乙醇和水混合液精馏塔课程设计(34页).doc
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1、-乙醇和水混合液精馏塔课程设计-第 27 页 新疆工程学院化工原理课程设计说明书题目名称:年产量为8000t的乙醇-水混合液精馏塔的工艺设计 系 部: 化学与环境工程系 专业班级: 化学工程与工艺13-1 学生姓名: 杨 彪 指导老师: 杨智勇 完成日期: 格式及要求1、摘 要 1)摘要正文 (小四,宋体) 摘要内容200300字为易,要包括目的、方法、结果和结论。2)关键词 XXXX;XXXX;XXXX (3个主题词) (小四,黑体) 2、目录格式 目 录(三号,黑体,居中) 1 XXXXX(小四,黑体) 1 1.l XXXXX(小四,宋体) 2 1.1.1 XXXXX(同上) 33、说明书
2、正文格式: 1. XXXXX (三号,黑体)11 XXXXX(四号,黑体)1.1.1 XXXXX(小四,黑体) 正文:XXXXX(小四,宋体)(页码居中)4、 参考文献格式:列出的参考文献限于作者直接阅读过的、最主要的且一般要求发表在正式出版物上的文献。参考文献的著录,按文稿中引用顺序排列。参考文献内容(五号,宋体)示例如下: 期刊序号作者1,作者2,作者n题(篇)名,刊名(版本),出版年,卷次(期次)。图书序号作者1,作者2,作者n书名,版本,出版地,出版者,出版年。5、.纸型、页码及版心要求: 纸 型: A4,双面打印 页 码: 居中,小五版心距离:高:240mm(含页眉及页码),宽:16
3、0mm相当于A4纸每页40行,每行38个字。6、量和单位的使用: 必须符合国家标准规定,不得使用已废弃的单位。量和单位不用中文名称,而用法定符号表示。新疆工程学院课程设计任务书 2015-2016学年 第二学期 2016年6月27日专业化学工程与工艺班级化工工艺13-1课程名称化工原理设计题目年产量为8000t的乙醇-水混合液精馏塔的工艺设计指导教师杨智勇起止时间2016-6-206-27周数1周设计地点新疆工程学院设计目的:根据乙醇和水混合液的物性及工艺要求,通过查阅相关资料,进行一系列相关的计算,最终确定精馏塔的结构规格和工艺尺寸,然后从理论上的正确性、技术上的可行性和经济上的合理性等方面
4、对设计结果进行评价,完成符合工艺要求的精馏塔结构设计。设计任务:完成精馏塔工艺优化设计,精馏塔结构优化设计以及有关附属设备的设计和选用,绘制工艺流程图、塔板结构简图及塔板符合性能图,并编制工艺设计说明书。年产量:8000吨乙醇,料液初温:25,料液浓度::40%(质量分率),塔顶产品浓度:94% (质量分率),乙醇回收率:99%,每天实际生产天数:330天,冷却水温度:30设计进度与要求:06.20-06.21 收集精馏塔有关资料并选型; 06.22-01.25 完成精馏塔物料衡算,塔结构工艺计算,塔板负荷性能图,工艺流程图 06.25-06.26 完成设计说明书的编制,排版,打印 06.26
5、-06.27 完成答辩及成绩评定 主要参考书及参考资料:1 王胜国编.化工原理课程设计.大连理工大学出版社,20052 贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计.天津大学出版社,20023 涂伟萍, 陈佩珍, 程达芳. 化工过程及设备设计.华南理工大学, 化学工业出版社20004 国家医药管理局上海医药设计院. 化工工艺设计手册. 第二版. 化学工业出版社19965天津大学化工原理教研室. 化工原理修订版. 天津:天津科技出版社20066 谭天恩,窦梅等编. 化工原理. 下册. 第四版. 北京:化学工业出版社,2013摘要乙醇溶液是生活中常见的溶液,提高乙醇的纯度是化工工业中最重要的工艺,本次设计,为
6、达到生产要求,通过物料衡算,物性参数的分析及乙醇溶液气液平衡图,设计出合理的板式精馏塔,以提高乙醇的纯度,并从流体力学和蒸馏原理出发,为精馏塔设计合适的冷凝器,泵,合适的塔板等,从经济方面考虑选用合适的塔板,计算并绘制塔板负荷性能图,全方面认识精馏塔。而这一设计过程中的主要内容有:物料衡算,热量衡算,塔体工艺设计,塔板工艺设计,塔板负荷性能图以及精馏工艺流程图的绘制,塔附属设备设计及选取。关键词:乙醇溶液 板式精馏塔 工艺计算目录任务书1一、前言22246二、设备工艺条件的计算77物料衡算7,799910101212121313三、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算141415163.1 溢流装置
