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乙醇-水板式精馏塔设计方案乙醇-水板式精馏塔设计方案 化工原理课程设计 设计题目:设计生产能力为50吨/日的二级酒精精馏塔 姓 名: 宋健 班 级: 0640801 学 号: 08340110 指导教师: 何从林老师 12/29/2010 化工原理课程设计 目 录 一、绪论 .................................................................................................................................

乙醇-水板式精馏塔设计方案
乙醇-水板式精馏塔 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 化工原理课程设计 设计题目:设计生产能力为50吨/日的二级酒精精馏塔 姓 名: 宋健 班 级: 0640801 学 号: 08340110 指导教师: 何从林老师 12/29/2010 化工原理课程设计 目 录 一、绪论 ........................................................................................................................................... 4 1.1课程设计的目的 ................................................................................................................ 4 1.2设计依据 ............................................................................................................................ 4 1.3设计 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 及任务 ................................................................................................................ 5 1.3.1设计题目 ................................................................................................................ 5 1.3.2设计任务及条件: ................................................................................................ 5 1.4设计内容: ........................................................................................................................ 5 二、塔板的工艺设计 ................................................................................................................ 5 2.1精馏塔全塔物料衡算 ........................................................................................................ 5 2.1.1物料衡算 ................................................................................................................ 5 2.2常压下乙醇-水气液平衡组成(摩尔)与温度关系 ...................................................... 6 2.2.1温度 ........................................................................................................................ 6 2.2.2密度 ........................................................................................................................ 7 2.2.3混合液体表面张力 ................................................................................................ 9 2.2.4混合物的粘度 ...................................................................................................... 12 2.2.5相对挥发度 .......................................................................................................... 13 2.3理论塔板的计算 .............................................................................................................. 13 2.4塔径的初步设计 .............................................................................................................. 15 2.4.1气液相体积流量计算 .......................................................................................... 15 2.4.2精馏段塔径计算 .................................................................................................. 16 2.4.3提馏段塔径计算 .................................................................................................. 17 2.5溢流装置 .......................................................................................................................... 