2022年浮阀板酒精连续精馏塔方案说明书 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用目录名师归纳总结 第一部分：设计任务书 3 第 1 页,共 15 页其次部分：工艺流程图 3 第三部分：设计方案的确定与说明 4 第四部分：设计运算与论证 4 一板式塔的工艺运算 47二板式塔的工艺条件及物性资料运算 10 三板式塔的主要工艺尺寸运算 四塔板的流体力学验算 13五塔板的负荷性能图 14六主要接管尺寸运算 1719七帮助设备设计定型 八塔的总体结构 23九塔的详细结构设计 23第五部分：设计结果概要 25 第六部分：参考资料 2526第七部分：心得体会 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第 一 一 部 部 分 分 ： 设 设 计 计 任 任 务 务 书一、题目：酒 精 精 连 连 续 续 精 精 馏 馏 板 板 式 式 塔 塔 的 的 设 设 计 计 ；二、原始数据：1原料：乙醇水混合物,含乙醇 29%<质量）,温度 27；2产品：馏出液含乙醇 94%<质量）,温度 38,残液中含酒精浓度0.07% 3生产才能：日产酒精 <指馏出液） 12000 Kg ；4热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽,其肯定压强为 2.5 Kg f /c；三、任 务：1. 确定精馏的流程,绘出流程图,标明所需的设备、管线及其有关观测或掌握所必需的外表和装置；2. 精馏塔的工艺设计和结构设计：选定塔板型,确定塔径、塔高及进料板的位置；选择塔板的结构型式、确定塔板的结构尺寸；进行塔板流体力学的运算 <包括塔板压降、淹塔的校核及雾沫夹带量的校核等）；3. 作出塔的操作性能图,运算塔的操作弹性；4. 确定与塔身相连的各种管路的直径；5. 运算全塔装置所用蒸汽量和冷却水用量,确定每个换热器的传热面积并进行选型,如采纳直接蒸汽加热,需确定蒸汽鼓泡管的形式和尺寸；6. 其它；四、作业份量：1. 设计说明书一份,说明书内容见化工过程及设备设计的绪论,其中设计结果概要一项详细内容包括：塔板数、塔高、塔径、板间距、回流比、蒸汽上升速度、热交换面积、单位产品热交换面积、蒸汽用量、单位产品蒸汽用量、冷却用水量、单位产品冷却用水量、操作压强、附属设备的规格、型号及数量等；2. 塔装配图 <1 号图纸）；塔板结构草图 <35X35 运算纸）；工艺流程图 35X50 运算纸 >；流程概要：第 二 二 部 部 分 分 ： 工 工 艺 艺 流 流 程 程 图见附图 1>乙醇水混合原料经预热器加热到泡点后,送进精馏塔,塔顶上升的蒸汽采纳全凝器冷凝后,一部分采纳回流,其余为塔顶产物,塔釜采纳间接蒸汽加热供热,塔底产物冷却后送人贮槽；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 第 第三 三部 分：设 设个人资料整理仅限学习使用与 与说 说明 明第 3 页,共 15 页计 计方 方案 的确 确定 定- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用一设计方案的确定1塔板类型：选用 F1型重浮阀塔 . 浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点,而且操作弹性大,操作敏捷,板间压降小,液面落差小 , 浮阀的运动具有去污作用,不简洁积垢堵塞,操作周期长,结构简洁,简洁安装,操作费用较小,其制造费用仅为泡罩塔的60%80%；又由于F1 型浮阀塔结构简洁,制造便利,节约材料,性能良好；另外轻阀压降虽小,但操作稳固性差,低气速时易漏液；综上所述,挑选 F1 型重阀浮阀塔；2操作压力：常压精馏 对于乙醇水体系,在常压下已经是液态,且乙醇水不是热敏性材料,在常压下也可胜利分别,所以选用常压精馏；由于高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加,特别是真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用,而且由于真空下气体体积增大,需要的塔径增加,因此塔设备费用增加；综上所述,挑选常压操作；3进料状态：泡点进料进料状态有五种,假如挑选泡点进料,即q=1 时,操作比较简洁掌握,且不受季节气温的影响,此外,泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同,设计和制造时比较便利；4加热方式：间接蒸汽加热蒸馏釜的加热方式通常采纳间接蒸汽加热,设置再沸器；直接蒸汽加热只能用于塔底产物基本是水,由于蒸汽的不断通入,对塔底溶液起了稀释作用,在塔底易挥发物缺失量相同的情形下,塔底残液中易挥发组分的浓度应较低,因而塔板数稍有增加,成本增加,故采纳间接加热；5热能利用方式：挑选相宜回流比,塔釜残液作为原料预热热源相宜的回流比应当通过经济核算来确定,即操作费用和设备折旧费用之和为最低时的回流比为最相宜的回流比；确定回流比的方法为：先求出最小回流比 R,依据体会取操作回流比为最小回流比的 1.12.0倍,考虑到原始数据和设计任务,本方案取 1.5,即： R1.5R；采纳釜液产品去预热原料,可以充分利用釜液产品的余热,节约能源；5回流方式：泡点回流泡点回流易于掌握 , 设计和掌握时比较便利 , 而且可以节约能源；二.