化工原理課程設(shè)計(乙醇和水的分離)Word版

1、傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！化工原理課程設(shè)計課題名稱 乙醇-水分離過程篩板精餾塔設(shè)計 院 系 可再生能源學(xué)院 班 級 應(yīng)用化學(xué)0901班 學(xué) 號 1091100128 學(xué)生姓名 蔡 文 震 指導(dǎo)老師 覃 吳 設(shè)計周數(shù) 1 目錄一、化工原理課程設(shè)計任務(wù)書41.1設(shè)計題目41.2原始數(shù)據(jù)及條件：4二、塔板工藝設(shè)計42.1精餾塔全塔物料衡算42.2乙醇和水的物性參數(shù)計算52.2.1 溫度52.2.2 密度62.2.3相對揮發(fā)度92.2.4混合物的黏度92.2.5混合液體的表面張力92.3塔板的計算102.3.1 q、 精餾段、提留段方程計算102.3.2理論塔板計算122.

2、3.3實際塔板計算122.4操作壓力的計算13三、 塔體的工藝尺寸計算133.1塔徑的初步計算133.1.1氣液相體積流量計算133.1.2塔徑計算133.2塔體有效高度的計算153.3精餾塔的塔高計算163.4溢流裝置163.4.1堰長163.4.2溢流堰高度163.4.3弓形降液管寬度和截面積173.5塔板布置173.5.1塔板的分塊173.5.2邊緣區(qū)寬度的確定183.5.3開孔區(qū)面積計算183.5.4篩孔計算及其排列18四、 篩板的流體力學(xué)驗算194.1塔板壓降194.1.1干板阻力194.1.2氣體通過液層的阻力194.1.3液體表面張力的阻力（很小可以忽略不計）204.1.4氣體通

3、過每層板的壓降204.2液沫夾帶204.3漏液214.4液泛21五、 塔板負(fù)荷性能圖225.1漏液線225.2液沫夾帶線225.3液相負(fù)荷下限線245.4液相負(fù)荷上限線245.5液泛線245.6圖表匯總及負(fù)荷曲線圖26六、 主要工藝接管尺寸的計算和選取26七、課程設(shè)計總結(jié)27八、 參考文獻(xiàn)28一、化工原理課程設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計題目分離乙醇一水篩板精餾塔的設(shè)計1.2原始數(shù)據(jù)及條件：生產(chǎn)能力：年處理乙醇一水混合液2.6萬噸/年（約為87噸/天）。原料：來自原料罐，溫度20，乙醇含量為46%（質(zhì)量分率，下同）。分離要求：塔頂乙醇含量不低于95%。塔底乙醇含量不高于0. 05%。塔頂壓力P=105K

4、Pa。進(jìn)料狀態(tài)為冷進(jìn)料。塔釜為飽和蒸汽直接加熱。二、塔板工藝設(shè)計2.1精餾塔全塔物料衡算F：進(jìn)料量（Kmol/s） D：塔頂產(chǎn)品流量（Kmol/s） W：塔底殘液流量（Kmol/s） 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+W聯(lián)立求解：D =0.0153Kmol/s W =0.0387Kmol/s2.2乙醇和水的物性參數(shù)計算2.2.1 溫度常壓下乙醇-水氣液平衡組成與溫度的關(guān)系溫度T液相中乙醇的摩爾分率%氣相中乙醇的摩爾分率%1000.000.0095.50.01900.170089.00.07210.389186.70.09660.437585.30.12380.470

5、484.10.16610.508982.70.23770.544582.30.26080.558081.60.32730.582680.70.39650.612279.80.50790.656479.70.51980.659979.30.57320.684178.740.67630.738578.410.74720.781578.150.89430.8943 根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以求得 1. 2. 3. 4. 精餾段平均溫度：5. 提留段平均溫度：2.2.2 密度已知：混合液密度： 混合氣密度：塔頂溫度：氣相組成： 進(jìn)料溫度：氣相組成： 塔底溫度：氣相組成： （1） 精餾段液相組成：氣相組成：所以

6、(2) 提留段液相組成：氣相組成：所以 不同溫度下一寸與水的密度表溫度T，708090100110754.2742.3730.1717.4704.3977.8971.8965.3958.4951.6 所以 2.2.3相對揮發(fā)度 （1） 精餾段平均相對揮發(fā)度（2）提留段平均揮發(fā)度2.2.4混合物的黏度6 查手冊得 查手冊得 （1） 精餾段黏度：（2） 提留段黏度：2.2.5混合液體的表面張力查物理化學(xué)手冊可得水的表面張力的經(jīng)驗公式：所以可以求得，乙醇的查取表可以通過內(nèi)插法算得液體表面張力溫 度6080100乙醇19.2mN/m17.3mN/m15.5mN/m,塔頂表面張力：， ， ， （1） 精