17 2.5.1堰长 ................................................................................................................. 17 lw 2.5.2弓形降液管的宽度和横截面 .............................................................................. 18 2.5.3降液管底隙高度 .................................................................................................. 19 2.6塔板分布,浮阀数目与排列 .......................................................................................... 20 2.6.1塔板分布 .............................................................................................................. 20 2.6.2浮阀数目与排列 .................................................................................................. 20 三、流体力学验算 ......................................................................................................................... 21 3.1 气体通过浮阀塔板的压降(单板压降) ................................................................... 21 3.1.1精馏段 .................................................................................................................. 21 3.1.2提馏段 .................................................................................................................. 22 3.2 淹塔 ................................................................................................................................. 22 3.2.1精馏段 .................................................................................................................. 22 3.2.2提馏段 .................................................................................................................. 23 3.3 物沫夹带 ......................................................................................................................... 23 3.3.1精馏段 .................................................................................................................. 23 3.3.2提馏段 .................................................................................................................. 24 3.4 塔板符合性能图 ............................................................................................................. 24 2 12/29/2010 化工原理课程设计 3.4.1物沫夹带线 .......................................................................................................... 24 3.4.2液泛线 .................................................................................................................. 25 3.4.3液相负荷上限 ...................................................................................................... 26 3.4.4漏液线 .................................................................................................................. 26 3.4.5液相负荷下限 ...................................................................................................... 26 3.4.6塔板负荷性能图 .................................................................................................. 27 3.5 浮阀塔工艺设计计算结果 ............................................................................................. 27 四、塔附件设计 ............................................................................................................................. 29 4.1 接管设计 ......................................................................................................................... 