查表得：,精餾段粘度：提餾段粘度：〔5相對(duì)揮發(fā)度①精餾段揮發(fā)度：由,得,所以②提餾段揮發(fā)度：由,得,〔6氣液相體積流量計(jì)算根據(jù)x-y圖得：?、倬s段：已知：,,則有質(zhì)量流量：體積流量：②提餾段：因本設(shè)計(jì)為飽和液體進(jìn)料,所以已知：,,則有質(zhì)量流量：體積流量：3理論塔板的計(jì)算理論板：指離開(kāi)這種板的氣液兩相互成平衡,而且塔板上液相組成均勻。理論板的計(jì)算方法：可采用逐板計(jì)算法,圖解法,在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用圖解法。根據(jù)1.01325×105Pa下,乙醇—水的氣液平衡組成關(guān)系可繪出平衡曲線(xiàn),即x-y曲線(xiàn)圖,泡點(diǎn)進(jìn)料,所以q=1,即q為一直線(xiàn),本平衡具有下凹部分,操作線(xiàn)尚未落到平衡線(xiàn)前,已與平衡線(xiàn)相切,如圖〔圖略：xq=0.0891,yq=0.3025,所以,操作回流比已知：精餾段操作線(xiàn)方程：提餾段操作線(xiàn)方程：在圖上作操作線(xiàn),由點(diǎn)〔0.8814,0.8814起在平衡線(xiàn)與操作線(xiàn)間畫(huà)階梯,過(guò)精餾段操作線(xiàn)與q線(xiàn)交點(diǎn),直到階梯與平衡線(xiàn)交點(diǎn)小于0.00078為止,由此得到理論板NT=26塊〔包括再沸器加料板為第24塊理論板。板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān),它反映了實(shí)際塔板上傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行的程度。板效率可用奧康奈爾公式計(jì)算。注：α——塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度μL——塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度mPa·s

〔1精餾段已知：,所以：,故塊〔2提餾段已知：,所以：,故塊全塔所需實(shí)際塔板數(shù)：全塔效率：加料板位置在第53塊塔板。4塔徑的初步設(shè)計(jì)

<1>精餾段由,,式中C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出：橫坐標(biāo)數(shù)值：取板間距：,,則查圖可知,橫截面積：,空塔氣速：

<2>提餾段橫坐標(biāo)數(shù)值：取板間距：,,則查圖可知,圓整：,橫截面積：,空塔氣速：5溢流裝置

<1>堰長(zhǎng)取出口堰高：本設(shè)計(jì)采用平直堰,堰上液高度按下式計(jì)算近似取①精餾段②提餾段〔2弓形降液管的寬度和橫截面查圖得：驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間：精餾段：提餾段：停留時(shí)間。故降液管可使用。

<3>降液管底隙高度①精餾段取降液管底隙的流速,則②提餾段取,,取因?yàn)椴恍∮?0mm,故滿(mǎn)足要求。6塔板布置及浮閥數(shù)目與排列〔1塔板分布本設(shè)計(jì)塔徑,采用分塊式塔板,以便通過(guò)人孔裝拆塔板?！?浮閥數(shù)目與排列①精餾段取閥孔動(dòng)能因子,則孔速每層塔板上浮閥數(shù)目為：取邊緣區(qū)寬度,破沫區(qū)寬度計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積,即：其中所以浮閥排列方式采用等腰三角形叉排,取同一個(gè)橫排的孔心距則排間距：考慮到塔的直徑較大,必須采用分塊式塔板,而各分塊的支撐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81mm,而應(yīng)小些,故取,按,,以等腰三角形叉排方式作圖,排得閥數(shù)288個(gè)。按重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大,仍在9~13范圍內(nèi)塔板開(kāi)孔率②提餾段取閥孔動(dòng)能因子,則每層塔板上浮閥數(shù)目為：按,估算排間距,取,排得閥數(shù)為244塊按塊重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大,仍在9~13范圍內(nèi)塔板開(kāi)孔率浮閥數(shù)排列方式如圖所示〔圖略3.4.3塔板的流體力學(xué)計(jì)算1氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降可根據(jù)計(jì)算

