【正文】 華 北科技 學(xué) 院 環(huán) 境工程系 《化工原理》課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題 目 分離乙醇 正丙醇二元物系浮閥式精餾塔的設(shè)計(jì) 學(xué) 生姓名 楊志榮 學(xué) 號(hào) 202101034216 指 導(dǎo) 老 師 孫春峰 專業(yè) 班 級(jí) 化工 B082 班 教師評(píng)語 設(shè)計(jì) 起止日期： 2021 年 6 月 13日 至 2021 年 6 月 26 日成 績 化工原理課程設(shè)計(jì) 2 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 ： 分離 乙醇 — 正丙醇二元物系浮閥式精餾塔的設(shè)計(jì) ： 進(jìn)料：乙醇含量 45%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），其余為正丙醇 分離要求：塔頂乙醇含量 99%；塔底乙醇含量 % 生產(chǎn)能力：年處理乙醇 正丙醇混合液 25000 噸，年開工 7200 小時(shí) 操作條件：間接蒸汽加熱；塔頂壓強(qiáng) (絕壓 )； 泡點(diǎn)進(jìn)料； R=5 ： （ 1） 完成該精餾塔的各工藝設(shè)計(jì)，包括設(shè)備設(shè)計(jì)及輔助設(shè)備選型。 （ 2） 畫出帶控制點(diǎn) 的工藝流程圖、塔板版面布置圖、精餾塔設(shè)計(jì)條件圖。 （ 3） 寫出該精餾塔的設(shè)計(jì)說明書，包括設(shè)計(jì)結(jié)果匯總和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。 化工原理課程設(shè)計(jì) 3 目錄 第一章 緒論 4 第二章 塔板的 工藝設(shè)計(jì) 5 精餾塔全塔物料衡算 5 有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 5 理論塔板數(shù)的計(jì)算 12 塔徑的初步計(jì)算 14 溢流裝置 15 塔板分布、浮閥數(shù)目與排列 16 第三章 塔板的流體力學(xué)計(jì)算 18 、氣相通過浮閥塔板的壓降 18 、淹塔 19 、霧沫夾帶 20 、塔板負(fù)荷性能圖 20 物沫夾帶線 20 液 泛線 21 相負(fù)荷上限 21 漏液線 22 相負(fù)荷下限 22 浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 23 第四章 塔附件的設(shè)計(jì) 25 接管 ............................................................................................................... 25 筒體與封頭 ................................................................................................... 27 除沫器 ........................................................................................................... 27 裙座 ............................................................................................................... 27 人孔 ............................................................................................................... 27 第五章 塔總體高度的設(shè)計(jì) ....................................................................................... 28 塔的頂部空間高度 ....................................................................................... 28 塔的頂部空間高度 ....................................................................................... 28 塔總體高度 ................................................................................................... 28 第六章 附屬設(shè)備的計(jì)算 ......................................................................................... 28 冷凝器的選擇 ............................................................................................... 28 再沸器的選擇 ............................................................................................... 30 主要符號(hào)說明 .............................................................................................................. 32 結(jié) 論 .............................................................................................................................. 34 參考文獻(xiàn) ....................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 感想 .............................................................................................................................. 35 化工原理課程設(shè)計(jì) 4 第一章 緒論 精餾 的基本原理是根據(jù)各液體在混合液中的揮發(fā)度不同，采用 多次部分汽化和多次部分冷凝的原理來實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高純度分離。在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于物系的分離、提純、制備等領(lǐng)域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板類型主要有泡罩塔板、浮閥塔板、篩板塔 板、舌形塔板、網(wǎng)孔塔板、垂直塔板等等 ,本次課程設(shè)計(jì)是浮閥塔。 精餾過程與其他蒸餾過程最大的區(qū)別，是在塔兩端同時(shí)提供純度較高的液相和氣相回流，為精餾過程提供了傳質(zhì)的必要條件。提供高純度的回流，使在相同理論板的條件下，為精餾實(shí)現(xiàn)高純度的分離時(shí)，始終能保證一定的傳質(zhì)推動(dòng)力。所以，只要理論板足夠多，回流足夠大時(shí)，在塔頂可能得到高純度的輕組分產(chǎn)品，而在塔底獲得高純度的重組分產(chǎn)品。 精餾廣泛應(yīng)用于石油 ,化工 ,輕工等工業(yè)生產(chǎn)中 ,是液體混合物分離中首選分離方法 。 本次課程設(shè)計(jì)是分離 乙醇 — 正丙醇 二元物系。在此 我選用連續(xù)精餾浮閥 塔。具有以下特點(diǎn)： (1) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 20～ 40％，而接近于篩板塔。 (2) 操作彈性大，一般約為 5～ 9，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。 (3) 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。 (4) 壓強(qiáng)小，在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為 400～ 660N/m2。 (5) 液面梯度小。 (6) 使用周期長。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。 (7) 結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費(fèi)為泡罩塔板的 60～ 80％ ,為篩板塔的 120～130％。 本次設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、計(jì)算、核算、繪圖，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過程。精餾設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)方案的選取，主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 ——物料衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算、輔助設(shè)備的選型、工藝流程圖的制作、主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。通過對(duì)精餾塔的運(yùn)算，可以得出精餾塔的各種設(shè)計(jì)如塔的工藝流程、生產(chǎn)操作條件、物性參數(shù)及接管尺寸是合理的，以保證精餾過程的順利進(jìn)行并使效率盡可能的提高。 本次設(shè)計(jì)結(jié)果為：理論板數(shù)為 25 塊，塔效率為 %，精餾段實(shí)際板數(shù)為17塊，提餾段實(shí)際板數(shù)為 33 塊，實(shí)際板數(shù) 50 塊。進(jìn)料位置為第 19塊板，在板式塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算中得出塔徑為 米，設(shè)置了 五 個(gè)人孔，塔高 米，通過浮閥板的流體力學(xué)驗(yàn)算，證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。 關(guān)鍵詞 ： 浮閥 精餾塔、物料衡算、流體力學(xué) 檢 驗(yàn) 化工原理課程設(shè)計(jì) 5 第二章 塔板的工藝設(shè)計(jì) 精餾塔全塔物料衡算 F:進(jìn)料量 (Kmol/s) XF:原料組成 D:塔頂產(chǎn)品流量 (Kmol/s) XD:塔頂組成 W:塔底殘液流量 (Kmol/s) XW:塔底組成 原料乙醇組成 : XF=605546454645? =% 塔頂組成 : XD=601046904690?=% 塔底組成 : XW=604646?=% 進(jìn)料量 : F=25 千噸 /年 = 3 6 0 07 2 0 0 )(1 0 0 01 0 0 025 ? ???? = Kmol/s 物料衡算式 :F=D+W F XF=D XD+W XW 聯(lián)立代入求解 :D= 精餾段和提餾段的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 溫度及 平均相對(duì)揮發(fā)度 α 的計(jì)算 因?yàn)橐掖?正丙醇可視為理想物系，故塔的平均相對(duì)揮發(fā)度的確定可運(yùn)用安托因方程和拉烏爾定律，采用試差法，通過 Excel 計(jì)算 出 : Ct BAp ????lg （ ） ???BABpp ppx ??? （ ） 雙組分理想溶液相對(duì)揮發(fā)的計(jì)算 [5]: ??