29 4.1.1进料管 .................................................................................................................. 29 4.1.2回流管 .................................................................................................................. 30 4.1.3塔底出料管 .......................................................................................................... 30 4.1.4塔顶蒸汽出料管 .................................................................................................. 30 4.1.5塔底进气管 .......................................................................................................... 30 4.2 人孔 ................................................................................................................................. 30 五、塔体总高度的设计 ................................................................................................................. 31 5.1 塔顶部的空间高度 ......................................................................................................... 31 5.2 塔底部空间高度 ............................................................................................................. 31 5.3塔体总高度 ...................................................................................................................... 31 六、塔附属设备(换热器)设计 ................................................................................................. 31 6.1冷凝器的选择 .................................................................................................................. 31 6.2再沸器的选择 .................................................................................................................. 32 参考文献 ......................................................................................................................................... 32 3 12/29/2010 化工原理课程设计 一、绪论 1.1课程设计的目的 化工原理课程是由化工原理理论、化工原理实验以及化工原理课程设计三个教学环节组成,该课程是普通高等学校化学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 与工艺专业及相关专业的专业基础课。化工原理车程设计是学生学过基础课以及化工原理理论与实验后进一步学习化工设计的基础知识,培养刮宫设计能力的重要教学环节。通过该环节的实践,可是学生初步掌握化工单元操作设计的基本程序与方法,得到化工设计能力的基本锻炼。化工原理课程设计是以实际训练为主的课程,设计前学生应在认识实习及生产中到工厂了解设备结构,收集设计数据,而后在教室指导下完成一定的化工设备设计任务书,已达到培养设计能力的目的。 1.2设计依据 课程设计方案选定所涉及的主要内容有:操作压力、进料状况、加热方式及其热能的利用。 (1) 操作压力 精馏常在常压,加压或减压下进行,确定操作压力主要是根据处理物料的性质,技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。一般来说,常压精馏最为简单经济,若无聊无特殊要求,应尽量在常压下操作。加压操作可提高平衡温度,有利于塔顶蒸汽冷凝热的利用,或可以使用较便宜的冷却剂,减少冷凝,冷却费用。在相同的塔径下,适当提操作压力还可以提高塔德处理能力。所以我们采用塔顶压力为1.03atm进行操作。 (2) 进料状况 进料状态有多种,但一般都是将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中,这样,进料温度不受季节,气温变化和前道工序波动的影响,塔的操作也比较好控制。此外,泡点进料时,精馏段和提馏的塔径相同,设计制造比较方便。故本实验采用泡点进料。 (3)加热方式 精馏塔通常设置再沸器,采用间接蒸汽加热,以提供足够的能量,若待分离的物系为某种轻组分和水的混合物,往往可采用直接蒸汽加热方式,但在塔顶轻组分回收率一定时,由于蒸汽冷凝水的稀释作用,使残液轻组分浓度降低,所需塔板数略有增加。本实验采用直接蒸汽加热。 (4)热能的利用 精馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝,因此热效率很低,通常进入再沸器的能量仅有5%左右被利用。塔顶蒸汽冷凝放出的热量是大量的。但其位能较低,不可能直接用来做塔釜的热源,但可用作低温热源,供别处使用。或可采用热泵技术,提高温度后在用于加热釜液。 4 12/29/2010 化工原理课程设计 1.3设计内容及任务 1.3.1设计题目 设计生产能力为50吨/日的二级酒精精馏塔 1.3.2设计任务及条件: (1)、进料含乙醇29.8,,其余为水(均为质量分数,下同) (2)、生产乙醇含量不低于95,; (3)、釜残液中乙醇含量不高于0.2,; (4)、生产能力50T/D乙醇产品,每日开工 24小时 (5)、操作条件: a、直接蒸汽加热;b、塔顶压力:1.03atm(绝对压强)c、进料热状态:泡 点进料;d、回流比大致范围 3.5-4.5 1.4设计内容: (1)、流程的设计与说明; (2)、塔板和塔径的计算; (3)、塔盘结构的设计: a、浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图; b、流体力学验算; c、塔板负荷性能图。 (4)、其它:a、加热蒸汽消耗量; b、冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量。 