<1>精餾段①干板阻力：因,故：②板上充氣液層阻力?、垡后w表面張力所造成的阻力此阻力很小,可忽略不計(jì),因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)母叨葹?/p>

<2>提餾段①干板阻力：因,故：②板上充氣液層阻力?、垡后w表面張力所造成的阻力此阻力很小,可忽略不計(jì),因此與單板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?淹塔為了防止發(fā)生淹塔現(xiàn)象,要求控制降液管中清液高度〔1精餾段①單層氣體通過(guò)塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨娶谝后w通過(guò)液體降液管的壓頭損失③板上液層高度取,已選定則可見(jiàn)所以符合防止淹塔的要求?！?提餾段①單板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨娶谝后w通過(guò)液體降液管的壓頭損失③板上液層高度取,則可見(jiàn)所以符合防止淹塔的要求。3物沫夾帶〔1精餾段板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度：板上液流面積：查物性系數(shù),泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖對(duì)于大塔,為了避免過(guò)量物沫夾帶,應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過(guò)80%,由以上計(jì)算可知,物沫夾帶能夠滿(mǎn)足的要求?！?提餾段取物性系數(shù),泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖由計(jì)算可知,符合要求。4塔板負(fù)荷性能圖〔1物沫夾帶線(xiàn)據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線(xiàn),按泛點(diǎn)率80%計(jì)算：①精餾段整理得：由上式知物沫夾帶線(xiàn)為直線(xiàn),則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值算出②提餾段整理得：表3-14精餾段Ls<m3/s>0.0020.01Vs<m3/s>4.794.39提餾段L′s<m3/s>0.0020.01V′s<m3/s>5.835.33〔2液泛線(xiàn)由此確定液泛線(xiàn),忽略式中而①精餾段整理得：②提餾段整理得：在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)值,算出相應(yīng)得值：表3-15精餾段Ls1<m3/s>0.0010.0030.0040.007Vs1<m3/s>7.156.866.936.23提餾段Ls2<m3/s>0.0010.0030.0040.007Vs2<m3/s>8.077.837.727.42〔3液相負(fù)荷上限液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時(shí)間不低于3~5s

液體降液管內(nèi)停留時(shí)間以作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限,則〔4漏液線(xiàn)對(duì)于F1型重閥,依作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn),則①精餾段②提餾段〔5液相負(fù)荷下限取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件作出液相負(fù)荷下限線(xiàn),該線(xiàn)為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線(xiàn)。取,則由以上1~5作出塔板負(fù)荷性能圖〔圖略由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：①在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)p〔設(shè)計(jì)點(diǎn)處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置；②塔板的氣相負(fù)荷上限完全由物沫夾帶控制,操作下限由漏液控制；③按固定的液氣比,由圖可查出塔板的氣相負(fù)荷上限,氣相負(fù)荷下限。所以：；表3-16浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)備注精餾段提餾段塔徑Dm1.81.8

板間距HTm0.450.45

塔板類(lèi)型

單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速u(mài)m/s1.541.58

堰長(zhǎng)lwm1.171.17

堰高h(yuǎn)wm0.05730.0470

板上液層高度

m0.070.07

降液管底隙高h(yuǎn)0m0.020.05

浮閥數(shù)N

288244等腰三角形叉排閥孔氣速u(mài)0m/s11.2411.34同一橫排孔心距浮閥動(dòng)能因子F0

12.1112.47相鄰橫排中心距離臨界閥孔氣速u(mài)0cm/s9.7811.72

孔心距tm0.0750.075

排間距t′m0.0650.08

單板壓降ΔpPPa683.91703.77

液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間θs30.1611.30

降液管內(nèi)清液層高度Hdm0.150.1525

泛點(diǎn)率

%66.3060.44

氣相負(fù)荷上限<Vs>maxm3/s4.901.67物沫夾帶控制氣相負(fù)荷下限<Vs>minm3/s4.801.71漏液控制操作彈性

2.932.81

3.4.4塔附件設(shè)計(jì)1接管

<1>進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多,有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。管徑計(jì)算如下：取查標(biāo)準(zhǔn)系列選取

