《化工原理课程设计》分离乙醇正丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计.docx

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1、化工原理课程设计报告设计题目分离乙醇-正丙醇二元物系浮阀式精t塔的设计学生姓名XX学号指导老师XX专业班级教师评语设计起止日期：化工原理课程设计任务书1设计题目：分离乙醇一正丙醇二元物系浮阀式精微塔的设计2 .原始数据及条件：进料：乙醇含量40%（质量分数，下同），其余为正丙醇分离要求：塔顶乙醇含量93%；塔底乙醇含量0.01%生产能力：年处理乙醇-正丙醇混合液25000吨，年开工7200小时操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强103atm（绝压）；泡点进料；R=53 .设计任务：（1）完成该精谯塔的各工艺设计，包括设备设计及辅助设备选型。（2）画出带控制点的工艺流程图、塔板版面布置图、精播塔设计

2、条件图。（3）写出该精储塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。目录第一章绪论4第二章塔板的工艺设计52.1精储塔全塔物料衡算52.2有关物性数据的计算52.3理论塔板数的计算122.4塔径的初步计算142.5溢流装置152.6塔板分布、浮阀数目与排列16第三章塔板的流体力学计算183.1、 气相通过浮阀塔板面S1183.2、 淹塔193.3、 雾沫灵带203.4、 塔板负荷注能面203.4.1物沫夹带线203.4.2液泛线21.3.4.3相负荷上限213.4.4漏液线223.4.5相负荷下根223.5浮阀塔工艺设计不及结集23第四章塔附件的设计254.1接管254.2筒体与封头274.3

3、除沫器274.4裙座274. 5人孔27第五章塔总体高度的设计285.1塔的顶部空间高度285. 2塔的顶部空间高度285. 3塔总体高度28第六章附属设备的计算285.1 冷凝器的选择286. 2再沸器的选择30主要符号说明32结论34参考文献错误!未定义书签。感想35第一章绪论精储的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等,本次课程

4、设计是浮阀塔。精储过程与其他蒸储过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精储过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精储实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。精福广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法。本次课程设计是分离乙醇一正丙醇二元物系。在此我选用连续精储浮阀塔。具有以下特点：(1)处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加2040%,而接近于筛板塔。(2)操作弹性大，一般约为59,比筛板、泡罩、舌形塔

5、板的操作弹性要大得多。(3)塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。(4)压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400660人%打(5)液面梯度小。(6)使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。(7)结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的6080%,为筛板塔的120130%o本次设计针对二元物系的精储问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精储设计过程。精储设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算一物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。通过对精福塔的运算，可以得出精储塔的各种设计如塔的工艺

6、流程、生产操作条件、物性参数及接管尺寸是合理的，以保证精储过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。本次设计结果为：理论板数为25块，塔效率为48.0%,精储段实际板数为17块，提偏段实际板数为33块，实际板数50块。进料位置为第19块板，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1.4米，设置了五个人孔，塔高28.425米，通过浮阀板的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。关键词：浮阀精储塔、物料衡算、流体力学检验第二章塔板的工艺设计XB原料组成Xd：塔顶组成Xw：塔底组成=51.63%2.1精储塔全塔物料衡算F:进料量(KmOIs)D:塔顶产品流量(KmOIs)W:塔底残液流量(KmO1s)4

7、5原料乙醇组成:XF=ZIU464555H466090塔顶组成:Xd=90-10=99.23%F46600.01塔底组成XW=O(Ho99=0.013%146602510001000(+)进料量:F=25千吨/年=担以一=0.0183Kmo1/s72003600物料衡算式:F=D+WFXf=DXd+WXw联立代入求解:D=0.0095Kmo1sW=0.0088Kmo1/s2.2精储段和提储段的工艺条件及有关物性数据的计算2.2.1 温度及平均相对挥发度a的计算因为乙醇-正丙醇可视为理想物系，故塔的平均相对挥发度的确定可运用安托因方程和拉乌尔定律，采用试差法，通过EXCeI计算出：Igpo=A(