二、塔板的工艺设计 2.1精馏塔全塔物料衡算 2.1.1物料衡算 F:进料量(kmol/s) X:原料组成(摩尔分数,下同) F D:塔顶产品流量(kmol/s) X:塔顶组成 D W:塔顶残液流量(kmol/s) X:塔底组成 W 29.8/46原料乙醇组成:X==14.24% F 29.8/46,70.2/18 0.789,95/46塔顶组成:X = =85.44% D0.789,95/46,5/18 5 12/29/2010 化工原理课程设计 0.2/46塔釜组成:X = =0.078% W0.2/46,99.8/18 塔顶产品流量:D =50T/D=0.0136kmol/s 物料衡算式为:F=D+W F X =D X+W X FD W 表1 物料衡算数据记录 F 0.0667kmol/h X 14.24% F D 0.011kmol/h X 85.44% D W 0.0556kmol/h X 0.078% W 2.2常压下乙醇-水气液平衡组成(摩尔)与温度关系 表2 乙醇-水溶液的气液平衡数据 乙醇摩尔分数 温度/? 乙醇摩尔分数 温度/? 液 相 气 相 液 相 气 相 0.00 0.00 100 0.3273 0.5826 81.5 0.190 0.1700 95.5 0.3965 0.6122 80.7 0.0721 0.3891 89.0 0.5079 0.6564 79.8 0.0966 0.4375 86.7 0.5198 0.6599 79.7 0.1238 0.4704 85.3 0.5732 0.6841 79.3 0.1661 0.5089 84.1 0.6763 0.7385 78.74 0.2337 0.5445 82.7 0.7472 0.7815 78.41 0.2608 0.5580 82.3 0.8943 0.8943 78.15 2.2.1温度 利用表中数据由插值法可求得tttW , F , D . t-85.385.384.1,F? t:, ,t=84.78? F F 12.3816.6114.24-12.38, t-78.1578.1578.41,D? t:, ,t=78.22? D D 89.4374.7285.44-89.43, t-10010095.5,W,? t : ,t 99.82? W W=00.1900.078-0, ,,tt84.78,78.22FD? 精馏段平均温度 : ,,,81.5? t122 ,,tt84.78,99.82FW,,,? 提留段平均温度 : 92.3? t222 6 12/29/2010 化工原理课程设计 2.2.2密度 ,aa1AB,,已知 :混合液密度 : (a为质量分数, 为平均相对分子质量) M,,,lAB , TPM0 混合气密度:,, V22.4TP0 塔顶温度 :t=78.22? D 78.14,78.1578.22,78.15气相组成y :, y=86.39% D D 78.15,89.43100y,89.43D 进料温度 :t=84.78? F 86.7,85.386.7,84.78,气相组成y: y =48.71% F F 43.75,470443.75,100yF塔底温度 :t=99.82? W 100,95.5100,99.82,气相组成 :y = y =0.68% w W 0,17.000,100yW 1) 精馏段 液相组成x:x=(x+ x)/2 , x=49.82% 1 1 D F 1 气相组成y :y=(y+ y)/2 ,y=67.55%11 F D 1 , 所以 =46*0.4984+18*(1-0.4984) =31.96 kg/kmol ML1 , =46*0.6755+18*(1-0.6755)=36.91kg/kmol MV1 2) 提馏段 液相组成x:x=(x+ x)/2 , x=7.14% 2 2 w F 2 气相组成y :y=(y+ y)/2 ,y=24.7%22 F w 2 , 所以 =46*0.0716+18*(1-0.0714) = 20kg/kmol ML2 , =46*0.247+18*(1-0.247) = 24.91kg/kmol MV2 不同温度下乙醇和水的密度 乙醇水乙醇水,,,,温度/? 温度/? ,3,3,3,3kg,mkg,mkg,mkg,m/ / / / 80 735 971.8 95 720 961.85 85 730 968.6 100 716 958.4 90 724 965.3 7 12/29/2010 化工原理课程设计 ,3kg,m求得在tt t 下的乙醇和水的密度(单位:)。 D F W 90,8590,84.78,t=84.78? , , =730.22 ,F cF724,730724,,cF 90,8590,84.78, , ,=968.74 wF965.3,968.6965.3,,wF10.2981,0.298 , =882.82 ,,,F,733.12968.75F 90,8590,78.17,t=78.22? , , ,=738.14 DcD724,730724,,cD 90,8590,78.10,,,=973.08 wD965.3,968.6965.3,,wD 10.951,0.95,, , , =765.03 D,738.2973.10D 90,8590,99.82,,t=99.82? , , =712.22 WcW724,730724,,cW 90,8590,99.82,, , =958.82 wW965.3,968.6965.3,,wW 10.0021,0.002,,, , =957.87 W,712.22958.82W ,,,882.82,747.38FD所以 ,,,823.92 ,1L22 ,,,882.82,957.87FW,,,920.34 ,2L22— M,x,46,(1,x),18,42.68 kg/kmol LDDD — M,x,46,(1,x),18,21.98 kg/kmol LFFF — M,x,46,(1,x),18,18.02 kg/kmol LWWW ———,42.68,21.99MMLDLF kg/kmol ,,,32.33M1L22 ———,18.02,21.99MMLWLF,,,20.01 kg/kmol M2L22 8 12/29/2010 化工原理课程设计 — M,y,46,(1,y),18,42.8kg/kmol VDDD — M,y,46,(1,y),18,31.64kg/kmol VFFF — M,y,46,(1,y),18,18.19kg/kmol VWWW ———M,M42.80,32.78VDVF M,,,32.32kg/kmol1V22 ———M,M18.19,32.78VWVF M,,,24.92kg/kmol2V22 32.78,273.15,,,1.078 VF22.4,(273.15,87.41) 42.80,273.15,,,1.46 VD22.4,(273.15,78.17) 18.19,273.15,,,0.59 VW22.4,(273.15,99.82) 1.12,1.49 ,,,1.269V12 1.12,0.59 ,,,0.834V22 2.2.3混合液体表面张力 1/41/41/4,,,,,,,二元有机物-水溶液表面张力可用下列公式计算: mswwsoo xVxVooWW,,,,注: , owxV,xVxV,xVWWooWWoo ,,x/V,,x/V , swSWSSOSOS q2/3w,,Vq2/3OOQ,0.441,()[,,V] , B,lg[]wwTq,o 2,SW,,,,1A=B+Q , , A,lg[]SWSO,SO xxV式中,下脚标 w,o,s分别表示水,有机物及表面部分;,指主体部分的分子数;,WoW 9 12/29/2010 化工原理课程设计 ,,V指主体部分的分子体积;,为纯水,有机物的表面张力;对乙醇q=2。 