工070313(化工原理课程设计).docx

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1、南京工业大学化学化工学院化工原理课程设计设计题目常压甲醇一水筛板精储塔设计学生姓名陈献富班级、学号化工070313指导教师姓名刘晓勤、王晓东课程设计时间2010年6月14日2010年6月25日课程设计成绩百分制权重设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%独立工作能力、综合能力、设计过程表现、设计答辩及回答问题情况，30%设计最终成绩（五级分制）指导教师签字化学化工学院课程设计任务书课程名称化工原理课程设计设计题目常压甲醇一水筛板精储塔设计学生姓名陈献富专业化学工程与工艺班级学号IOoIo70313设计日期2010年6月14日至2009年6月25日设计条件及任务：设计体系：甲醇一水体系设计条件：

2、进料量：F=200kmo1/h进料浓度：不一05-（摩尔量分数）进料状态：q=1操作条件：塔顶压强为4kPa（表压），单板压降不大于0.7kPa。塔顶冷凝水采用深井水，温度t=12C;塔釜加热方式：间接蒸汽加热，采用3kgfcm2（表压）水蒸汽全塔效率：E=49%T分离要求：X=0.995（质量分数）；X=0.002（质量分数）；DW回流比：R/R=1.6in指导教师刘晓勤、王晓东2010年6月11日目录绪论11 .精微简介12 .塔设备简介13 .体系介绍24,设计要求2第一节概述31.1 精镭操求作对塔设备的要求31.2 板式塔类型31.2.1 筛板塔31.2 .2浮阀塔31.2.3泡罩塔

3、31.3 设计单元操作方案简介41.4 精僧塔的设计简介41.4.1筛板塔设计须知414.2筛板塔的设计程序4第二节设计方案的初步确定52.1 操作条件的确定52. 1.1操作压力53. 1.2进料状态54. 1.3加热方式55. 1.4冷却剂与出口温度56. 1.5回流比67. 1.6热能的利用62.2 确定设计方案的原则62.3 操作流程简图7第三节板式精僧塔的工艺参数计算83.1 物料衡算与操作线方程83.2 理论塔板数的计算与实际板数的确定103. 2.1理论板数的计算104. 2.1实际板数的确定113.3 操作压强的计算113.4 操作温度的计算113.5 塔内物料平均分子量、张力

4、、流量及密度的计算121. 5.1密度及流量122. 5.2液相表面张力的确定：133. 5.3液体平均粘度计算13第四节板式塔主要尺寸的设计计算144.1塔的有效高度和板间距的初选144. 1.1塔有效高度144.2塔径14第五节板式塔的结构165.1 塔的总体结构165.2 总塔高度165.2.1塔顶空间H165.2.2塔底空间.165.2.3整体塔高165.2.4人孔数165.3塔板结构165.3.1溢流装置165.3.2弓形降液管宽度W和面积A17df5.3.3降液管底隙高度h18O5.3.4塔板布置及筛孔数目与排列185.4. 筛板的力学检验191. 4.1塔板压降195. 4.2液

5、面落差206. 4.3液沫夹带207. 4.4漏液218. 4.5液泛215.5. 塔板负荷性能图215.5.1漏液线215.5.2液沫夹带线225.5.3液相负荷下限线235.5.4液相负荷上限线235.5.5液泛线235.5.6操作弹性24第六节设计结果汇总26第七节精储装置的附属设备287.1 管壳式换热器的设计与选型281 .1.1塔顶冷凝器（列管式换热器）287 .1.2进料预热器317.2 再沸器327.3 管件337.3.1塔釜残液出料管337.3.2塔顶回流液管337.3.4塔釜再沸器蒸汽进口管337.3.5塔顶蒸汽进冷凝器进口管347.3.6塔顶冷凝水管347.4 冷凝水泵的

6、选择347.5 除沫器357.6 裙座35附表361、常压下甲醇-水气液平衡组成与温度关系362、理论塔板数计算（MAT1AB程序）：363、进料、塔顶及塔釜温度一组成的插值计算（MAT1AB程序）374、史密斯关联图37参考文献及设计手册38设计感想39感谢40绪论1 .精微简介蒸馀是分离液体混合物的一种方法，是一种属于传质分离的单元操作。广泛应用于炼油、化工、轻工等领域。蒸储的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其挥发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。以本设计所选取的甲醇-水体系为例，加热甲醇（沸点64.5C）和水（沸点100.（TC）的混合物时，由于