8、2.1)t+Cx=ppb(2.2)Pa-Pb双组分理想溶液相对挥发的计算：a=H(2.3)OPB式中：p0一纯组分液体的饱和蒸汽压，kPa；t一温度，;A、CAntOine常数。由表查得;X一液相中易挥发组分的摩尔分数；p总、压,kPa；PPB溶液温度，时纯组分A、B的饱和蒸汽压，kPa；G一相对挥发度。因为本设计中为常压操作，所以总压：p=104.36kPa乙醇和正丙醇的Antoine常数：A、B、C查液体蒸汽压的安托因常数表得：乙醇：A=7.33827B=1652.05C=231.48正丙醇：a=6.74414B=1375.14C=193.0采用试差法，先在Exce1中设计好相应表格，表格

9、设计思路为：要计算某一组成下混合液的泡点温度以及相对挥发度，则在EXCe1中假定一t值，代入公式2.1中计算出Papbo,再将计算得到papb0值代入公式2.2中，计算出相应的X值，若计算得到的X值与所求的混合液组成X值相同，则假定的t值正确,同时可得到相应的值。计算结果见表2.1.Io表2.1.1塔顶产品、塔底产品、进料液的泡点温度以及相对挥发度塔顶产品塔底产品进料液XD=0.9923rD=79.17oCd=2.131Xw=0.00013XF=0.5163v=97.99Cf=86.59oCw=2.08224ap=2.0211(1)精偏段平均温度：为二丝生=7917+86.59=82&8。C2

10、2(2)提留段平均温度:F2=86.59+97.99=92.29。C222.2.2 密度已知:混合液密度：,=0+丝（。为质量分数）ptpAPB混合气密度：pv=TOPM22.4TPo塔顶温度：5=79.17Yd=8d%d1+仇一D%=99.64%进料温度：7=86.59C气相组成=T7塔底组成：儿=97,99%=68.97%气相组成%：加=3i+(-Dyw=0.026%(D精储段液相组成内：X=红产气相组成y：1=229923%+5163%5.43%1299.64%+68.97%o,O1O/%=84.31%所以M1i=460.7543+60(1-0.7543)=49.4398kg/kmo1M

11、vi=460.8431+60(1-0.8431)=48.1966kg/kmo1(2)提储段液相组成x,:11OO13%+51.63%=25.82%22气相组成y2:%=N工%=O2*6897%=34.50%所以M.2=460.2582+60x(1-0.2582)=56.385kg/kmo1Mv2=460.3450+60x(1-0.3450)=55.17kg/kmo1表2.2.2醇类密度表温度T,708090100110Pa，kgIm754.2742.3730.1717.4704.3Pb，kgmi759.6748.7737.5726.1714.2由不同温度下乙醇和丙醇的密度，内差法求tFtDtw

12、下的乙醇和丙醇的密度Zf=86.59pcF=734.26kg/n390-8090-86.59730.1-742.3730.90-8090-86.59pwF=741.32kg/nr,737.5-748.77375-P*-10.451-0.45pF=738.13kg/n3PF-734.26741.32G=79.17。80-7080-97.17PCD=743.29kgm3742.3-754.2742.3-%)80-7080-79.17PwD=749.60kg/n3748.7-759.6一748.7“10.991-0.99pD=743.35kg/mpD743.29749.60tw=97.99C100-

13、90_100-97.99pf,w=719.95n3717.4-730.1一717.4CW100-90100-97.99pwW=728.39kg/m3726.1-737.5726.1-ph.iv1_0.00011-0.0001pw=728.39kg/n5Pw-719.95728.39所以A1=PeF=738.13;743.35=74074口/小PwPf728.39+738.13_z/3p12=2=733.26g/mMw=xd46(1-xd)60M1d=0.992346(1-0.9923)60=46.11hno1M1f=xf46+(1-xf)60M1f=0.516346+(1-0.5163)60=52.77kg/hno1M/w=%46+(1-4)602.2.3 M1W=0.0001346+(1-0.00013)60=60.00kg/hno12.2.4 混合液体平均表面张力根据内差法求的表面张力表2.2.3醇类液体表面张力mN/m名称温度，6080100乙醇20.2518.2816.29正丙醇21.2719.4017.50塔顶液相平均表面张力的计算:=79.17。C180-6080-79.17DA=18.36mN/in18.28-20.2518.28-%80-60_80-79.176DB=19.48mN/m19.40-21.27一19.4(f