Owo mm4646cc V,,,62.32mL V,,,64.59mL cDcW,,783.20712.22cDcW mm1846cw V,,,62.99mL V,,,18.58mL cFwF,,731.92969.66cFwF mm1818ww V,,,18.50mL V,,,18.77mL wWwD,,973.10958.82wDwW 由不同温度下乙醇和水的表面张力 ,3,1温度/? 乙醇表面张力/ 水表面张力10N,m ,3,1/ 10N,m 70 18 64.3 80 17.15 62.6 90 16.2 60.7 100 15.2 58.8 ,3,1求得在t ,t t下的乙醇和水的表面张力(单位:) 10N,mDF,W 90,8016.2,17.15,, 乙醇的表面张力: ,=16.70 cF90,85.8216.2,,cF 80,7017.15,18,, , =17.31 cD80,78.1717.15,,cD 100,9015.2,16.2,, , =15.22 cw100,99.8215.2,,cW 90,8060.7,62.6,, 水的表面张力: , =61.69 wF90,85.8260.7,,wF 80,7062.6,64.3,, ,=62.91 wD80,78.1762.6,,wD 100,9058.8,60.7,, ,=58.83 wW100,99.8258.8,,wW 22,[(1,x)V]wDDwD, 塔顶表面张力: ,xV[(1,x)V,xV]cDDcDDwDDcD 10 12/29/2010 化工原理课程设计 2[(1,0.8814),18.50],0.0024= 0.8814,62.31,(0.1186,18.50,0.8814,62.31)2,wD=lg0.0015=-2.6198 B,lg[],cD 2/3,Vq2/3cDcDQ,0.441,,[,,V] wDwDTq 2/3217.31,(62.31)2/30.441,,[,62.91,(18.50)],,0.7631 = 273.15,78.172 A=B+Q=-2.8239-0.7638=-3.383 2,swD,,联立方程组 ,+=1 A,lg[]swDscD,scD ,,代入求得 =0.02 ,=0.98 swDscD 1/41/41/4,,,,=0.02(62.91)+0.98(17.31) , =18.13 DD 22,[(1,x)V]wFFwF原料表面张力: ,,xV[(1,x)V,xV]cFFcFFwFDcF 2[(1,0.1424),18.56],1.142 = 0.1424,62.85,(0.8576,18.56,0.1424,63.26) 2,wF =lg1.149=0.0575 B,lg[],cF 2/3,Vq2/3cFcFQ,0.441,,[,,V] wFwFTq 2/3216.70,(62.99)2/30.441,,[,61.69,(18.58)],,0.7407= 273.15,84.782 A=B+Q=0.0575-0.7407=-0.6832 2,swF,,,,1联立方程组 , A,lg[]swFscF,scF ,,0.3634,,0.6366代入求得 , swFscF 1/41/41/4,,0.3634,(61.69),0.6366,(16.70), ,=28.25 FF 11 12/29/2010 化工原理课程设计 22,[(1,x)V]wWWwW塔底表面张力: ,,xV[(1,x)V,xV]cWWcWWwWWcW 2[(1,0.0078),18.77],362.64 0.00078,64.59,(0.99922,18.77,0.00078,64.59) 2,wW B,lg[],lg362.64,2.559,cW 2/3,qV2/3cWcWQ,0.441,,[,,V] wWwWTq 2/3215.22,(64.59)2/30.441,,[,58.83,(18.77)],,0.694= 273.15,99.822 A=B+Q=2.559-0.694=1.865 2,swW,,,,1联立方程组 , A,lg[] swWscW,scW ,,0.985, ,,0.015代入求得 swWscW 1/41/41/4,,0.985,(58.83),0.051,(15.22), , =58.03 WW ,(,,,)/2,23.031) 精馏段的平均表面张力为:= FD1 ,,(,,,)/2,43.182) 提留段的平均表面张力为: 2FW 2.2.4混合物的粘度 AAlg-,,,计算公式: 式中 ——液体温度为T时的粘度,mPa?s 11TB T——温度,K A,B——液体粘度常数 2,水粘度计算公式:=0.01779/(1+0.03368t+0.000221t) t(?) 1 ,,,0.44,,0.35+273.15K mPa?s , mPa?s t,81.481醇水 ,'',0.3,0.39,,+273.15K mPa?s ,mPa?s t,92.32醇水 ,,,x,,(1,x),0.39481)精馏段粘度 : mPa?s 111醇水 12 12/29/2010 化工原理课程设计 '',,,x,,(1,x),0.30642)提馏段粘度 : mPa?s 222醇水 2.2.5相对挥发度 0.48171,0.4817由x,0.1424,y,0.4871得 ,,,5.26FFF0.14241,0.1424 0.86391,0.8639由x,0.8814,y,0.8856得 ,,,1.04DDW0.85441,0.8544 0.00681,0.0068x,0.00078,y,0.0068得 由,,,8.77WWw0.000781,0.000781) 精馏段的平均相对挥发度:,,,,,2=3.17 1DF ,,,,,22) 提馏段的平均相对挥发度:=7.01 2WF 2.3理论塔板的计算 理论版:指离开此版的气液两相平衡,而且塔板上液相组成均匀。 本次试验采用图解法计算理论板数。 5根据1.01325Pa下乙醇-水的气液平衡组成可绘出平衡曲线,即x-y曲线图。,10 泡点进料,所以q=1,即q为直线x=x。根据相平衡曲线和精馏段提馏段方程,用Auto F 13 12/29/2010 化工原理课程设计 xDCAD2004绘制相平衡曲线,过与对角线焦点做平衡线下凹部分的切线,切点坐标为x,yx,yR() ,()=(0.1424,0.3829)最小回流比为=1.958 R=2×=3.916 Rqqqqminmin 在图上画操作线,由点(0.8544,0.8544)起在平衡线与精馏段操作线间画阶梯,过精馏段操作线与q线交点,直到阶梯与平衡线的交点小于0.00078为止,由此的到理论版数N=20(包括再沸器)加料版为第17块理论板。绘图结果如图所示T 板效率与塔板结构,操作条件没物质的物理性质及流体力学性质有关,它反映了实际塔 ,0.245E,0.49(,,)板上传质过程进行的程度,板效率可用奥康奈公式计算。 TL ,其中:——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度。 , ——塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mPa?s L 1) 精馏段 ,,已知=3.17 =0.3948 mPa?s 1L N16,0.245TE,0.49,(3.17,0.3948),0.46N,,,35 所以 , TP精E0.46T 14 12/29/2010 化工原理课程设计 2) 提留段 '已知, mPa?s ,,0.3,,7.01L2 'N4,1',0.245TE,0.49,(7.01,0.3),0.41所以 , N,,,7TP提'E0.41T N,N,N,35,7,42全塔所需实际塔板数: PP精P提 N20,1T全塔效率:E,,100%,,100%,45.24% TN42P 加料板位置在第39块塔板 2.4塔径的初步设计 2.4.1气液相体积流量计算 R根据x—y图查图计算:=1.958 min R取R=2=3.916 min 1)精馏段 L=RD=3.916×0.011=0.0431kmol/s V=(R+1)D=(3.916+1) ×0.011=0.054kmol/s ,, 已知 M,31.95kg/mol M,36.91kg/mol L1V1 33,,1.269kg/m,,823.92kg/m VL11 , 则质量流量:L,ML,31.95,0.0431,1.377 L11 , V,MV,36.91,0.054,1.99 V11 L1.377,31,,,1.67,10L体积流量: s1,823.92L1 V1.991,,,1.568V s1,1.267V1 2)提馏段 本设计为泡点进料,所以q=1。 'L,L,qF,0.0431,0.666,0.1355kmol/s 15 12/29/2010 化工原理课程设计 'V,V,(q,1)F,0.054kmol/s ,, M,20kg/molM,24.91kg/molLV22 已知 33,,920.34kg/m,,0.834kg/mLV22 ,'L,ML,20,0.1097,2.194kg/sL22则质量流量: ,'V,MV,24.91,0.054,1.345kg/sV22 L2.9143,2L,,,2.384,10m/ss2,920.34L2体积流量: V1.3452V,,,1.632m/ss2,0.834V2 2.4.2精馏段塔径计算 ,,,LV,u由u=(安全系数) ,安全系数=0.6~0.8, ,式中C可由史uC,maxmax,V 密斯关联图查出。 3,,L1.67,10823.921/21/211sL横坐标数值 ,(),,(),0.0271V,1.5681.26911sV 取板间距H=0.4m h=0.06 则H- h=0.34m TLTL L, sL V,sV 图3 smith图 16 12/29/2010 化工原理课程设计 ,23.190.20.21查图可知,C=0.076 ,, =0.074 C,(),0.072,()20202020 823.92,1.269u,0.074,,1.9m/s max1.269 u,0.7u,0.7,1.88,1.33m/s 1max 4V4,1.5681S D,,,1.2251,u3.14,1.331 22D,1.3m,横截面积:A,0.785,1.3,1.327m 圆整:, 1T 1.568'空塔气速: u,,1.18m/s11.3272.4.3提馏段塔径计算 3,,L2.384,10920.341/21/222sL横坐标数值: ,(),,(),0.049V,1.61320.83422sV 取板间距: H=0.4m h=0.06 则H- h=0.34m TLTL 43.14,0.20.22查图可知: C=0.072 C,(),0.072,(),0.084 20202020 920.34,0.834u,0.084,,2.789m/s max0.834 u,0.7u,0.7,2.789,1.95m/s 2max 4V4,1.61322S D,,,1.026m2,u3.14,1.952 22A,0.785,1.3,1.327m圆整D=1.3m 横截面积 2T 1.6132'u,,1.22m/s空塔气速: 21.327 2.5溢流装置 2.5.1堰长 lw 取=0.75D=0.75×1.3=0.975m lw 17 12/29/2010 化工原理课程设计 h出口堰高:本设计采用平直堰,堰上液高度按下公式计算 ow L2.842/3hh,()(近似取E=1) owl1000w 1) 精馏段 ,32.843600,1.67,102/3h,(),0.00955 ow10000.915 h,h,h,0.06,0.00955,0.05045 wLow 2)提留段 ,32.843600,2.384,10'2/3h,(),0.01359 ow10000.975 ''' h,h,h,0.06,0.01359,0.04641 wLow 2.5.2弓形降液管的宽度和横截面 18 12/29/2010 化工原理课程设计 AW2FDA,0.12,1.327,0.159m,0.12,,0.18,则:,查图得:FADT W,0.18,1.3,0.234m D 验算降液管内停留时间: AH0.159,0.4FT,,,,38.08s精馏段: ,3L1.67,10s1 'AH0.159,0.4T'F提留段: ,,,,26.68s,3L2.384,10s2 停留时间>5 s故降液管可用。 , 2.5.3降液管底隙高度 1)精馏段: ,3L1.67,10s1u,0.1m/sh取降液管底隙的流速,则,取=0.02m h,,,0.017m000lu0.975,0.1w0 2) 提留段: ,3L2.384,10'''s2取u,0.1m/s,则hm取h=0.03m ,,,0.0245000'lu0.975,0.10w 19 12/29/2010 化工原理课程设计 2.6塔板分布,浮阀数目与排列 2.6.1塔板分布 本设计塔径D=1m,因为直径在900mm以上,所以采用分块式塔板,一遍通过入孔装拆 塔板。根据下表得塔板分块数为3块。 塔径/mm 塔板分块数 800~1200 3 1400~1600 4 1800~2000 5 2200~2400 6 2.6.2浮阀数目与排列 1)精馏段 Fu取阀孔动能因子=12,则孔速为 001 F120 u,,,10.65m/s01,1.269V1 每层塔板上的浮阀数目为 V1.5681sN,,,123 个 2,0.785,0.369,10.652du0014 W,0.06mW,0.05m取边缘区宽度为,破沫区宽度 SC x,222AxRxR计算塔板上的鼓泡区面积,即,2[,,arcsin] aR180 D其中 R,,W,0.5,0.06,0.45 C2 D1x,,(W,W),,(0.175,0.07),0.225 DS22 3.140.2552222A,2[0.255,0.45,0.255,,0.45arcsin()],0.43m所以 a1800.45 浮阀排列方式采用等腰三角形插排,取同一个横排的孔心距t=75mm。 A0.43'at,,,0.048,48mm则排间距: N123,0.075t ‘若按t=75mm t=48mm,以等腰三角形插排方式作图,排得阀数139个。 按N=139重新核算孔速及阀孔的动能因子 1.6132'u, =9.45m/s 0120.785,0.039,139 20 12/29/2010 化工原理课程设计 ' F,9.45,1.269,10.6501 阀孔动能银子变化不大仍在9~13范围内。 u1.18开孔率=,,100%,12.5% 塔板'u9.4501 2)提馏段: 12F0F,12取阀孔动能因子,则孔速m/s ,,,13.14u002,0.834V2 V1.6132'2S每层塔板上浮阀数目为 个 N,,,103T24'0.785,0.039,13.42du002, 0.43'按t=75估算排间距: t,,0.056m,56mm103,0.075 '取t=75 80 排得阀数为117个 t, 按N=117重新核算孔速以及阀孔动能因子 1.6132' u,,11.55m/s0220.785,0.039,117 ' F,11.55,0.834,10.55%02 阀孔动能因子变化不大,仍在9~13范围内。 