设计说明书 封皮及格式最新.doc
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1、中原工学院材料与化工学院化工原理课程设计说明书 设计名称:班 级:组 别:组 员:指导老师: 日 期:2013 年 12月28日设计任务书一、设计题目 3000吨酒精连续填料精馏塔设计二、设计任务及操作条件1、 设计任务: 生产能力(塔顶产品) 3000 吨年 操作周期 300 天年 进料组成 35 (质量分数,下同) 塔顶产品组成 94 塔底产品组成 0.1 2、 操作条件 操作压力 常压 (塔顶) 进料热状态 35 3、 设备型式 自选 4、 厂 址 郑 州 地 区 三、设计内容:(1) 精馏塔的物料衡算;(2) 塔板数的确定;(3) 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算;(4) 精馏塔的
2、塔体工艺尺寸计算;(5) 塔板主要工艺尺寸的计算;(6) 塔板的流体力学验算;(7) 塔板负荷性能图;(8) 精馏塔接管尺寸计算;(9) 绘制生产工艺流程图;(10) 绘制精馏塔设计条件图;(11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。四、参考资料1. 陈英南,刘玉兰. 常用化工单元设备的设计. 上海:华东理工大学出版社,20052. 黄璐,王保国. 化工设计. 北京:化学工业出版社,20013. 贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计(化工传递与单元操作课程设计). 天津:天津大学出版社,20024. 陈敏恒,丛德兹等. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京:化学工业出版社,20005. 柴诚敬
3、,刘国维,李阿娜. 化工原理课程设计. 天津:天津科学技术出版社,19956. 石油化学工业规划设计院. 塔的工艺计算. 北京:石油化学工业出版社,19977. 化工设备技术全书编辑委员会. 化工设备全书塔设备设计. 上海:上海科学技术出版社,19888. 时钧,汪家鼎等. 化学工程手册,. 北京:化学工业出版社,19869. 上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下). 北京:化学工业出版社,198610. 大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连:大连理工大学出版社,1994目 录一、概述41. 设计依据41. 技术来源41. 设计任务及要求5二、计算过程61. 塔型选择6
4、2. 操作条件的确定62.1 操作压力62.2 进料状态62.3 加热方式72.4 热能利用73. 有关的工艺计算73.1 最小回流比及操作回流比的确定83.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算93.3 全凝器冷凝介质的消耗量93.4 热能利用103.5 理论塔板层数的确定103.6 全塔效率的估算113.7 实际塔板数124. 精馏塔主题尺寸的计算124.1 精馏段与提馏段的体积流量124.1.1 精馏段124.1.2 提馏段144.2 塔径的计算154.3 塔高的计算175. 塔板结构尺寸的确定175.1 塔板尺寸185.2 弓形降液管185.2.1 堰高185.2.2 降液管底隙
5、高度h0195.2.3 进口堰高和受液盘195.3 浮阀数目及排列195.3.1 浮阀数目195.3.2 排列205.3.3 校核206. 流体力学验算216.1 气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)216.1.1 干板阻力21 6.1.2 板上充气液层阻力21 6.1.3 由表面张力引起的阻力226.2 漏液验算226.3 液泛验算226.4 雾沫夹带验算237. 操作性能负荷图237.1 雾沫夹带上限线237.2 液泛线247.3 液体负荷上限线247.4 漏液线247.5 液相负荷下限线247.6 操作性能负荷图258. 各接管尺寸的确定258.1 进料管258.2 釜残液出料管258.
