1、精選優質文檔傾情為你奉上精選優質文檔傾情為你奉上專心專注專業專心專注專業精選優質文檔傾情為你奉上專心專注專業成績 華北科技學院化工原理課程設計說明書設計題目：分離乙醇-正丙醇混合液的精餾塔設計姓 名： 熊 先 清 專 業： 化學工程與工藝 班 級： 化工B091 學 號： 2 指導教師： 高麗花 李辰明 設計時間：2012年6月10日至2012年6月22日完成時間：2012年6月22日 評 語：目錄 TOC o 1-3 u 目錄 PAGEREF _Toc h 2矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。一設計任務書 PAGEREF _Toc h 4二塔板的工藝設計 PAGEREF _Toc h 4（一）設計方案的

2、確定 PAGEREF _Toc h 4（二）精餾塔的物料衡算 PAGEREF _Toc h 41.原料液及塔頂、塔釜產品的摩爾分數 PAGEREF _Toc h 42.物料衡算 PAGEREF _Toc h 4(三)物性參數的計算 PAGEREF _Toc h 51.操作溫度的確定 PAGEREF _Toc h 52.密度的計算 PAGEREF _Toc h 63.混合液體表面張力的計算 PAGEREF _Toc h 94.混合物的粘度 PAGEREF _Toc h 115.相對揮發度 PAGEREF _Toc h 12(四)理論板數及實際塔板數的計算 PAGEREF _Toc h 121.理

3、論板數的確定 PAGEREF _Toc h 122.實際塔板數確定 PAGEREF _Toc h 14(五)熱量衡算 PAGEREF _Toc h 141.加熱介質的選擇 PAGEREF _Toc h 142.冷卻劑的選擇 PAGEREF _Toc h 153.比熱容及汽化潛熱的計算 PAGEREF _Toc h 154.熱量衡算 PAGEREF _Toc h 17(六)塔徑的初步設計 PAGEREF _Toc h 191.汽液相體積流量的計算 PAGEREF _Toc h 192.塔徑的計算與選擇 PAGEREF _Toc h 20(七)溢流裝置 PAGEREF _Toc h 221.堰長l

4、W PAGEREF _Toc h 222.弓形降液管的寬度和橫截面積 PAGEREF _Toc h 233.降液管底隙高度 PAGEREF _Toc h 23(八)塔板分布、浮閥數目與排列 PAGEREF _Toc h 241.塔板分布 PAGEREF _Toc h 242. 浮閥數目與排列 PAGEREF _Toc h 24二、塔板的流體力學計算 PAGEREF _Toc h 26（一）汽相通過浮閥塔板的壓降 PAGEREF _Toc h 261.精餾段 PAGEREF _Toc h 272.提餾段 PAGEREF _Toc h 27（二）淹塔 PAGEREF _Toc h 281.精餾段

5、PAGEREF _Toc h 282.提餾段 PAGEREF _Toc h 28（三）霧沫夾帶 PAGEREF _Toc h 29（四）塔板負荷性能圖 PAGEREF _Toc h 301.霧沫夾帶線 PAGEREF _Toc h 302.液泛線 PAGEREF _Toc h 313.液相負荷上限線 PAGEREF _Toc h 324.漏液線 PAGEREF _Toc h 325.液相負荷下限線 PAGEREF _Toc h 33三、塔總體高度計算 PAGEREF _Toc h 351.塔頂封頭 PAGEREF _Toc h 362.塔頂空間 PAGEREF _Toc h 363.塔底空間

6、PAGEREF _Toc h 364人孔 PAGEREF _Toc h 365.進料板處板間距 PAGEREF _Toc h 376.裙座 PAGEREF _Toc h 37四、塔的接管 PAGEREF _Toc h 371.進料管 PAGEREF _Toc h 372.回流管 PAGEREF _Toc h 383.塔底出料管 PAGEREF _Toc h 384.塔頂蒸汽出料管 PAGEREF _Toc h 385.塔底蒸汽管 PAGEREF _Toc h 38五、塔的附屬設備設計 PAGEREF _Toc h 391.冷凝器的選擇 PAGEREF _Toc h 392.再沸器的選擇 PAG