u1.22,,100%,11.56%塔板开孔率= 'u11.5502 三、流体力学验算 3.1 气体通过浮阀塔板的压降(单板压降) h,h,h,h,,p,h,g可根据计算 pcl,ppl 3.1.1精馏段 1)干板阻力 73.173.11.8251.825m/s u,,,9.22c01,1.269v1 21 12/29/2010 化工原理课程设计 22,u1.269,10.6501v1u,u因为,故 h,5.34,,5.34,,0.048m010c1c1,2g2,823.92,9.8l1 2)板上充气液层阻力 h,,h,0.5,0.06,0.03m,,0.5,h,0.06m取则 L10L0L 3)液体表面张力所造成的阻力 此阻力很小,可忽略不计,因此与气体流经塔板的压强相当的液柱高度为: h,0.048,0.03,0.078m,p,h,g,0.078,823.92,9.8,629.8Pa p1p1p1l3.1.2提馏段 1)干板阻力 73.173.11.8251.825 u,,,11.6m/sc02,0.834v2 u,u,故 因020c2 22,u0.834,13.1402v2 h,5.34,,5.34,,0.043mc2,2g2,920.34,9.8l2 2)板上充气液层阻力 h,,h,0.5,0.06,0.03m,,0.5,h,0.06m取则 L20L0L 3)液体表面张力所造成的阻力 此阻力很小,可忽略不计,因此与气体流经塔板的压强相当的液柱高度为: h,0.043,0.03,0.073m,p,h,g,0.073,920.34,9.8,658.4Pa p2p2p2l 3.2 淹塔 H,,(H,h)为了防止淹塔现象发生,要求控制降液管中的清液高度 ,即dTw H,h,h,h dpLd 3.2.1精馏段 h,0.078m1)单层气体通过塔板的压降相当的液柱高度 p12)液体通过降液管的压头损失 22 12/29/2010 化工原理课程设计 3,L1.67,1022s1 m h,0.153(),0.153,(),0.00155d1lh0.975,0.017w0 3)板上液层高度 H,0.078,0.0155,0.06,0.1392h,0.06m,则 d1L H,0.4m,h,0.05045m取,已选定 ,,0.5TW ,(h,H),0.5,(0.05045,0.4),0.225则m wT1 H,,(h,H)可见,所以符合防止淹塔的要求。 d1wT1 3.2.2提馏段 h,0.073m1)单板压降所相当的液柱高度 p22)液体通过降液管的压头损失 3,L2.384,1022s2 h,0.153(),0.153,(),0.00151md2'lh0.975,0.02450w 3) 板上液层高度 H,0.073,0.015,0.06,0.1345h,0.06m,则m d2L 'H,0.4m,h,0.0456m取,,0.5,已选定 TW ,(h,H),0.5,(0.045,0.4),0.249则m wT2 H,,(h,H)可见,所以符合防止淹塔的要求。 d2wT2 3.3 物沫夹带 3.3.1精馏段 ,v1VLZ,1.36ssL11,,,Lv11泛点率= ,,100%KCAFb Z,D,2W,1.3,2,0.234,0.832m板上液体流经长度: LD 23 12/29/2010 化工原理课程设计 2A,A,2A,1.327,2,0.159,2.688m板上液流面积: bTF 取物性系数K=1.0,饭店负荷系数 C,0.103F 1.269,31.57,1.36,1.67,10,0.832823.92,1.269 泛点率==63.55% 1.0,0.1,1.0对于大塔,为了避免过量的物沫夹带,应控制泛点率不超过80%,由以上计算可知,物沫 e,0.11kg(液/kg气)的要求 夹带能够满足v 3.3.2提馏段 C,0.103取物性系数K=1.0,饭店负荷系数 F 0.834,31.61,1.36,2.384,10,0.832920.34,0.834 泛点率==51.19% 1.0,0.1,1.0由以上计算可知,符合要求。 3.4 塔板符合性能图 3.4.1物沫夹带线 ,v1VLZ,1.36ssL11,,,Lv11 泛点率= ,,100%KCAFb 据此可作出符合性能图中的物沫夹带线,按泛点率80%计算。 1)精馏段 1.269V,1.36,0.832LSs823.92,1.269 0.8= 1.0,0.1,1.0 V,2.04-28.79L整理得: Ss L由上式知物沫夹带线作为直线,则在操作范围内任取两个值,可算出VS S2)提馏段 24 12/29/2010 化工原理课程设计 0.834'V,1.36,0.832LSS920.34,0.8340.8= 1.0,0.1,1.0 ''VL整理得:=2.66-37.59 SS ''VL在操作范围内,任取若干个值,算出相应的值 SS 计算如表所示: 精馏段 提馏段 ''3333VLL/() V/() /() /() m/sm/sm/sm/sSSSS 0.002 1.98 0.002 2.58 0.01 1.75 0.01 2.28 3.4.2液泛线 ,(H,h),h,h,h,h,h,h,h TwpLdcl,d h由此确定液泛线,忽略式中 , 2uLL,2.84360022/3V0sS H,h,,,,,,h,E,()5.340.153()(1,)[()]Tw0wglhl21000,Lw0W Vs,u而 0,2dN04 1)精馏段 21.269,V22/3s10.225,5.34,,566.9L,1.5,(0.05045,0.678L)s1s12240.785,139,0.039,823.72,2,9.8 222/3V,9.8,36566L,66.97L 整理得: sss111 2)提馏段 20.834,L22/3s10.223,5.34,,268.13L,0.0696,1.02L ss112240.785,117,0.039,920.34,2,9.8 222/3V,12.13,21196L,80.63L整理得: sss212 在操作范围内,任取若干个L值,算出相应的V值 ss 计算如图所示: 25 12/29/2010 化工原理课程设计 精馏段 提馏段 3333LVLV/() /() /() /() m/sm/sm/sm/sS1S1s2S20.001 3.02 0.001 3.36 0.003 2.84 0.003 3.20 0.004 2.74 0.004 3.12 0.007 2.36 0.007 3.01 3.4.3液相负荷上限 液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于3~5s AHFT,,,3~5s 液体降液管内停留时间 LS 以=5s ,作为液体在降液管内停留时间的下限,则 , AH0.159,0.43FT(L),,,0.013m/s SmaxL5S 3.4.4漏液线 ,2对于F型重阀,依=5作为规定气体最小负荷标准,则VdNu ,F,u,1S0000v4 ,523(V),,0.039,139,,0.737m/s1)精馏段 s1min41.269 5,23(V),,0.039,117,,0.765m/s2)提馏段 s2min40.834 3.4.5液相负荷下限 h,0.006m取堰上液层高度作为液相负荷下限条件。