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化工原理课程设计.doc

化工原理课程设计

猪头蒜蒜
2011-01-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《化工原理课程设计doc》,可适用于工程科技领域

南阳理工学院南阳理工学院化工原理课程设计任务书专业:班级:姓名:设计日期:年月日至年月日设计题目:常压二元精馏筛板塔设计设计条件:水乙醇体系进料F=kmolhq=Xf=压力:p顶=KPa单板压降≤KPa采用电加热塔顶冷凝水采用℃深井水要求:Xd=Xw=选定RRmin=指导教师:年月日前言在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、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精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔后者的代表则为填料塔在各种塔型中当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上但由于对筛板的流体力学研究很少被认为操作不易掌握没有被广泛采用。五十年代来由于工业生产实践对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点:生产能力大于板效率提高产量左右而压降可降低左右另外筛板塔结构简单消耗金属少塔板的造价可减少左右安装容易也便于清理检修。本次设计就是针对水乙醇体系而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。由于此次设计时间紧张本人水平有限难免有遗漏谬误之处恳切希望各位老师指出以便订正。目录一、总体设计计算气液平衡数据物料衡算操作线及塔板计算全塔Et和Np的计算二、混合参数计算混合参数计算塔径计算塔板详细计算校核负荷性能图三、筛板塔数据汇总全塔数据精馏段和提馏段的数据四、讨论与优化讨论优化五、辅助设备选型全凝器泵一、总体设计计算汽液平衡数据(mmHg)乙醇(mol)温度液相X气相Y℃物料衡算已知:进料:F=kmolhq=Xf=压力:p顶=KPa单板压降≤KPa采用电加热塔顶冷凝水采用℃深井水要求:Xd=Xw=选定:RRmin=D=(XfXw)(XdXw)×F=()()×=kmolhW=FD==kmolh查yx图得Xd(Rmin)=∴Rmin=∴R=Rmin=∵饱和蒸汽进料∴q=L=RD=×=kmolhV=(R)D=()×=kmolhL'=LqF=×=kmolhV'=V(q)F=()×=kmolh操作线及塔板计算精馏段操作线:Y=R×X(R)Xd(R)∴Y=X提馏段操作线:Y=(L'V')×X(WV')×Xw∴Y=X理论塔板的计算利用计算机制图取得理论板数Nt=块,其中精馏段塔板Nt=块,第块为加料板,提馏段Nt=块。全塔Et和Np的计算精馏段:t=(t顶t进)=()=℃Xa=Xb=Xa=Ya=Yb=Ya=查得液体粘度共线图μa=cp,μb=cpαμL=YaXbμLXaYb=查得:Et=(αμL)=Np=NtEt=提馏段:t=(t底t进)=()=Xa=Xb=Xa=Ya=Yb=Ya=查得液体粘度共线图μa=cp,μb=cpμL=ΣXiμi=××=αμL=YaXbμLXaYb=查得:Et=(αμL)=Np=NtEt=∴Np=NpNp==圆整为块其中精馏段块提馏段块。