<2>回流管采用直管回流管,取查表取

<3>塔釜出料管取,直管出料,查表取

<4>塔頂蒸氣出料管直管出氣,取出口氣速查表取

<5>塔釜進(jìn)氣管采用直管,取氣速查表取

<6>法蘭由于常壓操作,所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭,平焊法蘭,由不同的公稱(chēng)直徑,選用相應(yīng)法蘭。①進(jìn)料管接管法蘭：Pg6Dg70HG5010-58

②回流管接管法蘭：Pg6Dg50HG5010-58

③塔釜出料管法蘭：Pg6Dg80HG5010-58

④塔頂蒸氣管法蘭：Pg6Dg500HG5010-58

⑤塔釜蒸氣進(jìn)氣法蘭：Pg6Dg500HG5010-58

2筒體與封頭〔1筒體壁厚選6mm,所用材質(zhì)為A3

〔2封頭封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種,本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭,由公稱(chēng)直徑,查得曲面高度,直邊高度,內(nèi)表面積,容積。選用封頭Dg1800×6,JB1154-73

3除沫器當(dāng)空塔氣速較大,塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重,以及工藝過(guò)程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下,設(shè)置除沫器,以減少液體夾帶損失,確保氣體純度,保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器,其具有比表面積大、重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)氣速選?。撼髦睆剑哼x取不銹鋼除沫器：類(lèi)型：標(biāo)準(zhǔn)型,規(guī)格：40-100,材料：不銹鋼絲〔1Gr18Ni9,絲網(wǎng)尺寸：圓絲4裙座塔底采用裙座支撐,裙座的結(jié)構(gòu)性能好,連接處產(chǎn)生的局部阻力小,所以它是塔設(shè)備的主要支座形式,為了制作方便,一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑>800mm,故裙座壁厚取16mm。基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：基礎(chǔ)環(huán)外徑：圓整：,；基礎(chǔ)環(huán)厚度,考慮到腐蝕余量取18mm；考慮到再沸器,裙座高度取3m,地角螺栓直徑取m30

5吊柱對(duì)于較高的室內(nèi)無(wú)框架的整體塔,在塔頂設(shè)置吊柱,對(duì)于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件,即經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)設(shè)施,一般取15m以上的塔物設(shè)吊柱,本設(shè)計(jì)中塔高度大,因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑,可選用吊柱500kg。,,。材料為A3。6人孔人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道,人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板,由于設(shè)置人孔處塔間距離大,且人孔設(shè)備過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求,一般每隔10~20塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔,本塔中共58塊板,需設(shè)置5個(gè)人孔,每個(gè)孔直徑為450mm,在設(shè)置人孔處,板間距為600mm,裙座上應(yīng)開(kāi)2個(gè)人孔,直徑為450mm,人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平,其邊緣需倒棱和磨圓,人孔法蘭的密封面形及墊片用材,一般與塔的接管法蘭相同,本設(shè)計(jì)也是如此。3.4.5塔總體高度的設(shè)計(jì)1塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P(pán)到塔頂封頭的直線(xiàn)距離,取除沫器到第一塊板的距離為600mm,塔頂部空間高度為1200mm。2塔的底部空間高度塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤(pán)到塔底下封頭切線(xiàn)的距離,釜液停留時(shí)間取5min。3塔體高度3.4.6附屬設(shè)備設(shè)計(jì)1冷凝器的選擇有機(jī)物蒸氣冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為本設(shè)計(jì)取出料液溫度：78.173℃〔飽和氣78.173℃〔飽和液冷卻水溫度：20℃35℃逆流操作：傳熱面積：設(shè)備型號(hào)：G500I—16—40

2再沸器的選擇選用120℃飽和水蒸氣加熱,傳熱系數(shù)取料液溫度：99.815℃100℃,熱流體溫度：120℃120℃逆流操作：換熱面積：設(shè)備型號(hào)：G·CH800—6—70表3-17不同設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)結(jié)果比較

F〔萬(wàn)噸RqxDxFxWNT塔徑/m塔高/mF不同502.59193%20%0.3%152.230252.59193%20%0.3%192.226.55222.59193%20%0.3%192.026.06202.59193%20%0.3%152.025.35152.59