7、EREF _Toc h 39六、總結 PAGEREF _Toc h 40七參考文獻 PAGEREF _Toc h 41一 設計任務書【設計題目】分離乙醇-正丙醇混合液的精餾塔設計【設計條件】進料：乙醇含量40%（質量分數，下同），其余為正丙醇分離要求：塔頂乙醇含量93%；塔底乙醇含量0.01%生產能力：年處理乙醇-正丙醇混合液25000噸，年工7200小時操作條件：間接蒸汽加熱；塔頂壓強1.03atm(絕壓)；泡點進料； R=5【設計計算】二 塔板的工藝設計（一）設計方案的確定本設計的任務是分離乙醇-正丙醇混合液。對于二元混合物的分離，應采用連續精餾流程。（二）精餾塔的物料衡算1.原料液及塔頂

8、、塔釜產品的摩爾分數 乙醇的摩爾質量 MA=46kg/kmol 丙醇的摩爾質量 MB=60kg/kmol 原料乙醇的摩爾分數： 塔頂產品的摩爾分數： 塔釜殘夜乙醇的摩爾分數：2.物料衡算 原料處理量： 物料衡算： 乙醇的物料衡算：兩式聯立得：(三)物性參數的計算表1 乙醇正丙醇混合液的 t-x-y 關系（x表示液相中乙醇摩爾分率，y表示氣相中乙醇摩爾分率）t97.6093.8592.6691.6088.3286.2584.9884.1383.0680.5078.38x00.1260.1880.2100.3580.4610.5460.6000.6630.8841.0y00.2400.3180.3

9、490.5500.6500.7110.7600.7990.9141.0表1的平衡數據摘自：J.Gmebling,U.onken Vapor-liquidEquilibrium Data Collection-Organic Hydroxy Compounds: Alcohols(p.336)。聞創溝燴鐺險愛氌譴凈。乙醇沸點：78.3；正丙醇沸點：97.2。1.操作溫度的確定利用上表中數據利用數值插入法確定進料溫度tF、塔頂溫度tD塔釜溫度tW進料溫度：塔頂溫度：塔釜溫度：精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：2.密度的計算利用式：，計算混合液體的密度和混合氣體的密度。(1)塔頂： 塔頂溫度：tD=7

10、9.40 氣相組成yD:進料： 進料溫度：tF=86.17 氣相組成yF:塔釜： 塔釜溫度：tW=97.60 氣相組成yW: (2)精餾段平均液相組成:精餾段平均汽相組成:精餾段液相平均相對分子量:精餾汽相平均相對分子量:(3)提餾段平均液相組成：提餾段平均汽相組成：提餾段液相平均相對分子量:提餾汽相平均相對分子量:(4)進料、塔頂及塔釜混合液的密度表2：不同溫度下乙醇和正丙醇的密度溫度/707580859095100乙醇748.87739.87735.87731.87728.87723.87715.87正丙醇762.56755.86750.86745.87740.87735.87730.87

11、 利用表2中的數據利用數值插入法確定進料溫度tF、塔頂溫度tD塔釜溫度tW下的乙醇和正丙醇的密度。進料溫度tF：tF=86.17塔頂溫度tD：tD=79.40塔釜溫度tW：tW=97.60(5) 精餾段液相平均密度和提餾段液相平均密度精餾段液相平均密度：提餾段液相平均密度： (6)精餾段和提餾段混合液的平均摩爾質量塔頂混合液的平均摩爾質量： 進料液的平均摩爾質量： 塔底釜殘液的平均摩爾質量：所以，精餾段混合液的平均摩爾質量：提餾段混合液的平均摩爾質量：(7) 精餾段汽相平均密度和提餾段汽相平均密度塔頂混合液汽相平均密度：進料液汽相平均密度：塔底釜殘液汽相平均密度：所以，精餾段汽相平均密度：提餾

12、段汽相平均密度：3.混合液體表面張力的計算表3：不同溫度下乙醇和正丙醇的表面張力溫度/707580859095100乙醇18.217.917.417.016.416.115.7正丙醇19.819.518.918.518.117.617.2利用上表中數據利用數值插入法確定進料溫度tF、塔頂溫度tD塔釜溫度tW下的乙醇和正丙醇的表面張力。液相平均表面張力按下式計算：(1) 混合液體表面張力 原料液的表面張力 乙醇的表面張力：正丙醇的表面張力：原料液的表面張力塔頂液的表面張力乙醇的表面張力：丙醇的表面張力：塔頂液的表面張力 釜殘液的表面張力乙醇的表面張力：丙醇的表面張力：釜殘液的表面張力(2)提餾段