二混合参数计算混合参数计算溶质CHOH分子量:Ma=kgkmol溶剂HO分子量:Mb=kgkmolρa=gmlρb=gml()精馏段:进料板液体温度:t进=℃塔顶温度:t顶=℃tm=()=℃Xm=Ym=μa=cpμb=cpMl=Xm×Ma(Xm)Mb=×()×=kgkmolMg=Ym×Ma(Ym)Mb=×()×=kgkmol质量分率:Wa=XmMaMl=×=Wb=Wa==ρl=WaρaWbρb=ρl=kgmP=Paρv=PMgRT=×(×())∴ρv=kgm()提馏段:t进=℃t底=℃tm=℃Xm=Ym=Ml=Xm×Ma(Xm)Mb=×()×=kgkmolMg=Ym×Ma(Ym)Mb=×()×=kgkmol质量分率:Wa=XmMaMl=×=Wb=Wa==ρl=WaρaWbρb=ρl=kgmP=Paρv=PMgRT=×(×())∴ρv=kgmσa=dyncm,σb=dyncmσ=ΣXσ=×()×=dyncm塔径计算()精馏段:Ls=L×Ml(ρl)=×(×)=msVs=V×Mv(ρv)=×(×)=mstm=℃此温度下液体的表面张力σa=dyncmσb=dyncmσ=Xmσa(Xm)σb=××=两相流动参数:Flv=LsVs×(ρlρv)=×()=初设板间距HT=m清液层高度HL=m∴HTHL=m查得:Cf,=液气气相负荷因子:Cf=(σ)×Cf,=气体气速:un,f=Cf(ρlρv)ρv=×()=ms空速:un=un,f=×=ms初估塔径:D=(Vs(un))=((×))=m圆整为D=muf=vs(×D)=(×)=ms实际泛点百分率:ufun,f==()提馏段:Ls=L’×Ml(ρl)=×(×)=msVs=V’×Mv(ρv)=×(×)=mstm=℃此温度下液体的表面张力σa=dyncmσb=dyncmσ=Xmσa(Xm)σb=××=两相流动参数:Flv=LsVs×(ρlρv)=×()=初设板间距HT=m清液层高度HL=m∴HTHL=m查得:Cf,=液气气相负荷因子:Cf=(σ)×Cf,=气体气速:un,f=Cf(ρlρv)ρv=×()=ms空速:un=un,f=×=ms初估塔径:D=(Vs(un))=((×))=m圆整为D=muf=vs(×D)=(×)=ms实际泛点百分率:ufun,f==塔板的详细设计流动型式:选取单溢流型堰的计算:()精馏段:堰长取lw=D=×=m堰高hw=mlhlw=×=又lwD=查得:E=堰上清液高how=E(Lhlw)=m清液层高度hl=hwhow==m降液管底隙高ho=hw=m()提馏段:堰长取lw=D=×=m堰高hw=mlhlw=×=又lwD=查得:E=堰上清液高how=E(Lhlw)=m清液层高度hl=hwhow==m降液管底隙高ho=hw=塔板的布置()精馏段:选取碳钢为筛板的材料板厚δ=mm孔径do=mm取孔中心距t=mmtdo=开孔率φ=AoAa=(tdo)=Ao开孔面积Aa开孔区面积Af降液管截面积At空塔截面积取外堰前的安定区:Ws=m取内堰前的安定区:Ws=m边缘区:Wc=mm(D≤m)lwD=r=DWc==mWd=×=x=D(WdWs)=An=x×(rx)rarcsin(xr)=开孔区面积塔板面积=(×)=m筛孔总面积A=An×φ=×=m孔数:N=Au=(×)=取整:N=孔()提馏段:选取碳钢为筛板的材料板厚δ=mm孔径do=mm取孔中心距t=mmtdo=开孔率φ=AoAa=(tdo)=Ao开孔面积Aa开孔区面积Af降液管截面积At空塔截面积取外堰前的安定区:Ws=mm取内堰前的安定区:Ws=mm边缘区:Wc=mm(D≤m)lwD=r=DWc==mWd=×=x=D(WdWs)=An=x×(rx)rarcsin(xr)=开孔