化工原理课程设计——精馏塔设计

1、word.word南京工程学院课程设计说明书论文题目 乙醇水连续精馏塔的设计 课 程 名 称 化工原理 院 (系、部、中心) 康尼学院 专 业 环境工程 班 级 K环境091 学 生 姓 名 朱盟翔 学 号 240094410 设 计 地 点 文理楼A404 指 导 教 师 李乾军 张东平 设计起止时间：2022年12月5日至 2022 年12月16日.word符号说明英文字母Aa塔板开孔区面积，m2；Af降液管截面积，m2；A0筛孔面积；AT塔截面积；c0流量系数，无因此；C计算umax时的负荷系数，m/s；CS气相负荷因子，m/s；d0筛孔直径，m；D塔径，m；DL液体扩散系数，m2/s；

2、DV气体扩散系数，m2/s；eV液沫夹带线量，kg(液)/kg(气)；E液流收缩系数，无因次；ET总板效率，无因次；F气相动能因子，kg1/2/s·m1/2；F0筛孔气相动能因子，kg1/2/s·m1/2；g重力加速度，9.81m/s2；h1进口堰与降液管间的距离，m；hC与干板压降相当的液柱高度，m液柱；hd与液体流过降液管相当的液柱高度，m；hf塔板上鼓泡层液高度，m；h1与板上液层阻力相当的高度，m液柱；hL板上清夜层高度，m；h0降液管底隙高度，m；hOW堰上液层高度，m；hW出口堰高度，m；h'W进口堰高度，m；H与克服外表张力的压降相当的液柱高 度，m液

3、柱；H板式塔高度，m； 溶解系数，kmol/(m3·kPa)；HB塔底空间高度，m；Hd降液管内清夜层高度，m；HD塔顶空间高度，m；HF进料板处塔板间距，m；HP人孔处塔板间距，m；HT塔板间距，m；K稳定系数，无因次；lW堰长，m；Lh液体体积流量，m3/h；LS液体体积流量，m3/h；n筛孔数目；P操作压力，Pa；P压力降，Pa；PP气体通过每层筛板的压降，Pa；r鼓泡区半径，m，t筛板的中心距，m；u空塔气速，m/s；u0气体通过筛孔的速度，m/s；u0，min漏气点速度，m/s；u'0液体通过降液管底隙的速度，m/s；Vh气体体积流量，m3/h；Vs气体体积流量，m

4、3/h；Wc边缘无效区宽度，m；Wd弓形降液管宽度，m；Ws破沫区宽度，m；x液相摩尔分数；X液相摩尔比；y气相摩尔分数；Y气相摩尔比；Z板式塔的有效高度，m。希腊字母充气系数，无因次；筛板厚度，m；空隙率，无因次；液体在降液管内停留时间，s；粘度，mPa；密度，kg/m3；外表张力，N/m；液体密度校正系数，无因次。下标max最大的；min最小的；L液相的；V气相的。.word目录精馏塔优化设计任务书1乙醇水连续精馏塔设计前言. 2精馏塔优化设计计算3一、 精馏流程确定3二、 塔的物料衡算31. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率32. 平均摩尔质量33. 物料衡算3三、 塔板数确实定41.

5、理论塔板数的求取42. 实际塔板数的求取5四、 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算61. 操作压力计算62. 操作温度计算63. 平均摩尔质量计算64. 平均密度计算75. 液体平均外表张力计算76. 液相平均粘度8五、 精馏塔的塔体工艺尺寸计算91. 塔径的计算92. 精馏塔有效高度的计算10六、 塔板主要工艺的计算101. 溢流装置计算102. 塔板布置11七、 塔板流体力学验算121. 塔板压降122. 液面落差133. 液沫夹带134. 漏液145. 液泛14八、 塔板负荷性能图141. 漏液线142. 液沫夹带线153. 液相负荷下限线164. 液相负荷上限线165. 液泛线16设

