年產(chǎn)兩萬噸乙醇水精餾塔化工原理畢業(yè)設計說明書畢業(yè)論文(已修改)
2025-08-18 09:45 本頁面
【正文】 成績 西北大學化工學院化工原理課程設計說明書設計名稱： 年產(chǎn)兩萬噸乙醇水精餾塔 年級專業(yè)： 2013級化學工程與工藝 姓 名： 指導老師： 2016年 1月 15日 目錄1 概述 1 設計題目及要求 1 設計題目 1 設計任務 1 設計參數(shù) 1 精餾過程簡介 12 工藝設計部分 2 全塔物料衡算 2 乙醇水的氣液平衡數(shù)據(jù) 3 確定Rmin及工業(yè)生產(chǎn)常用R的選擇 4 板效率、塔板數(shù)的計算和進料位置與狀態(tài)的選擇 4 理論塔板數(shù)NT的求取 4 全塔效率ET 6 實際塔板數(shù)Np 6 加料位置與狀態(tài)的選擇 7 物性參數(shù)計算 7 定性壓力pm 7 定性溫度tm 7 平均分子質(zhì)量Mm 8 平均密度ρm 9 液體的平均表面張力 10 液體的平均粘度μL,m 11 汽液負荷計算 11 精餾段氣液負荷計算 11 提餾段汽液負荷計算 12 塔及塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)的計算 12 塔徑的設計計算 12 塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設計與計算 14 校核計算 17 精餾段校核計算 17 提餾段校核計算 19 塔板負荷性能圖的計算與繪制 21 精餾段塔板負荷性能圖 21 提餾段塔板負荷性能圖 233 設備設計及輔助設計部分 25 塔體結(jié)構(gòu)的初步設計 25 筒體和封頭厚度計算 25 橢圓封頭的選型 26 換熱器的計算與設計選型 26 預熱器 26 再沸器 28 冷凝器 29 冷卻器 30 管道計算及規(guī)格選擇 31 管道設計步驟 31 算例 31 管道設計結(jié)果匯總表 34 泵的計算及設計選型 35 原料泵 35 冷卻水泵 36 儲罐的計算與選型 36 原料儲罐 36 產(chǎn)品儲罐 37 熱水儲罐 374 設計數(shù)據(jù)總匯表 38 物性參數(shù)數(shù)據(jù) 38 工藝設計數(shù)據(jù) 385 認識與體會 406 參考文獻 41 1 概述 設計題目及要求 設計題目年產(chǎn)兩萬噸乙醇水連續(xù)精餾塔（篩板塔） 設計任務由設定值濃度xF的酒精水二元均相混合物作原料，根據(jù)所需要的年產(chǎn)量D、塔頂產(chǎn)品濃度xD、塔釜濃度xD等參數(shù)設計出酒精連續(xù)精餾塔。 設計參數(shù)生產(chǎn)任務：年產(chǎn)量D=20000Ty加熱蒸汽壓力：（表壓）冷卻器進口水溫度：20℃冷凝器出口水溫：50℃原料濃度：xF=25%（質(zhì)量分率）塔頂產(chǎn)品濃度：xD=%（質(zhì)量分率）塔釜濃度：xW＜1%（質(zhì)量分率） 精餾過程簡介圖1為連續(xù)精餾塔。乙醇水混合液自塔的中部某適當位置連續(xù)地加入塔內(nèi)，塔頂設有冷凝器將塔頂蒸汽冷凝為液體。冷凝液的一部分回入塔頂，稱為回流液，其余作為塔頂產(chǎn)品（餾出液）排出。在塔內(nèi)上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液體之間進行著逆流接觸和物質(zhì)傳遞。塔底部裝有再沸器以加熱液體產(chǎn)生蒸汽，蒸汽沿塔上升，與下降的液體逆流接觸并進行物質(zhì)傳遞，塔底連續(xù)排除部分液體作為塔底產(chǎn)品。