作出液相负荷下限,该线为与气相ow 流量无关的竖直线。 L2.843600()2/3minSE[],0.006 l1000w 0.006,1000l3/23w(L),(),0.001m/s取E=1 ,则 Smin2.84,13600 26 12/29/2010 化工原理课程设计 3.4.6塔板负荷性能图 3.4.1~3.4.5作出踏板负荷性能图如图示: 由塔板负荷性能图可知 1) 在任务规定的气液负荷下的操作点p(设计点)处在适宜操作区内的适中位置; 2) 塔板上的气液相负荷上限完全由物沫夹带控制,操作下限由漏液控制; 3(V),7.46(8.67)m/s3) 按固定的气液比,由图可查出踏板的气液相负荷上限,气相smax 3(V),0.65(0.73)m/s负荷下限 smin 所以:精馏段操作弹性=4.61 提馏段操作弹性=5.34 3.5 浮阀塔工艺设计计算结果 浮阀塔工艺设计计算结果 项目 数值 塔径D/m 1.3 27 12/29/2010 化工原理课程设计 0.4 Hm/ 板间距 T 塔板类型 单溢流弓形降液管 ,分块式塔板 0.06 hm/板上液层高度 L 1.18 ,1ums/(.)精馏塔 空塔气速 1.22 ,1ums/(.)提馏塔 0.975 lm/ 溢流堰长度 w 溢流堰高度 0.0505 hm/精馏段 w 0.0464 hm/提馏段 w 0.159 A/m 降液管截面积 F 0.234 降液管高度W/m D 降液管底隙高度 0.017 hm/精馏段 0 0.025 hm/提馏段 0 浮阀数N/个 精馏段N/个 139 (等腰三角形插排) 提馏段N/个 117 开孔率% 精馏段% 12.5% 提馏段% 11.56% 实际动能因数F 精馏段 10.65 0 提馏段 10.55 阀孔气速 10.65 ,1ums/(.)精馏段 0 13.14 ,1ums/(.)提馏段 0 孔阀中心距(同一横排孔心距) 0.075 tm/ ‘排间距t/m(相邻横排中心精馏段/m 0.048 距离) 提馏段/m 0.056 629.8 ,p/Pa,p/Pa单板压降 精馏段 PP 28 12/29/2010 化工原理课程设计 658.4 提馏段 ,p/PaP 液体在降液管内的停留时间 精馏段 38.08 ,/s 提馏段 26.68 ,/s 降液管内的清液高度 0.1392 Hm/精馏段 d 0.1345 Hm/提馏段 d 泛点率 精馏段/% 63.55 提馏段/% 51.19 气相负荷上限 7.46 3Vms//精馏段 s 8.67 3Vms//提馏段 s 气相负荷下限(物沫夹带控0.65 3Lms//精馏段 s制) 0.73 3Lms//提馏段 s 操作弹性(漏液控制) 精馏段 4.61 提馏段 5.34 四、塔附件设计 4.1 接管设计 4.1.1进料管 进料管的结构类型很多,有直管进料管,弯管进料管,T型进料管,本设计采用直管进料管。 管径计算如下: V43Su,1.6m/s,,,882.8kg/m ,取 D,Fl,uF 1.4673 V,,0.00166m/s S882.8 4,0.00166D,,0.037m,37mm 3.14,1.6 ,38,3.5查标准系列选取 29 12/29/2010 化工原理课程设计 4.1.2回流管 1.284,765.03d,,0.038m,38mm采用直管回流管,取 u,1.6m/sRR3.14,1.6 查表取 ,38,3.5 4.1.3塔底出料管 0.0556,18.024,957.87u,1.6m/sd,,0.029m,29mm采用直管出料管,取 WW3.14,1.6 查表取,32,3.5 4.1.4塔顶蒸汽出料管 直管出气,取出口气速则 u,20m/s 4,1.568D,,0.316m,316mm 3.14,20 4.1.5塔底进气管 4,1.6132D,,0.3m,300mm采用直管,取气速则 u,23m/s3.14,23 4.2 人孔 人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道,人孔的设置应便于进入任何一层塔板,由于设置人孔处塔间距离大,且人孔设备过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求,一般每隔10~20块塔板才设一个人孔,本塔共需49块板,设置4个人孔,每个人孔直径为450mm,在设置入孔处,板间距为600mm,裙座上应开两个人孔,直径为450mm,人孔深入塔内部应与塔内壁修平,其边缘需倒棱和磨圆,人孔法兰的密封面形状及垫片用材,一般与塔的接管法兰相同,本设计也是如此。 30 12/29/2010 化工原理课程设计 五、塔体总高度的设计 5.1 塔顶部的空间高度 塔顶部的空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头的直线距离,取除沫器到第一块板的 距离为600mm,塔顶部空间高度为1200mm。 5.2 塔底部空间高度 塔底部空间高度是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线的距离,釜液停留时间取 5min。 'H,(tL,60,R)/A,(0.5~0.7) BsVT ,3,(5,2.384,10,60,0.142)/3.14,0.6,1.29m 5.3塔体总高度 H,HN,4,150,2,450,400,42,4,150,2,450,18300mm,18.3m lT H,H,H,H,H,18.3,1.03,3,1.2,23.5m lB裙顶 六、塔附属设备(换热器)设计 6.1冷凝器的选择 2有机物蒸汽冷凝器设计选用的总体传热系数一般范围为500~1500kcal/(m?h??) 22本设计取 K=700 kcal/(m?h??)=2926J/(m?h??) 出料液温度98.22?(饱和气)?78.173?(饱和液) 冷却水温度20?~35? ,t,58.22?,,t,73.22?逆流操作 12 ,t,,t58.22,43.22212,t,,,22.81m m,t58.221lnln,t43.222 设备型号:G500I—16—40 31 12/29/2010 化工原理课程设计 6.2再沸器的选择 2?h??) 选用120?饱和水蒸气加热,传热系数取K=2926 J/(m 料液温度:99.815??100?,水蒸气温度:120??120? ,t`,,t`20,20.185212逆流操作: ,t`,,,22.1mm,t`201lnln,t`20.1852 换热面积:根据全塔热量衡算,得 Q`,2150.64KJ/h 3,Q`2150.64,102 A`,,,36.57mK,t`2926,20.1m 设备型号:G?CH800—6—70 参考文献 【1】王国胜主编 ,化工原理课程设计 ,大连;大连理工大学出版社,2006 【2】姚玉英等. 化工原理[M]. 下册. 天津:天津大学出版社. 2001 【3】陈敏恒,丛德滋,方图南等. 化工原理[M]. 上下册,第三版. 北京:化学工业出版社. 2008.01 【4】谭蔚等(化工设备设计基础(天津:天津大学出版社,2007 【5】作者不详 ,化工设备图册—塔设备 ,上海;上海化学工业设计院石油化工设备设计 建设组 1974.06 【6】中国石化集团上海工程有限公司 ,化工工艺设计 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 第三版 ,北京;化学工业出版 社 2003 32
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