6、计计算总结表19课程设计心得20.word.word精馏塔优化设计任务书.word一、设计题目 乙醇水连续精馏塔的设计二、设计参数 1. 进精馏塔的料液含乙醇X=30%质量，其余为水 2. 产品的乙醇含量不得低于94%质量 3. 残液中乙醇含量不得高于0.1%质量 4. 生产能力为日产24小时Y=90吨94%质量的乙醇产品三、设计条件 1. 精馏塔塔顶压强：Z=4KPa表压 2. 进料热状态： 3. 回流比：R 4. 加热蒸汽：低压蒸汽 5. 单板压降 0.7kPa 6. 全塔效率：ET52%7. 建厂地址：南京地区四、设计内容 1. 设计方案确实定及流程说明 2. 塔的工艺计算 3. 塔和塔

7、板主要工艺尺寸的设计a、塔高、塔径及塔板结构尺寸确实定b、塔板的流体力学验算；c、塔板的负荷性能图 4. 设计结果概要或设计一览表 5. 精馏塔工艺条件图6. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论.word乙醇水连续精馏塔设计前言 乙醇在工业、医药、民用等方面都有很广泛的应用。是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因力乙醇极具挥发性，也具有溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。 要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续蒸馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大，精馏是多数别离过程。即同时进行屡次局部汽化和局部冷凝的过程，因

8、此可使混合液得到几乎完全的别离。化工厂中精馏操作是在直立圈形的精馏塔内进行的，塔内装有假设干层塔饭或充填一定高度的填料，为实现精馏别离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液，可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器，回流液泵等附属设备、才能实现整个操作。 浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便。节省材料。广泛应用在化工及炼油生产中，现

9、已列入部颁标准(JB1b8-68)内，F1型浮阀又分轻阀和重阀，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮润塔其有以下优点：1、生产能力大；2、操作弹性大；3、塔板效率高；4、气体压强降及液面落差较小；5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或粘度大的系统，但对于粘度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常年操作。精馏塔优化设计计算一. 设计方案确实定本设计任务为别离乙醇水混合物。对于二元混合物的别离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一局部回流至塔内，其余局部经产品冷却后送

10、至储存罐。该物系属易别离物系，最小回流比拟小，故操作回流比取最小回流比2倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储存罐。2. 精馏塔的物料衡算1. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率乙醇的摩尔质量 水的摩尔质量 2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量3. 物料衡算原料处理量 =总物料衡算 乙醇物料衡算 联立解得 三、塔板数确实定1. 理论板层数NT的求取1.1 乙醇水属理想物系，可采用图解法求理论板层数1.2 求最小回流比及操作回流比 采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e0.144，0.144作垂线ef即为进料线q线，该线与平衡线的交点坐标为 故最小回流比=此时乙醇水系统的平

11、衡曲线有下凹局部，求最小回流比自a点xD ，xD作平衡线的切线ag并延长与y轴相交于c点，截距为0.273，即 当最小回流比为2.150比0.962还大时，已出现恒浓区，需要无穷多块塔板才能到达g点。所以对有下凹局部平衡曲线的物系，求Rmin 时，不能以平衡数据yq，xq代入。所以，取操作回流比为1.3 求精馏塔的气、液相负荷L=RD=V=R+1D=L'=L+F=V'=V=1.4 求操作线方程精馏段操作线方程为y=提留段操作线方程为y=1.5 图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，如下图。求解结果为总理论板层数 NT=19.5包括再沸器进料板位置 NF=172. 实际板层数

12、的求取精馏段实际板层数 提留段实际板层数 四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算1. 操作压力计算塔顶操作压力 每层塔板压降 进料板压力 a精馏段平均压力 2. 操作温度计算依据压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙醇水的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程省略，计算结果如下塔顶温度 进料版温度 精馏段平均温度 3. 平均摩尔质量塔顶平均摩尔质量计算由 ,查平衡曲线得进料板平均摩尔质量计算由图解理论塔板得 查平衡曲线得 精馏段平均摩尔质量4. 平均密度计算4.1 气相平均密度由理想气体状态方程计算，即4.2 液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即塔顶液相平均

