【正文】 吉林化工學(xué)院 化工原理 課 程 設(shè) 計 題目 乙醇 丙醇連續(xù)篩板式精餾塔的設(shè)計 教 學(xué) 院 化工與材料工程學(xué)院 專業(yè)班級 應(yīng)用化學(xué) 1002班 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 10250213 指導(dǎo)教師 計 海峰 老師 2020 年 6 月 15日 吉林化工學(xué)院化 工原理課程設(shè)計 化工原理課程設(shè)計任務(wù)書 一 設(shè)計題目 ： 乙醇 丙醇連續(xù)篩板式精餾塔的設(shè)計 二 任務(wù)要求 設(shè)計一連續(xù)篩板精餾塔以分離苯和甲苯（乙醇 — 丙醇）， 具體工藝參數(shù)如下： 原料 加料量 F＝ 100kmol/h 進(jìn)料組成 xF＝ 餾出液組成 xD＝ 釜液組成 xw＝ 塔頂壓力 p＝ 100kpa 單板壓降 ≤ kPa 2 工藝操作條件：常壓精餾，塔頂全凝器，塔底間接加熱，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流。 三 主要設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計方案的選擇及流程說明 工藝計算 主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計 （ 1）塔徑及精餾和提餾段塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定 （ 2）塔板的流體力學(xué)校核 （ 3）塔板的負(fù)荷性能圖 （ 4）總塔高 設(shè)計結(jié)果匯總 工藝流程圖及精餾塔工藝條件圖 吉林化工學(xué)院化 工原理課程設(shè)計 摘 要 精餾是一種最常用的分離方法，它根據(jù)多次部分冷凝、多次部分汽化的原理，以塔底的汽相回流、塔頂?shù)囊合嗷亓鳛榛A(chǔ)來實現(xiàn)連續(xù)的高純度分離。本設(shè)計采用篩板式精餾塔，進(jìn)行苯 —甲苯二元物系的分離，此設(shè)計針對二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、計算、核算、繪圖，從而達(dá)到二元物系分離的目的。精餾操作 在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此，掌握汽液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對選擇、設(shè)計和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。 通過對精餾塔的工藝設(shè)計計算可知：實際塔板數(shù)為 21 塊 (包括再沸器 )，第塊板 13 進(jìn)料，塔徑為 ，塔的實際高度為 。根據(jù)所選參數(shù)在進(jìn)行校核可知：精餾段：液體在降液管停留時間為 ，操作彈性為 。提餾段：液體在降液管停留時間為 ，操作彈性為 。這些值都符合實際要求，故所選的設(shè)計參數(shù)是合理。 關(guān)鍵字：精餾、 物料衡算、塔板負(fù)荷性能圖、熱量衡算。 吉林化工學(xué)院化 工原理課程設(shè)計 目錄 任務(wù)書 ……………………………………………… … ………… ………… ……… 2 摘 要 . ………………………………………… … ……………… ………… …… 3 第一章 前言 …………………………………… … …………………… ………… 6 精餾原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用 ……………………………………………… 6 精餾操作對塔設(shè)備的要求 …………………………… …………………… …… 6 . 常用板式塔類型及本設(shè)計的選型 ………………………………… ……………… 6 ． 本設(shè)計所選塔的特性 . ……………………………………………………… 6 第二章 流程的確定和說明 …… … …………………………… ………… ……… 7 設(shè)計思路 ………………………………………………………… ………… … 7 精餾方式的選定 ………… … ……………………………………………… … 7 操作壓力的選取 ………… … ……………………………………………… … 7 加料狀態(tài)的選擇 …………… … ………………………………………… …… 7 加熱方式 .………………… … ……………………………………… ……… 7 回流比的選擇 ………………… … …………………………………… ……… 7 塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質(zhì)的選擇 …… … ……………………………… 7 流程說明圖 ………………………… … ……………………………… ………… 8 第三章 精餾塔的設(shè)計計算 …………… … ……………………………………… … 8 物料衡算 ……………………………………… ………………… ………… … 8 原料液 塔頂、塔底 摩爾質(zhì)量 …………………… …………………… ……… … 9 溫度計算 ………………………………………………………… ………… … 9 原料液塔頂、塔底的氣液相組成及 平均摩爾質(zhì)量 ……………………………… 9 密度計算 ………………………………………………………… …………… 10 表面張力計算 ………………………………………………………… ……… 13 ………………………………………………………… ……… … 14 . 相對揮發(fā)度的求取 ………………………………………………………… … 15 塔板數(shù)的確定 ………………………………………………………… ……… 16 回流比的確定 ………………………………………………………… ……… 16 汽液負(fù)荷計算 ……………………………………………………… … … …… 16 理論塔層數(shù) NT的 求取 ………………………………………………………… 17 實際板數(shù)的求取 ………………………………………………………… …… 17 . 