7、餾段的平均表面張力：（2） 提餾段的平均表面張力：2.3塔板的計算2.3.1 q、 精餾段、提留段方程計算 泡點溫度82.46平均溫度：乙醇的摩爾熱容乙醇的摩爾汽化焓水的摩爾熱容水的汽化潛熱平均汽化熱對 不論q=1還是q=1.13 挾點均是切點。所以最小回流比一樣，在x=0.和x=1.0之間擬合平衡曲線乙醇水平衡數(shù)據(jù)液相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)液相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)0.00.00.250.5510.010.110.300.5750.020.1750.400.6140.040.2730.500.6570.060.340.600.6980.080.3920.700.7

8、550.100.430.800.820.140.4820.8940.8940.180.1530.950.9420.200.5251.01.0計算得根據(jù)工藝要求取1.8精餾段方程：提留段方程：2.3.2理論塔板計算根據(jù)吉利蘭關(guān)聯(lián)圖，已知對應(yīng) 取13塊板，精餾段7塊，提留段5塊（塔釜一塊）2.3.3實際塔板計算實際塔板數(shù)：全塔效率：2.4操作壓力的計算取每塊板的壓降為0.7KPa3、 塔體的工藝尺寸計算3.1塔徑的初步計算3.1.1氣液相體積流量計算（1） 精餾段：質(zhì)量流量： 體積流量： （2） 提留段：質(zhì)量流量： 體積流量： 3.1.2塔徑計算板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計算，即 式中 D 塔徑m；

9、Vs 塔內(nèi)氣體流量m3/s；u 空塔氣速m/s。由上式可見，計算塔徑的關(guān)鍵是計算空塔氣速u。設(shè)計中，空塔氣速u的計算方法是，先求得最大空塔氣速umax，然后根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，乘以一定的安全系數(shù)，即 最大空塔氣速umax可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為 式中 umax允許空塔氣速，m/s；V，L分別為氣相和液相的密度，kg/m3 ； C氣體負(fù)荷系數(shù)，m/s，對于浮閥塔和泡罩塔可用圖4-1確定；圖中的氣體負(fù)荷參數(shù)C20僅適用于液體的表面張力為0.02N/m，若液體的表面張力為6N/m，則其氣體負(fù)荷系數(shù)C可用下式求得： 所以，初步估算塔徑為： 其中，u適宜的空塔速度，m/s。由于精餾段、提餾段的汽液

10、流量不同，故兩段中的氣體速度和塔徑也可能不同。在初算塔徑中，精餾段的塔徑可按塔頂?shù)谝粔K板上物料的有關(guān)物理參數(shù)計算，提餾段的塔徑可按釜中物料的有關(guān)物理參數(shù)計算。也可分別按精餾段、提餾段的平均物理參數(shù)計算。圖中 HT塔板間距，m； hL板上液層高度，m；V ,L分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量，m3/s； V，L 分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3 取 查圖得m/s取安全系數(shù)0.7則空塔氣速D=0.84m取 查圖得取安全系數(shù)0.7則空塔氣速D=0.75m精餾段與提留段相差不大，根據(jù)JB-1153-73圓整塔徑取D=1m實際氣速：精餾段，提留段3.2塔體有效高度的計算3.3精餾塔的塔高計算實際塔板數(shù)：

11、選取每9層塔建立一個人孔，故人孔數(shù)為3個設(shè)人孔處的板間距;進(jìn)料段高度：取取塔底停留時間為5min3.4溢流裝置3.4.1堰長3.4.2溢流堰高度選用平直堰E近似取1計算得精餾段：提留段：3.4.3弓形降液管寬度和截面積因為 查弓形降液管參數(shù)圖得 故根據(jù)驗算降液管內(nèi)停留時間精餾段：提留段：故設(shè)計合理。3.4.4降液管底隙高度（1） 精餾段取降液管底隙的流速則（2） 提留段取降液管底隙的流速則3.5塔板布置3.5.1塔板的分塊因為故塔板采用分塊式。查塔板分塊相關(guān)資料塔徑14001400160016001800分塊數(shù)334故分3塊3.5.2邊緣區(qū)寬度的確定取 3.5.3開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按下式