区面积塔板面积=(×)=m筛孔总面积A=An×φ=×=m孔数:N=Au=(×)=取整:N=孔校核()精馏段压降校核δ=mmdoδ=查图得Co=Hc干板压降Co孔流系数下板阻力Hc=(ρvρl)×(UoCo)Uo筛孔汽速Uo=VsAo==∴Hc=(m液柱)Hl液层有效阻力Fo气相动能因子Ua=Vs(AtAf)==Fa=Ua(pv)=查表得β=Hl=β(hwhow)=×=m(液柱)总压降Hp=HlHc=(m液柱)≤kg液kg气∴合格液沫夹带的校核Ug气体通过有效截面的面积的速率Ug=Vs(AtAf)=mshf板上鼓泡层高度Φ物系的起泡系数hf=hlΦ=m,Φ=∴Ev=(Eσ)(Ug(Hthf))=kg(液)kg(汽)≤kg(液)kg(汽)∴不产生过量液沫夹带合格液泛校核Hd降液管液面高度hd液相流经降液管的阻力hd=(Ls(lw×ho))=mHd=hwhowhdHp=m,Φ=Hdφ=m≤m∴合格不会产生液泛停留时间的校核Af=mτ=Af×HtLs=×=≥(∽s)∴合格漏液校核hσ表面张力压头,Uom漏点气速,Co孔流系数hσ=σρl×do=(m液柱)doδ=查图得Co=Uom=Co×((hlhσ)×ρlρv)=msK=UoUom=≥∴操作弹性大不会发生严重漏液合格。()提馏段:压降校核δ=mmdoδ=查图得Co=Hc干板压降Co孔流系数下板阻力Hc=(ρvρl)×(UoCo)Uo筛孔汽速Uo=VsAo==∴Hc=(m液柱)Hl液层有效阻力Fo气相动能因子Ua=Vs(AtAf)=Fa=Ua(pv)=查表得β=Hl=β(hwhow)=m(液柱)总压降Hp=HlHc=(m液柱)≤kg液kg气∴合格液沫夹带的校核Ug气体通过有效截面的面积的速率Ug=Vs(AtAf)=mshf板上鼓泡层高度Φ物系的起泡系数hf=hlΦ=m,Φ=∴Ev=(Eσ)(Ug(Hthf))=kg(液)kg(汽)≤kg(液)kg(汽)∴不产生过量液沫夹带合格液泛校核Hd降液管液面高度hd液相流经降液管的阻力hd=(Ls(lw×ho))=mHd=hwhowhdHp=m,Φ=Hdφ=m≤m∴合格不会产生液泛停留时间的校核Af=mτ=Af×HtLs=×=≥(∽s)∴合格漏液校核hσ表面张力压头,Uom漏点气速,Co孔流系数hσ=σ(ρl×do)=(m液柱)doδ=查图得Co=Uom=Co×((hlhσ)×ρlρv)=msK=UoUom=≥∴操作弹性大不会发生严重漏液合格。负荷性能图()精馏段:液相下限线取how=mE=how=E(lslw)∴ls=ms液相上限线取τ=sτ=Af×HTLsLs=Af×HTτ=(×)=漏液线hl=hwhow=lsmUom=VsminA=VsminUom=C(hlhσ)×(ρlρv)Vsmin=ls过量液沫夹带线:取ev=,E=hf=hl=LsUg=Vs(ATAf)=Vsev=(σ)Ug(HThf)Vs=Ls液泛线:取φ=HThw≥Hdφ,Hd≤()=hd=(Ls(lw×h)=Lshc=(VsAC)×(ρvρl)=Vshl'=Lshp=hchl'=LsVsHd==hlhdhp=LsLsVs∴Vs=LsLs()提馏段:液相下限线取how=mE=how=E(lslw)∴ls=ms液相上限线取τ=sτ=Af×HTLs,Ls=Af×HTτ=(×)=漏液线hl=hwhow=lsmUom=VsminA=VsminUom=C(hlhσ)×(ρlρv)Vsmin=ls过量液沫夹带线:取ev=,E=hf=hl=LsUg=Vs(ATAf)=Vsev=(σ)Ug(HThf)Vs=Ls液泛线:取φ=HThw≥Hdφ,Hd≤()=hd=(Ls(lw×h)=Lshc