13、和精餾段的平均表面張力 精餾段平均表面張力：提餾段平均表面張力：4.混合物的粘度表4：不同溫度下乙醇和丙醇的粘度溫度707580859095100乙醇0.510.4800.4260.4100.3700.3450.325正丙醇0.850.7500.6850.6400.5650.4950.460利用表4中的數據利用數值插入法確定進料溫度tF、塔頂溫度tD塔釜溫度tW下的乙醇和正丙醇的粘度。 (1) 混合液體粘度精餾段的平均溫度為：,該溫度下 乙醇的粘度為：正丙醇的粘度為：精餾段混合液的粘度為：(2)提餾段的平均溫度為：,該溫度下 乙醇的粘度為：正丙醇的粘度為：提餾段混合液的粘度為：5.相對揮發度由

14、, 得由, 得由, 得精餾段的相對揮發度：提餾段的相對揮發度：平均相對揮發度(四)理論板數及實際塔板數的計算1.理論板數的確定 設計條件已確定回流比R=5，并且是泡點進料,q=1則， 本設計采用圖解法求解理論板數。由表1中乙醇和正丙醇的氣液平衡數據，繪出x-y圖，如下圖：操作線方程精餾段操作線方程為：提餾段操作線方程為：利用逐板計算法計算理論板數層數x值y值備注10.0.94520.0.30.0.40.0.50.0.60.0.70.0.80.0.進料板90.0.100.0.110.0.120.0.130.0.140.0.150.0.160.0.170.0.180.0.190.0.200.0.2

15、10.0.220.0.230.0.240.0.257.9351E-050.塔釜由上表看出全塔理論板數為塊（包含再沸器）加料板為第8塊理論板。 精餾段理論板數：塊；提餾段理論板數：塊2.實際塔板數確定精餾段： 已知：，塊提餾段：已知：，塊則全塔所需的實際板數為：塊全塔效率：實際加料板的位置在第15塊板。(五)熱量衡算1.加熱介質的選擇常用的加熱介質有飽和水蒸汽和煙道氣。由于水蒸氣清潔易得，不易結垢，不腐蝕管道的優點，本設計采用飽和水蒸汽作為加熱介質。飽和水蒸汽壓力越高，冷凝溫差越大，管程誰相應減少，但是壓力不宜過高。殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。2.冷卻劑的選擇常用的冷卻劑式水和空氣，本設計考慮用冷凝水

16、作為冷卻劑。3.比熱容及汽化潛熱的計算表5：不同溫度下乙醇和正丙醇的比熱容溫度60708090100乙醇KJ/(Kg)3.073.253.483.693.89正丙醇KJ/(Kg)2.8633.133.263.34表6：不同溫度下乙醇和正丙醇的汽化熱溫度708090100乙醇kJ/kg810820.5840.8860.9丙醇kJ/kg673690.5703.5745.5塔頂溫度tD下的比熱容 塔頂溫度tD=79.40 ，使用內插法求該溫度下乙醇和正丙醇的比熱容。 乙醇的比熱容：正丙醇的比熱容：(2)進料溫度tF下的比熱容進料溫度：tF=86.17乙醇的比熱容：正丙醇的比熱容：(3)塔底溫度tW下

17、的比熱容塔釜溫度：tW=97.60乙醇的比熱容：正丙醇的比熱容：(4)塔頂溫度tD下的汽化潛熱 內插法計算出塔頂溫度下的汽化潛熱。乙醇的汽化潛熱：正丙醇的氣化潛熱：4.熱量衡算(1)0時塔頂上升的熱量Qv 塔頂以0為基準(2)回流液的熱量注：此為泡點回流。根據t-x-y圖查得此時組成下的泡點tD=79.20圖2：乙醇正丙醇混合液的 t-x-y 關系圖此溫度下，正丙醇的比熱容：(3)塔頂餾出液的熱量因餾出口與回流口組成相同，所以(4)進料的熱量(5)塔底殘液的熱量(6)冷凝器消耗的熱量(7)再沸器提供熱量(全塔范圍列熱量衡算式) 取塔釜熱量損失為10，則,再沸器的實際熱負荷： 計算得： 計算結果