设计方案的说明1；本精馏装置利用高温的釜液与进料液作热交换,同时完成进料液的预热和釜液的冷却,经过热量与物料衡算,设想合理；釜液完全可以把进料液加热到泡点,且低温的釜液直接排放也不会造成热污染；2；原料液经预热器加热后先通过离心泵送往高位槽,再通过阀门和转子流量计掌握流量使其满意工艺要求；3；本流程采纳间接蒸汽加热,使用25水作为冷却剂,通入全凝器和冷却器对塔顶蒸汽进行冷凝和冷却；从预热器、全凝器、冷却器出来的液体温度分别在 50-60 、 40和35左右,可以用于民用热澡水系统或输往锅炉制备热蒸汽的重复利用；4本设计的多数接管管径取大,为了能使塔有肯定操作弹性,答应气体液体流量增大,所以实行大于工艺尺寸所需的管径；设计方案确定原就参考化工原理课程设计指导书P7至 P9 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 四 四 部 部 分 分 ： 设 设 计 计 计 计 算 算 与 与 论 论 证个人资料整理仅限学习使用一. 板式塔的工艺运算（一）物料衡算 1；将质量分数转换成摩尔分数2；物料衡算<1）摩尔流量计 算kmol <2）质量流量运算名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理仅限学习使用理 论 塔（二）板数的求取 <图解法）由常压下沸腾的水-酒精溶液和由它产生的气体组成及沸点表描点作图,可得X=0.272最小回流比取体会值 1.5 ,理论塔板数为30 块：精馏段26 块,提馏段4 块加料板为第27 块（三）操作线方程1 精馏段方程 : 精馏段方程 :物料衡算公式按化工原理课程设计指导书P10至 P11 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 理论塔板数依据VB 程序得出个人资料整理仅限学习使用2 提馏段方程：提馏段方程 :（四）全塔效率和实际板数103）1塔顶：=0.8597 时,0.8640 78.2挥发度1.0368 进料：=0.1377 时,0.4868 = 84.8挥发度5.9400 塔釜：=0.000274 时,0.00369 <由于考虑到实际情形常用挥发度13.5133 平均挥发度：2塔顶 查得 进料 查得 塔釜 查得平均粘度 3全塔效率：4实际板数：名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用取总板数查化工原理试验P144 依据 X,用内差法求得 Y, t 用公式求算挥发度粘度查化工原理上册 P344 附录十四及液体的粘度和密度图二板式塔的工艺条件及物料运算<一）平均温度运算塔顶：,塔釜：,进料：全塔平均温度：,精馏段平均温度：提馏段平均温度： 二>操作压强运算名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用由于常压下乙醇水是液态混合物,其沸点较低 <小于 100）,故采纳常压精馏就可以分别；故塔顶压强： PD=101.3KPa,取每层压强降为塔底压强：进料板压强：全塔平均操作压强：精馏段平均操作压强：提馏段平均操作压强：<三）平均分子量运算1塔顶：=0.8597 0.8640气相 0.8640 × 46<10.8640 ）× 1842.27液相 0.8597 × 46<10.8597 ）× 1842.072进料：0.1377 ,=0.4868 气相 0.4868 × 46<10.4868 ）× 1831.63液相 0.1377 × 46<10.1377 ）× 1821.863塔釜：0.000274 ,0.00369 气相 0.00369 × 46<10.00369 ）× 18 18.10液相 0.000274 × 46<10.000274 ）× 1818.014精馏段平均分子量42.27+31.63>/2=36.95名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用42.07+21.86>/2=31.97 5提馏段平均分子量 <31.63+18.10 ）/2 24.8721.86+18.01>/2=19.94 <四）平均密度运算 1液相塔顶查得 液>0.9728 液>0.7460.8597 × 0.746 <10.8597 ）× 0.9728 0.7778778进料查得 液>0.9687 液>0.7710.1377 × 0.771 <1 0.1377 ）× 0.9687 0.9415942塔釜查得 液> 958.40.000274 × 0<10.000274 ）× 958.4 958精馏段液相平均密度：<778+958） /2=868提馏段液相平均密度：<942+958） /2=950 2气相塔顶查得 气>0.2743 气>1.43080.8640 × 1.4308 <10.8640 ）× 0.2743 1.2735名师归纳总结 进料查得 气>0.3517第 10 页,共 15 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 气>1.425物理化学试验P162表 6 用内差法查纯液体密度查化工原理上册 P335 查水的密度化工原理上册 P337查饱和水蒸汽密度化工原理试验P144表 2 查乙醇蒸汽的密度0.4868 × 1.425 <10.4868 ）× 0.3517 0.8742塔釜查得 气>0.6620.000274 × 0<10.000274 ）× 0.662 0.662精馏段气相平均密度：<1.2735+0.8742 ）/2=1.074提馏段气相平均密度：<0.8742+0.662 ）/2=0.7679<五）表面张力1塔顶查得mN/m17.8 mN/m 0.8597 × 17.8 <10.8597 ）× 62.85 24.96mN/m 2进料查得61.52 mN/m17.1 mN/m 0.1377 × 17.1 <1 0.1377 ）× 61.52 55.40 mN/m 名师归纳总结 3塔釜查得58.23mN/m15.2 mN/m 第 11 页,共 15 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用0.000274 × 15.2 <1 0.000274 ）× 58.23 58.07 mN/m 4精馏段平均表面张力： 精 >=24.96+55.40>/2=40.18 mN/m 5精馏段平均表面张力： 提 >=55.40+58.07>/2=55.74 mN/m <六）平均流量运算化工原理上册 P335查水的表面张力 P355 查乙醇的表面张力名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用三板式塔的主要工艺尺寸运算<一）塔径 D 1. 求空塔气速 u 1><以精馏段为例）2> 初选板间距HT=0.35m,板上液层厚度hL=0.06m HT-hL=0.35-0.06=0.29m 3> 查 Smith 图, 得4> 求空塔气速u= 安全系数 >× umax 安全系数为0.6 0.8 ,取安全系数为0.6就2. 求塔径 D 圆整：取 D=0.7m；塔的截面积：实际空塔气速： 二> 溢流装置 选用单溢流 , 弓形降液管 , 不设进口堰 , 平形受液盘以及平形溢流堰；1. 堰长 lW：名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 堰长=0.60.8>D 个人资料整理仅限学习使用取堰长 l W=0.6D=0.6 × 0.7=0.42m 2. 出口堰高 hW1> 液流收缩系数 E 取 E=1 2> 堰上液层高度：1化工过程及设备设计P131 式 4 23 2挑选原就查化工原理下册 P156 3查化工过程及设备设计P130Smith 图化工过程及设备设计P131 式 422 式 421 化工原理下册 P156 查化工原理下册 P155, 表 3-2 对比圆整查化工过程及设备设计P132 化工原理下册 P159图 311 3> 堰高：名师归纳总结 依据 0.1 0.05 ,验算：第 14 页,共 15 页 0.10.006382 0.0536 0.05 0.006382 是成立的；化简,故0.0064m=0.0536m 3. 弓形降液管高度W d及降液管面积Af- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用4. 验算液体在降液管中停留时间保留时间 >3-5>s ,故降液管适用；5. 降液管底隙高度 ho取液体通过降液管底隙的高度 uo为 0.13m/s ；满意不少于 20 25mm,符合要求；<三）塔板布置及浮阀数目与排列1塔板布置塔板直径 D0.7m=700m,在 800m以内,选用整块式塔板当 D<1.5m时,=6075mm 溢流堰入口安定区：=60mm=0.06m 入口堰后的安定区：=60mm=0.06m 化工原理下册 P159式 36 查化工原理下册 P160 图 3-13 名师归纳总结 - 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