在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重組分向液相傳遞，而回流液中的輕組分向氣相傳遞。如此物質(zhì)交換的結(jié)果，使上升蒸汽中輕組分的濃度逐漸升高。只要有足夠的相際接觸表面和足夠的液體回流量，到達塔頂?shù)恼羝麑⒊蔀楦呒兌鹊妮p組分。塔的上半部完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的重組分，因而稱為精餾段。圖 Error! Main Document 在塔的加料位置以下，下降液體（包括回流液和加料液中的液體）中的輕組分向氣相傳遞，上升蒸汽中的重組分向液相傳遞。這樣，只要兩相接觸面和上升蒸汽量足夠，到達塔底的液體中所含的輕組分可降至很低，從而獲得高純度的重組分。塔的下半部完成了下降液體中重組分的提濃即提出了輕組分，因而稱為提餾段。一個完整的精餾塔應包括精餾段和提餾段，再這樣的塔內(nèi)可將一個雙組分混合物連續(xù)地、高純度地分離為輕、重兩組分。精餾與蒸餾的區(qū)別在于“回流”，包括塔頂?shù)囊合嗷亓髋c塔釜部分汽化造成的氣相回流，回流是構(gòu)成氣、液兩相接觸傳質(zhì)的必要條件，沒有氣液兩相的接觸也就無從進行物質(zhì)交換。另一方面，組分揮發(fā)度的差異造成了有利的相平衡條件（y x）。這使上升蒸汽在與自身冷凝回流液之間的接觸過程中，重組分向液相傳遞，輕組分向氣相傳遞。相平衡條件y x使必需的回流液的數(shù)量小于塔頂冷凝液的的總量，即只需要部分回流，而無需全部回流。唯有如此，才能從塔頂抽出部分凝液作為產(chǎn)品。因此，精餾過程的基礎是組分揮發(fā)度的差異。2 工藝設計部分 全塔物料衡算F=D+WFxF=DxD+WxW質(zhì)量分率化為摩爾分率，得xD=，xW=，xF=D=20000Ty==（按一年330個工作日計算）DF=xWxFxWxD==WF=1DF==F=247。==W=== 乙醇水的氣液平衡數(shù)據(jù)圖 2 乙醇—水相平衡曲線圖t/℃x圖 3 乙醇水等壓相圖（p=1atm） 確定Rmin及工業(yè)生產(chǎn)常用R的選擇根據(jù)圖 1，得Rmin時精餾段操作線斜率為k=RminRmin+1=最小回流比Rmin=回流比R=（~）Rmin取回流比R=，則R==3 板效率、塔板數(shù)的計算和進料位置與狀態(tài)的選擇 理論塔板數(shù)NT的求取精餾段操作線方程：yn+1=RR+1xn+xDR+1即yn+1=33+1xn++1化簡，得yn+1=+提餾段操作線方程：yn+1=RD+FR+1Dxn+FD(R+1)DxWyn+1=3++1++1化簡，得yn+1=根據(jù)氣液相平衡數(shù)據(jù)及精餾段、提餾段操作線方程，利用MATLAB編程計算理論板數(shù)，得圖 4。圖 4 圖解法計算理論板數(shù)∴NT1=15,NT2=3即理論板數(shù)NT=18(含塔釜) 全塔效率ET采用O39。connell法，根據(jù)ET=可得：μA=,μB=μL=μAxF+μB(1xF)塔頂相對揮發(fā)度：αD=pAxApBxBD=yAxAyBxBD=yAxA(1yA)(1xA)D塔頂溫度： tD=℃塔底相對揮發(fā)度：αW=pAxApBxBW=yAxAyBxBW=yAxA1yA1xAW塔底溫度： tW=℃代入數(shù)值，結(jié)合相平衡曲線計算得αD=，αW=相對揮發(fā)度α=αDαW=全塔效率ET=% 實際塔板數(shù)Np以塔釜作為一塊理論板，根據(jù)ET=NTNP精餾段塔板數(shù)NP1=NT1ET=32塊提餾段塔板數(shù)NP2=
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