18、見下表：表7：熱量衡算計算結果工程進料冷凝器塔頂流出液塔底流出液再沸器平均比熱容181.65161.22199.26熱量.51.33.24.70.4(六)塔徑的初步設計1.汽液相體積流量的計算(1)精餾段：已知：， ，則質量流量為：體積流量為：(2)提餾段已知：， ，則質量流量為：體積流量為：2.塔徑的計算與選擇(1)精餾段利用；， 史密斯關聯圖如圖3所示。圖3：史密斯關聯圖橫坐標數值：取板間距：,，查圖3可知：，塔徑：，塔徑圓整：塔橫截面積：空塔氣速：(2)提餾段橫坐標數值：取板間距：,，查圖3可知：，塔徑：，塔徑圓整：塔橫截面積：空塔氣速：(七)溢流裝置1.堰長取出口堰高：本設計采用平直堰

19、，堰上高度按下式計算（因溢流強不是很大，近似取溢流系數E=1）精餾段 溢流堰高度：提餾段溢流堰高度：2.弓形降液管的寬度和橫截面積降液管的型式：因塔徑和流體流量適中，故選取弓形降液管。查圖： 查圖得：,驗算降液管內停留時間：精餾段(2) 提餾段圖4：弓形降液管的參數3.降液管底隙高度(1)精餾段 降液管底隙的流速(2)提餾段 (八)塔板分布、浮閥數目與排列1.塔板分布 本設計塔徑，因，故采用分塊式塔板。2. 浮閥數目與排列(1)精餾段 取浮閥動能因子孔速： 每層塔板上浮閥數目：取邊緣區寬度：；泡沫區寬度：計算塔板上的鼓泡區面積： ,其中,代入數據, 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個橫排

20、的孔心距估算排列間距：若考慮到塔徑較大，必須采用分塊式塔板，而個分塊的支撐于銜接也要占去一部分鼓泡面積，因此排列間距不宜86mm，而應小些，故取，按、，以等腰三角形叉排作圖（浮閥排列示意圖略），排得浮閥數為165個。釅錒極額閉鎮檜豬訣錐。按個重新核算孔速和閥孔動能因子閥孔動能因子變化不大，仍在范圍之內。塔板開孔率：(2)提餾段取浮閥動能因子孔速： 每層塔板上浮閥數目：浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個橫排的孔心距估算排列間距：故取，按、，以等腰三角形叉排作圖（浮閥排列示意圖略），排得浮閥數為170個。按個重新核算孔速和閥孔動能因子閥孔動能因子變化不大，仍在范圍之內。塔板開孔率：二、塔板的

21、流體力學計算（一）汽相通過浮閥塔板的壓降依據，來計算。1.精餾段(1)干板阻力 因，故(2)板上充氣液層阻力取， ，則(3)液體表面張力所造成的阻力 此阻力很小，通常可忽略不計。與氣體流經塔板的壓降相當的液柱高度為：2.提餾段(1)干板阻力 因，故(2)板上充氣液層阻力取， ，則(3)液體表面張力所造成的阻力 此阻力很小，通常可忽略不計。與氣體流經塔板的壓降相當的液柱高度為：（二）淹塔為了防止淹塔現象的發生，要求控制降液管中的清液層高度，1.精餾段 (1)單層氣體通過塔板的壓降相當的液柱 (2)液體通過塔板的壓降相當的液柱高度(3)板上液層高度 ，則取，已選定，則可見，所以符合防止淹塔的要求。

22、2.提餾段(1)單層氣體通過塔板的壓降相當的液柱 (2)液體通過塔板的壓降相當的液柱高度(3)板上液層高度 ，則取，已選定，則可見，所以符合防止淹塔的要求。（三）霧沫夾帶(1)精餾段泛點率：板上液體流經的長度：板上液餾面積：取物性系數，泛點負荷系數代入數據：對于較大的塔，為了避免過量霧沫夾帶，應控制泛點率不超過80%，由上面計算結果可知，霧沫夾帶能夠滿足要求。彈貿攝爾霽斃攬磚鹵廡。（2）.提餾段 取物性系數，泛點負荷系數泛點率：（四）塔板負荷性能圖1.霧沫夾帶線泛點率：根據上式可作出負荷性能圖的霧沫夾帶線。按泛點率80%計算。(1)精餾段泛點率：， 由上式可知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內任

