【正文】 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 1 《化工原理》 專業(yè)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目 甲 醇 水 二元 體系浮閥精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 班級(jí)、學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師姓名 課程設(shè)計(jì)時(shí)間 20 年 月 日 20 年 月 日 課程設(shè)計(jì)成績(jī) 設(shè)計(jì)說明書、計(jì)算書及設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量， 70% 獨(dú)立工作能力、綜合能力及設(shè)計(jì)過程表現(xiàn)， 30% 設(shè)計(jì)最終成績(jī)（五級(jí)分制） 指導(dǎo)教師簽字 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 2 化學(xué)化工學(xué)院 課程名稱： 化工原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 甲 醇 水 二元 體系篩板精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 專業(yè)：化學(xué)工程與工藝 班級(jí)學(xué)號(hào)： 化工 設(shè)計(jì)日期： 20201220 至 20201231 設(shè)計(jì)任務(wù)： 甲醇 水體系 設(shè)計(jì)條件： 1. 進(jìn)料量： F=320 kmol/h 2. 進(jìn)料組成： xf = （摩爾分率） 3. 進(jìn)料熱狀態(tài)： 冷夜進(jìn)料 tf=℃ 4. 常壓，塔釜間接蒸汽加熱 5. 塔頂冷凝水溫度 t=25℃， 6. 塔釜加熱蒸汽溫度 T=139℃ 設(shè)計(jì)要求： ?X D （摩爾分率） ?X （ 摩爾分率） 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 3 目錄 一 概述 ………………………………………………………… ... 二 工藝設(shè)計(jì) 1 總體設(shè)計(jì)方案 操作壓強(qiáng)的選擇 …………………………………………… 物料的進(jìn)料熱狀態(tài) ………………………………………… 回流比的確定 ……………………………………………… 塔釜的加熱方式 ……………………………………… …… 回流方式選定 ……………………………………………… 2 精餾的工藝流程圖 ……………………………………………… 3 精餾塔塔板數(shù)的確定 物料衡算 ……………………………………………………… ... 物系相平衡數(shù)據(jù) …………………………………………… … ... 回流比確定 …………………………………………………… .. 逐板法計(jì)算理論塔板數(shù) ……………………………………… .. 實(shí)際塔板數(shù)的確定 …………………………………………… ... 4 塔徑塔板工藝尺寸的 確定 各設(shè)計(jì)參數(shù) 操作壓力 ……………………………………………… …… 溫度 ……………………………………… ……………… ... 平均摩爾質(zhì)量 ……………………………………… ……… . 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 4 平均密度 ……………………………………… … ................ 液體表面張力 ……………………………………… ……… . 液體的粘度 …………………………………… … ………… 液負(fù)荷計(jì)算 塔徑塔板工藝尺寸確定 塔徑塔板的計(jì)算 ……………………………………… … . 塔徑的計(jì)算 ………………………………………… 溢 流裝置的確定 …………………………………… 安定區(qū)與邊緣區(qū)的確定 …………………………… 鼓泡區(qū)閥孔數(shù)的確定及排列 ……………………… 塔盤流體力學(xué)驗(yàn)算 塔板壓降 ……………………………………… …… 降液管停留時(shí)間 …………………………………… 霧沫夾帶 …………………………………………… 負(fù)荷性能圖 液相下限線 ………………………………………… 液相上限線 ………………………………………… 漏液線 ……………………………………………… 溢流液泛線 ………………………………………… 過量霧沫夾帶線 …………………………………… 性能負(fù)荷圖 ……………………… ………………… 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 5 浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 …………………………………… 5 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì) 塔頂全凝器的計(jì)算及選型 ………………………………… … . 塔底再沸器面積的計(jì)算及選型 ……………………………… . 其他輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 進(jìn)料管 ………………………………………………… … 回流管 …………………………………………………… 塔釜出料管 ……………………………………………… 再沸器蒸汽進(jìn)口管 ……………………………………… 冷凝水管 ……………………………………………… … 冷凝水泵 ………………………………………………… 進(jìn)料泵 …………………………………………………… . 預(yù)熱器 …………………………………………………… . 6 致謝 ……………………………………………………………… 7 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………… 三 附錄： 1精餾段塔板布置圖 ………………………………………………… 2提餾段塔板布置圖 ………………………………………………… 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 6 一． 概述： 塔設(shè)備一般分為級(jí)間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔。一般，與填料塔相比，板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，阻力降較大。在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。 浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)： 1．生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～ 40%，與篩板塔接近。 2．操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大 。 3．塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 4．氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 5．塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～ 80%，但是比篩板塔高 20%～ 30。 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 7 但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價(jià)昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型填料，高效率塔板的不斷被研制出來(lái)，浮閥塔的推廣并不是越來(lái)越廣。 二．工藝設(shè)計(jì) 1. 總體設(shè)計(jì)方案 操作壓強(qiáng)的選擇 精餾可以常壓，加壓或減壓條件下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì)，技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)考慮的。 對(duì)于沸點(diǎn)低，常壓下為氣態(tài)的物料必須在加壓條件下進(jìn)行操作。在相同條件下適當(dāng)提高操作壓力可以提高塔的處理能力，但是增加了塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對(duì)揮發(fā)度液會(huì)下降。 對(duì)于熱敏性和高沸點(diǎn)的物料常用減壓蒸餾。降低操作壓力，組分的相對(duì)揮發(fā)度增加，有利于分離。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低位的加熱劑。但 是降低壓力也導(dǎo)致了塔直徑的增加和塔頂冷凝溫度的降低，而且必須使用抽真空設(shè)備，增加了相應(yīng)的設(shè)備和操作費(fèi)用。 本次任務(wù)分離的是甲醇和水體系，綜合考慮各個(gè)因素，決定采用常壓（ 1atm）下進(jìn)行操作。 物料的進(jìn)料熱狀態(tài) 采用 冷液 進(jìn)料的方式，進(jìn)料溫度為 ℃ ,該溫度為南京市全年平均溫度 ，冷液進(jìn)料無(wú)需在進(jìn)料前進(jìn)行預(yù)熱，所以節(jié)省了操作費(fèi)用，簡(jiǎn)單方便。 回流比的確定 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 8 對(duì)于一定的分離任務(wù)，采用較大的回流比時(shí)，操作線的位置遠(yuǎn)離平衡線向下向?qū)蔷€靠攏，在平衡線和操作線之間的直角階梯的跨度增大 ,每層塔 板的分離效率提高了，所以增大回流比所需的理論塔板數(shù)減少，反之理論塔板數(shù)增加。但是隨著回流比的增加，塔釜加熱劑的消耗量和塔頂冷凝劑的消耗量液隨之增加，操作費(fèi)用增加，所以操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用總和最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的回流比為最佳回流比。本次設(shè)計(jì)任務(wù)中，綜合考慮各個(gè)因素，采用回流比為最小回流比的 倍。 塔釜的加熱方式 本次分離任務(wù)采設(shè)置再沸器，采用間接蒸汽加熱，以提供做夠的熱量。 回流方式選定 重力回流 2 精餾的工藝流程圖 甲醇 水精餾體系冷夜進(jìn)料 3 精餾塔塔板數(shù) 的確定 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 9 物料衡算 已知條件： F=320 kmol/h ?xf ?X D ?X W hk m olFxwx xwxDDF /74 ???????? hk mo lDFW /??? f???? F xD D? ()/()=(f)/() 該組成下的 泡點(diǎn) ?tf℃ 物系相平衡數(shù)據(jù) 1) 基本物性數(shù)據(jù) 組分 分子式 分子量 沸點(diǎn) 熔點(diǎn) 水 H2O 甲醇 CH3OH 2） 甲醇 水汽液平衡組成 常壓下甲醇和水的氣液平衡表 (t— x— y) t x y t x y 100 0 0 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 10 100 100 根據(jù)汽液平衡表 ,由內(nèi)插法求得 ()/()=( )/() 塔釜溫度 ?tW ℃ (10099)/()=( )/() 塔頂溫度 ?tD ℃ 進(jìn)料溫度 ?tf℃ ????? ttt DWm定性溫度 ℃ 3） 甲醇 水各溫度下的粘度 (內(nèi)插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度 tW 定性溫度 tm 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇 410?? 410?? 410? 410?? 水 410?? 410?? 310?? 410?? 浦化工 0910 19 號(hào) 楊福 11 4） 甲醇 水各溫度下的表面張力 (內(nèi)插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇 N/m 水 N/m 5） 甲醇 水在各溫度下的密度 (內(nèi)插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇3kgm 水3kgm 6）甲醇 水在各溫度下地比熱容（內(nèi)插法求得） 溫度℃ 塔釜溫度tW 進(jìn)料溫度tf 塔