7、甲醇的沸点较低（即挥发度较高），所以甲醇易从液相中汽化出来。若将汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇组成高于原料的产品，依此进行多次汽化及冷凝过程，即可将甲醇和水分离。经过多次部分汽化部分冷凝，最终在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分，这就是精储。在工业精锵设备中，使部分汽化的液相与部分冷凝的气相直接接触，以进行气液相际传质，结果是气相中的难挥发组分部分转入液相，液相中的易挥发组分部分转入气相，也即同时实现了液相的部分汽化和气相的部分冷凝。蒸馈按操作可分为简单蒸馈、平衡蒸储、精储、特殊精储等多种方式。按原料中所含组分数目可分为双组分蒸馈及多组分蒸馈。按操作压力则可分为常压蒸

8、储、加压蒸僧、减压（真空）蒸馀。此外，按操作是否连续蒸储和间歇蒸馀。工业中的蒸储多为多组分精储，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，特别是大规模的生产中精储的应用更为广泛。本设计着重讨论常压下甲醇-水双组分体系精储。2 .塔设备简介塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触件的结构型式，可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔内设置一定数量踏板，气体以鼓泡活喷射形式穿过板上液层进行质、热传递，气液相组成成阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内有定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流而上（也有并流向下者）与液相接触进行质、热传

9、递，气相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大；（2）传质、传热效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料消耗少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，因此，设计者应根据塔型特点、物系性质、生产工艺条件、操作方式、设备投资、操作与维修费用等技术经济评价以及设计经验等因素，依矛盾的主次，综合考虑，选择适宜的塔型。在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收，解吸，精馀，萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过紧密接触

10、达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。3 .体系介绍本设计的体系为甲醇-水体系。101325kPa下，甲醇一水体系汽液平衡数据如下:温度t（）液相组成X气相组成y温度t(-C)液相组成X气相组成y10000750.40.7960.020.1730.50.8940.040.2710.60.8910.060.3690.70.9890.080.4680.80.9880.10.4660.91840.150.56511820.20.66511780.30.75主：x、y分别为气液两相中甲醇的摩尔分数4 .设计要求设计条件：体系：甲醇-水体系已知：进料量F=200kmo1/h进料浓度Z=0.35（摩尔

11、分数）F态：q=1操作条件：塔顶压强为4kPa（表压），单板压降不大于07kPa。塔顶冷凝水采用深井水，温度t=12C;塔釜加热方式：间接蒸汽加热全塔效率E=49%T分离要求：X=0995（质量分数）；X=0.002（质量分数）；R/R=1.6。第一节概述1.1 精储操求作对塔设备的要求工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大；（2）传质、传热效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料消耗少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。1.2 板式塔类型塔设备大致可以分为两类，一类是有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛

12、板、舌形、S形、多降液管塔板等；另一类是无降液管塔板，如传流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业上应用较多的是有降液管的浮阀、筛板和泡罩塔板等。1.2.1 筛板塔筛板塔板简称筛板，结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板（孔径为38mm）和大孔径筛板（孔径为1025n）两类。工业应用小以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离粘度大、易结焦的物系）。筛板的优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%,板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另

13、外筛板塔结构简单，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。但其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。值得说明的是，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降。然而近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补了上述不足，故应用日趋广泛。综合考虑利弊，对于甲醇-水体系，本设计选用筛板塔。1.2.2 浮阀塔浮阀广泛应用于精储、吸收和解析等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动懂得浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可以根据气流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀的主要优点是生产能

14、力大，操作弹性大，分离效率高，塔板结构较泡罩塔简单。1.2.3 泡罩塔泡罩塔是最早使用的板式塔，其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多，国内用较多的是圆形泡罩。泡罩的主要优点是操作弹性较大，液气比范围大，适用于多种介质，操作稳定可靠；但其结构复杂、造价高、安装维修不方便，气相压降较大。现虽己为新型塔板取代，但鉴于其某些优点，仍有使用。1.3 设计单元操作方案简介蒸储过程按操作方式的不同，分为连续蒸储和间歇蒸馈两种流程。连续蒸储具有生产能力大，产品质量稳定等优点，工业生产中以连续蒸锵为主。间歇蒸馈具有操作灵活、适应性强等优点，但适合于小规模、多品种或多组分物系的初步分离。故分离苯-甲苯混合物体系应采用连续精僧过程。蒸储是通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却剂中的冷却介质将余热带走。塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器-全凝器两种不同的设置。工业上以采用全凝器为主，以便准确控制回流比。本设计中采用全凝器。1.4 精储塔的设计简介1.4.1 筛板塔设计须知(1)筛板塔设计是在有关工艺计算已完成的基础上进行的。对于气、液恒摩