精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計 計算 ……… ……………………………………… 19 氣液相體積流量記算 ………………………………………………………… … 19 塔徑計算與選擇 …… ………………………………………………… ……… 19 吉林化工學(xué)院化 工原理課程設(shè)計 溢流裝置的計算 ………………………………………………………… …… 20 塔板 布置 ………………………………………………………… ………… 22 篩孔計算及 其開孔率 ………………………………………………………… 22 塔總 體高度計算 ………………………………………………………… …… 22 篩板的流體力學(xué)計算 ……… ……………………………………………… … 23 氣體通過篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?…………………………………………… 23 氣體通過每層 塔的 壓降 ……………… …………………………… ………… 24 液沫夾帶量的驗算 ………………………………………………………… … 24 漏液的鹽驗算 ………………………………………………………… ……… 24 液泛的驗算 ……………… ………………………………………… ………… 25 塔板 負(fù)荷性能圖 ……… ……………………………………………… ……… 25 液沫夾帶線 ………………………………………………………… ………… 25 液 泛 線 ………………………………………………………… ………… … 26 液體負(fù)荷 上限線 ………………………………………………………… …… 28 液相負(fù)荷 下限線 ………………………………………………………… …… 28 漏液線 …………………………………… …………………… ………… … … 29 塔的接管 …………… ………… ………………………………… ………… …… 30 進(jìn)料管 ………………………………………………………… ………… …… 30 回流管 ………………………………………………………… ………… …… 31 塔底 出料罐 ………………………………………………………… ………… 31 第四章 精餾塔熱量衡算 ……………………… … …………………… ………… 31 精餾塔熱量衡算 ………………………………………………………… …… … 31 熱量衡算示意圖 ……………………………………………………… ………… 31 加熱劑 的選擇 ………………………………………………………… ………… 31 冷卻劑的選擇 ………………………………………………………… ………… 31 比熱容及汽化潛熱的 計算 …………………………………………… … ……… 31 塔頂、塔底及進(jìn)料口比熱容及汽化潛熱的計算 ……………… … ………… ……… 31 熱量 衡算 ……………………… ……… ………………… … ………… ……… 31 參考文獻(xiàn) …………………………… … …………………………… ………… ……… 34 附錄 （ A） ………………………………………………………… ………… …… 35 附錄 （ B） … ………………………………………………………… ………… … 36 附錄 （ C） … ………………………………………………………… ………… … 38 結(jié)束語 ………………………………………………………… ………… ……… … 39 化工原理課程設(shè)計教師評分表 …………………………………………………… 40 吉林化工學(xué)院化 工原理課程設(shè)計 第一章 前言 ．精餾原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量劑驅(qū)動下（有時加質(zhì)量劑），使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)原料混合物中各組分的分離。該過程是同時進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)的過程。 為實現(xiàn)精餾過程，必須為該過程提供物流的貯存、輸送、 傳熱、分離、控制等的設(shè)備、儀表。由這些設(shè)備、儀表等構(gòu)成精餾過程的生產(chǎn)系統(tǒng)，即本次所設(shè)計的精餾裝置。 塔板為主要構(gòu)件，分為錯流式塔板和逆流式塔板兩類，工業(yè)應(yīng)用錯流式塔板為主，常用的錯流式塔板主要有：（ 1）泡罩塔板（ 2）篩孔塔板（ 3）浮閥塔板。本設(shè)計采用篩孔塔板。 ．本設(shè)計所選塔的特性 篩孔塔板簡稱篩板，其結(jié)構(gòu)簡單，歷史悠久，至今仍是應(yīng)用最為廣泛的一種傳質(zhì)分離設(shè)備。近百年來，對篩板的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能的研究已取得很大進(jìn)展，因而篩板的設(shè)計法已漸趨成熟。至今 ，許多新型塔板都采用篩板的水力學(xué)模型作為研究基礎(chǔ)和工程設(shè)計參照模型。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前歐美許多國家工業(yè)應(yīng)用的板式塔中， 60％以上的內(nèi)件都是篩板式及其改進(jìn)型，國內(nèi)在運(yùn)行的板式塔中篩板型也占很大比例。單溢流液體流過整個塔面塔板上返混少，塔板效率較高，結(jié)構(gòu)也最簡單。但單溢流不能承受大液量，也不適用于大塔徑。在工業(yè)生產(chǎn)中采用多降液管。最早出現(xiàn)的是 MD篩板，四十多年來， MD篩板已在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛推廣應(yīng)用，近二十年來，多降液管篩板的型式又出現(xiàn)了很多種，如我國浙江工業(yè)大學(xué)開發(fā)的 DJ 塔板系列。 篩板雖然結(jié)構(gòu)簡單 ，但氣液兩相流動的規(guī)律仍有一些未被認(rèn)識清楚。在工程設(shè)計中還要依賴于實驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和經(jīng)驗判別。本次課程設(shè)計主要介紹篩板的結(jié)構(gòu)、性能和工程界已公認(rèn)的設(shè)計方法。從總體上看，篩板塔的液相流動是呈逆流的，氣體從下而上，液體從上而下。對于常規(guī)帶有降液管的篩板，篩板上的氣液流動則是呈錯流型的，即液體水平流過篩板板面，氣體從下而上穿過塔板。液體通過降液管從一層篩板流入下一層篩板。氣體穿過塔板上的篩孔鼓入液層，形成泡沫層，進(jìn)行氣液傳質(zhì)，然后離開泡沫層，上升到上一層篩板。 吉林化工學(xué)院化 工原理課程設(shè)計