13、密度的计算由 ，查手册得 进料板液相平均密度计算由 ，查手册得 进料板液相的质量分率精馏段液相平均密度为5. 液体平均外表张力计算液相平均外表张力依下式计算，即塔顶液相平均外表张力计算由 ，查手册的 进料液相平均外表张力的计算由 ，查手册得 精馏段液相平均外表张力为6. 液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算，即塔顶液相平均年度计算由 ，查手册得 解得 进料板平均粘度计算由 ，查手册得 解得 精馏段液相平均外表张力为五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算1. 塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为由 式中C由式计算，其中由图查取，图的横坐标为取板间距，板上液层高度查图史密斯关联图得：取平安系数0.7，那么

14、空塔气速为按标准塔径圆整后为塔截面积为实际空塔气速为2. 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为提留段有效高度为在进料板上方开一人孔，其高度为故精馏塔的有效高度为6、 塔板主要工艺尺寸的计算1. 溢流装置计算因塔径，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：1.1 堰长取 1.2 溢流堰高度由 选用平直堰，堰上液层高度，由式计算近似取 E=1，那么取上清液层高 故 弓形降液管宽度和截面积由 查图得 故 依式 验算液体在降液管停留时间即 故降液管设计合理1.3 降液管底隙高度取 那么 故降液管底隙高度设计合理选用凹形受液盘，深度 . 2. 塔板布置2.1 踏板的分块因，故塔板采用分块式

15、，查表得塔板分为3块。2.2 边缘区确定取 2.3 开孔区面积计算开孔面积，按式计算其中 故 2.4 筛孔计算及其排列此题所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径筛子按正三角形排列，取孔中心距为筛孔数目为开孔率为气孔通过阀孔的气速为7、 筛板的流体验算1. 塔板压降1.1 干板阻力计算干板阻力由式计算由 ，查图得，故 1.2 气体通过液层的阻力计算气体通过液层阻力由式计算，即查图得 1.3 液体外表张力的阻力计算液体外表张力所产生的阻力由式计算即 气体通过每层塔板的液柱高度可按下式计算，即 气体通过每层塔板的压降为设计允许值2. 液面落差对于筛板塔，液面差很小，且塔径和流量均不大，故可忽

16、略液面落差的影响3. 也沫夹带液沫夹带量由下式计算，即故 故在本设计中液沫夹带量在允许范围内4. 漏液对筛板塔，漏液点气速可由式 实际孔速 稳定系数为 故在本设计中无明显漏液5. 液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高应服从式乙醇水物系属一般物系，取，那么而 板上不设进口堰，可按下式计算，即故在本设计中不会发生液泛现象8、 塔板负荷性能图1. 漏液线由 得 整理得 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表。由上表数据可作出漏液线1。2. 液沫夹带线以为限，求关系如下：由 故 整理得 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表内由上表数据即可作出液沫夹带量线2。3

17、. 液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层高度作为液体负荷最小标准。那么取 ，那么据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。4. 液相负荷上限线以作为液体降液管中停留时间的下限，那么故 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。5. 液泛线令由 ；联立得 忽略，将与，与，与的关系式代入上式，并整理得， 式中 将有关数据代入，得故 或 在操作范围内，任取几个值，依上式算出值，计算结果列于表内由上表数据可作出液泛线5。根据以上各线方程，可作出筛板塔负荷性能图：在负荷性能图上，作出操作点A1.4，1.0869，连接OA，即作出操作线。由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制，由图查得 故操作弹性为设计结果课程设计心得 本次化工原理课程设计历时两周，是学习化工原理课程以来，第一次独立的工业设计。在短短的两周时间内，从开始的一头