6、3 回流液管258.4 塔顶上升蒸汽管268.5 水蒸汽进口管26 三、课程设计数据总结 27四、课程设计评价与认识271. 课程设计评价272. 课程设计认识27五、参考资料29六、附录图29一、概述乙醇水是工业上最常见的溶剂,也是非常重要的化工原料之一,是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能,而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来,由于燃料价格的上涨,乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势,且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。长期以来,乙醇多以蒸馏法生产,但是由于乙醇水体系有共沸现象,普通的精馏对于得到高
7、纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液,因此,研究和改进乙醇水体系的精馏设备是非常重要的。塔设备是最常采用的精馏装置,无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用,在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。1. 设计依据本设计依据于教科书的设计实例,对所提出的题目进行分析并做出理论计算。1. 技术来源目前,精馏塔的设计方法以严格计算为主,也有一些简化的模型,但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的,我们此次所做的计算也采用严格计算法。1. 设计任务及要求原料:乙醇水溶液,年产量3000吨 乙醇含量:35%(质量分数),原料液温度:45
8、设计要求:塔顶的乙醇含量不小于94%(质量分数) 塔底的乙醇含量不大于0.1%(质量分数)表1 乙醇水溶液体系的平衡数据液相中乙醇的含量(摩尔分数)汽相中乙醇的含量(摩尔分数)液相中乙醇的含量(摩尔分数)汽相中乙醇的含量(摩尔分数)0.00.00.400.6140.0040.0530.450.6350.010.110.500.6570.020.1750.550.6780.040.2730.600.6980.060.340.650.7250.080.3920.700.7550.100.430.750.7850.140.4820.800.820.180.5130.850.8550.200.5250
9、.8940.8940.250.5510.900.8980.300.5750.950.9420.350.5951.01.0二:计算过程1. 塔型选择根据生产任务,若按年工作日300天,每天开动设备24小时计算,产品流量为417kg/h,由于产品粘度较小,流量较大,为减少造价,降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响,提高生产效率,选用浮阀塔。2. 操作条件的确定 2.1 操作压力由于乙醇水体系对温度的依赖性不强,常压下为液态,为降低塔的操作费用,操作压力选为常压其中塔顶压力为 塔底压力2.2 进料状态虽然进料方式有多种,但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响,塔的操作比较
10、容易控制;此外,饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同,无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易,为此,本次设计中采取饱和液体进料2.3 加热方式精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应;由于乙醇水体系中,乙醇是轻组分,水由塔底排出,且水的比热较大,故可采用直接水蒸气加热,这时只需在塔底安装一个鼓泡管,于是可省去一个再沸器,并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热,无论是设备费用还是操作费用都可以降低。2.4 热能利用精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低,通常进入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大
11、量热量,但是由于其位能较低,不可能直接用作为塔底的热源。为此,我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。3. 有关的工艺计算由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准,需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。已知进料口、塔顶、塔釜的质量分数分别是45、94和0.1。原料液的摩尔组成:同理可求得:原料液的平均摩尔质量: 同理可求得:在45下,原料液中由此可查得原料液,塔顶和塔底混合物的沸点,以上计算结果见表2。 表2 原料液、馏出液与釜残液的流量与温度名称原料液馏出液釜残液35940.1(摩尔分数)0.17400.85980.0004摩尔质量22.87242.0718.0沸点温度/83.8378.6299.
12、383.1 最小回流比及操作回流比的确定由于是泡点进料,过点做直线交平衡线于点,由点可读得,因此: 可取操作回流比:,故R取3.03.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算以年工作日为300天,每天开车24小时计,进料量为: 由全塔的物料衡算方程可写出: (蒸汽) (泡点) 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 塔顶全凝器的热负荷:可以查得,所以 平均温度下的比热,于是冷凝水用量可求: 3.4 热能利用以釜残液对预热原料液,则将原料加热至泡点所需的热量可记为: 其中在进出预热器的平均温度以及的情况下可以查得比热,所以, 釜残液放出的热量若将釜残液温度降至那么平均温度其比热为,因此, 可知,于是
13、理论上可以用釜残液加热原料液至泡点。3.5 理论塔板层数的确定精馏段操作线方程: 提馏段操作线方程: 线方程:由精馏段和提馏段的操作线方程,用逐板计算法可以求出X1=0.5976 Y1=0.8598 X6=0.03385 Y6=0.1264X2=0.3228 Y2=0.6632 X7=0.0172 Y7=0.0669X3=0.1693 Y3=0.4571 X8=0.008348 Y8=0.0336X4=0.1099 Y4=0.3378 X9=0.003896 Y9=0.0159X5=0.06361 Y5=0.2191 X10=0.001704 Y10=0.006994X11=0.0006327
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