23、取值，可算出(2)提餾段泛點率：在操作范圍內任取值，可算出，計算結果見下表：表8：霧沫夾帶線計算結果精餾段提餾段0.0022.160.0022.050.0062.000.0061.890.011.830.011.732.液泛線，根據此式確定液泛線，忽略式中的(液體表面張力引起的阻力)。其中(1)精餾段整理得：(2)提餾段整理得：表9：液泛線計算結果精餾段提餾段0.0013.1210.0013.0910.0023.0540.0023.0210.0032.9940.0032.9510.0042.9340.0042.8770.0052.8750.0052.7980.0072.7500.0072.61

24、53.液相負荷上限線 液體的最大流量應保證降液管內停留時間不低于。液體的在降液管內的停留時間：以作為液體在降液管內的停留時間的下限，則4.漏液線 對于型重閥，做作為規定最小負荷的標準，則(1)精餾段(2)提餾段5.液相負荷下限線 取堰上液層高度作為液相負荷下限線條件，作出液相負荷下限線，改線為與汽相流量無關的直線。,由霧沫夾帶線、液泛線、液相負荷上限線、漏液線、液相負荷下限線作出塔板負荷性能圖，如下圖所示由塔板負荷性能圖可以看出：在任務規定的氣液負荷下的操作點（設計點）處在適宜操作區內的適中位置；塔板的氣液相負荷完全由霧沫夾帶線控制，操作下限由漏液線控制；按固定的氣液比，由圖可以查出：精餾段汽

25、相負荷上限，精餾段汽相負荷下限提餾段汽相負荷上限，提餾段汽相負荷下限精餾段的操作彈性：提餾段的操作彈性：浮閥塔設計計算結果匯總見下表：浮閥塔設計計算結果匯總序號工程計算數據備注精餾段提餾段1塔徑/m1.41.42板間距/m0.450.453塔板類型單溢流弓形降液管分塊式塔板4空塔氣速(m/s)1.011.005堰長/m0.910.916堰高/m0.0550.0507板上層高度0.070.078降液管底隙高度/m0.0350.0229浮閥數/個165170等腰三角形叉排10閥孔氣速(m/s)8.8377.95911閥孔動能因子10.3610.5312臨界閥孔氣速/(m/s)7.8037.3681

26、3孔心距/m0.0750.075同一橫排孔心距14排間距/m0.0860.082相鄰橫排中心距離15單板壓降/Pa571.6577.2316降液管內清液層高度/m0.15040.158817泛點率/%59.9264.2218汽相負荷上限2.202.18霧沫夾帶控制19汽相負荷下限0.750.73漏液控制20操作彈性2.932.85三、塔總體高度計算塔總體高度利用下式計算：其中：n為實際板數；nF為進料板數；HF為進料處板間距；nP人孔數；Hp人孔處板間距；HD塔頂空間；HB塔頂空間；H1塔頂封頭高度H2裙座高度。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。1.塔頂封頭封頭分為橢圓形、蝶形封頭等。本設計采用橢圓形封頭

27、。由公稱直徑，查表得曲面高度,直邊高度，內表面積，容積.廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。則封頭高度：2.塔頂空間設計中取塔頂間距，考慮到需要安裝除沫器，所以選擇塔頂空間1.2m3.塔底空間設計中塔底空間高度是指從塔底最下一層塔板到塔底封頭的底邊處的距離，取釜液停留時間為5min，卻塔底液面至最下一層塔底之間距離為1.5min。則煢楨廣鰳鯡選塊網羈淚。4人孔對于的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔塔板設以人孔，本塔中共有49快板，需設置個人孔6個人孔，每隔人孔直徑為450mm，在設置人孔出板間距。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。5.進料板處板間距 考慮在進口處安裝防沖設施，取進料板處板間距6.裙座塔底常用裙座支撐，本設計采用圓筒形裙座。由于裙座內徑大于800mm，故裙座壁厚取16mm。基礎環內徑：基礎環外徑：圓整后：，考慮到再沸器，取裙座高塔體總高度：四、塔的接管1.進料管進料管的結構類型很多，由直管進料管、彎管進料管、T型進料管