12、計算，即其中 故3.5.4篩孔計算及其排列由于乙醇和水物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為 篩孔數(shù)目n為開孔率為氣體通過閥孔的速度精餾段：提留段：4、 篩板的流體力學(xué)驗算4.1塔板壓降4.1.1干板阻力由查圖故 精餾段： 提留段：4.1.2氣體通過液層的阻力精餾段： 查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖可知提留段： 查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖可知4.1.3液體表面張力的阻力（很小可以忽略不計）4.1.4氣體通過每層板的壓降精餾段： 提留段： 4.2液沫夾帶精餾段：提留段：故設(shè)計符合要求4.3漏液篩板塔動能因子810，取9精餾段：提留段：穩(wěn)定系數(shù)： 故本設(shè)計無明顯液漏4.4液泛乙醇水體系不

13、宜發(fā)泡，故安全系數(shù)取精餾段：提留段： 故本設(shè)計不會產(chǎn)生液泛。5、 塔板負(fù)荷性能圖5.1漏液線推出精餾段：提留段：精餾段0.00100.00080.00060.3870.3820.377提留段0.00100.00080.00060.4950.4880.4825.2液沫夾帶線已為限，求精餾段： 提留段： 精餾段0.00100.00080.00061.3901.4071.425提留段0.00100.00080.00061.6611.6801.705.3液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直液相的負(fù)荷下限線。5.4液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管

14、中停留的時間的下限，據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直液相的負(fù)荷上限線。5.5液泛線根據(jù)篩板流體力學(xué)驗算過程液泛部分的計算，可整理得帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得精餾段：提留段：精餾段0.00100.00080.00062.0032.0052.007提留段0.00100.00080.00062.5272.5412.5575.6圖表匯總及負(fù)荷曲線圖精餾段負(fù)荷線0.0010.00080.0006漏液線0.3870.3820.377液沫夾帶線1.3901.4071.425液相負(fù)荷下限線0.0003液相負(fù)荷上限線0.0046液泛線2.0032.0052.007提留段負(fù)荷線0.0010.00080.0006漏液線0.495

15、0.4880.482液沫夾帶線1.6611.6801.70液相負(fù)荷下限線0.0003液相負(fù)荷上限線0.0046液泛線2.5272.5412.5576、 主要工藝接管尺寸的計算和選取6.1 蒸汽出口管的管徑計算由于是常壓蒸餾，允許氣速：12.0020.00m/s，本次設(shè)計選取15m/s圓整直徑：6.2回流管的管徑計算冷凝器安裝在塔頂，一般流速為0.20.5故選取流速為0.4m/s圓整直徑：6.3進(jìn)料管的管徑：取精料速度為2.00m/s進(jìn)料體積流量：故圓整直徑：6.4釜底排出管的管徑計算取排出速度0.8m/s圓整直徑：七、課程設(shè)計總結(jié)短短一周的課程設(shè)計，任務(wù)很重，從查資料到計算，再到畫圖都是一個人

16、完成的，收獲很大，不僅復(fù)習(xí)以前所學(xué)的知識，還拓展了很多的新知識。將這次課程設(shè)計中自己遇到的問題以及解決的方法寫在這里。1. 遇到選型的問題。我做的是乙醇水的分離系統(tǒng)，當(dāng)時可以用篩板塔和浮閥塔，因為做課程設(shè)計是一種最優(yōu)方案的選取，所以為了選取最好的方案，我將兩個選型的大體計算全做了，通過對比發(fā)現(xiàn)浮閥塔單板的壓降會大于0.7KPa不符合我最初的設(shè)計，因此選擇了篩板塔。2. 乙醇-水體系冷進(jìn)料的q線計算，因為以前學(xué)習(xí)還是考試中遇到的問題基本都是飽和進(jìn)料，并且體系都是理想的，操作線和平衡線很好求，不用涉及利用摩爾焓和汽化潛熱的計算q的方法，并且本次設(shè)計使用捷算法計算理論板數(shù)，通過使用origin和matlab軟件畫圖和計算擬合平衡方程。3. 學(xué)習(xí)查詢各種手冊和設(shè)備設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。因為做設(shè)計，所以需要查詢很多物性參數(shù)，對于化工手冊的使用和讀取關(guān)聯(lián)圖的能力在本次設(shè)計中得到了鍛煉。4. 負(fù)荷性能的曲線，開始算了5條線的參數(shù)，畫圖后不負(fù)荷理論知識，后來經(jīng)過老師的幫助和查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)對于一些知識不能刻板的利用書本的知識，需要結(jié)合實際，例如在我的實驗中，液泛線的閥值很高，無法與液沫夾帶線相交，經(jīng)過核算計算部分沒錯，所