=(VsAC)×(ρvρl)=Vshl'=Lshp=hchl'=LsVsHd==hlhdhp=LsLsVs∴Vs=LsLs三筛板塔数据汇总全塔数据加料热状态q最小回流比Rmin回流比R理论板数Nt实际板数Np实际精馏板数实际提馏板数效率加料F加料浓度Xf塔顶出料D塔顶浓度Xdkmolh塔底出料W塔底浓度Xw精馏段与提馏段的数据序号参数精馏段提馏段塔径D(m)板间距Ht(m)塔板型单流型单流型堰长lw(m)空塔气速U(ms)堰高hw(m)降液管底隙高度ho(m)安定区Ws(m)边缘区Wc(m)孔径do(m)孔间距t(m)孔数(个)开孔率开孔面积An(m)塔板压降Hp(m)泛点百分率板厚δ(m)操作弹性四讨论与优化讨论从负荷性能图上观察本设计对设计要求符合良好设计点落与正常工作区中间操作弹性适宜。优化通过反复优化才得到设计的最终的结果观察负荷性能图工作点状态良好操作弹性优良。通过在不断的优化过程中得到以下几点经验:根据实际情况在工业生产中液相上下限由人为规定且在超过最大最小液量仍能正常操作的情况还是存在的。对于因夹带不能正常操作的情况一般先调Ht后调D其中D的调整尤为灵敏。对于因液泛不能正常操作的情况Ht是灵敏因素。一般应判断液泛是由于降液管阻力过大引起还是由于塔板阻力过大引起的然后分别采用不同措施调整降液管底隙或开孔率。若二者的调整不灵敏或已调整至上限则应加大板间距。应漏液不能正常操作的情况一般只能减小开孔率。本设计由于为过量液沫夹带线控制所以通过调整Ht与D来完成设计要求所以在提馏段取不等径塔及Ht=来满足要求。五辅助设备选型及校核㈠全凝器塔顶全凝器采用逆流形式为了便于冷凝饱和蒸气(水和乙醇)走壳程冷凝水走管程。换热面积的估算塔顶t=℃水的汽化潜热r=kJkg乙醇的汽化潜热r=kJkgV=kmolh=kghQc=r×V=×=kJh冷凝剂取深井水,t=℃,t=℃(出口温度)∴Δtm=((Tt)(Tt))ln((Tt)(Tt))=℃设传热系数:K=kcal(m×h×℃)=w(m×℃)=Kj(m×h×℃)A=Qc(K×Δtm)=m精选ⅡDn=mmPn=MPaA公=管程数管长m管子φ×最大管数管程流通面积:×n×d=Vu=m泵塔高N×HtN×HT=××=m塔底高度取m裙座高m塔底停留时间取s塔釜离地高W××(××)=m∴H==m冷凝器离塔顶的距离u=mst=℃ρ=kgmμ=cpLs=ms取φ×mm热扎无缝钢管d=×=mm实际流速u=(×)=msRe=ρduμ=ξ=mξd=λ=回流管长为mhf=(λΣledΣζ)u=h=hfgu××g=m泵的造型冷凝水流速u=ms℃的水ρ=kgmμ=cpdi=(Wcρμ)=m取φ×mm热扎无缝钢管di=×=mm实际流速:u=(×××)=msRe=duρμ=××(×)=ξ=mmξd=×查得:λ=设水到泵头总损失为m∴L==m各种局部阻力K=(λLdΣζ)(π×d×g)=H=HKV=m流量Q=wρ=mh选H型扬程H=m汽蚀余量m流量mh轴功率kw转速rmin配带电机号YBM效率功率重量kg化工原理课程设计任务书一、设计题目:苯氯苯精馏塔设计、工艺条件及数据()原料液量kgh,含苯(质量分数下同)()馏出液含苯,残液含氯苯。()泡点进料()料液可视理想液、操作条件()常压操作()回流液温度为塔顶蒸汽的露点()间接蒸汽加热、加热蒸汽压力为kgfcm()冷却水进口温度°C()设备热损失为加热蒸汽供热量的。二、设计成果、设计说明书一份、设计图纸包括负荷性能图、塔盘布量图、浮阀塔(或筛板塔)工艺条件图。

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