7、计算16Wd和截面积Af163.4 降液管底隙高度ho173.5 塔板布置17184.1 塔板压降18194.3 液沫夹带194.4 漏液204.5 液泛2021215.2 液沫夹带线2122235.5 液泛线23四、附属设备25五、精馏塔参数汇总图表26总结28参考文献29任务书(一) 设计题目:乙醇-水混合液板式精馏塔设计 年产量:8000吨料液初温:25料液浓度::40%(质量分率)塔顶产品浓度:94% (质量分率)乙醇回收率:99%每天实际生产天数:330天冷却水温度:30(二) 操作条件(1) 操作压力:常压(2) 进料热状态:自选(3) min(4) 塔底加热:连续蒸汽加热(5)
8、单板压降0.7 KPa(三) 设计内容 1设计说明书的内容(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性数据的计算;(4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算;(5) 塔板主要工艺尺寸的计算;(6) 塔板的流体力学验算;(7) 塔板的负荷性能图;(8) 塔顶全凝器设计计算:热负荷, 载热体用量, 选型(9) 精馏塔接管尺寸计算;(10) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 2、设计图纸要求:(1)绘制精馏塔装置图; (2)相关图表一、前言1.设计简介蒸馏是工业上应用最广的液体混合物分离操作,广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏操作按不同方法进行分类。根据操
9、作方式,可分为连续精馏和间歇精馏。本设计主要研究连续精馏。塔设备是炼油、石油化工、精细化工、生物化工、食品、医药及环保部门等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔内设置一定数量的塔板,气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层,液体横向流过塔板,而气体垂直穿过液层,气液两相成错流流动,进行传质与传热,但对整个板来说,两相基本上成逆流流动。在正常操作下,气相为分散相,液相为连续相,气相组成呈阶梯变化,属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层,液体自塔顶沿填料表面下流,气体逆流向上(有时也采用并流向下)流动,气液两相密切接触进行传质与
10、传热。在正常操作条件下,气相为连续相,液相为分散相,气相组成呈连续变化,属微分接触逆流操作。板式塔的空塔速度较高,因而生产能力较高,本设计目的是分离乙醇-水混合液,处理量大;尽管塔板的流动阻力大,塔板效率不及高效填料塔高,但板式塔的效率稳定,造价低,检修、清理方便,故选板式塔。2.设备选型板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔、筛板塔,其后,特别是在本世纪五十年代以后,随着石油、化学工业生产的迅速发展,相继出现了大批新型塔板,如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看,主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔,而前两者使用尤为广泛。
11、塔板是板式塔的主要构件,分为错流式塔板和逆流式塔板两类,工业应用以错流式塔板为主,常用的错流式塔板主要有下列几种。(1)泡罩塔板泡罩塔板是工业上应用最早的塔板,其主要元件为升气管及泡罩。泡罩安装在升气管的顶部,分圆形和条形两种,国内应用较多的是圆形泡罩。泡罩尺寸分为80mm、100mm、150mm三种,可根据塔径的大小选择。通常塔径小于1000mm,选用80mm的泡罩;塔径大于2000mm的,150mm选用的泡罩。泡罩塔板的主要优点是操作弹性较大,液气比范围大,不易堵塞,适于处理各种物料,操作稳定可靠。其缺点是结构复杂,造价高;板上液层厚,塔板压降大,生产能力及板效率低。近年来,泡罩塔板已逐渐
12、被筛板、浮阀塔板所取代。在设计中除特殊需要(如分离粘度大、易结焦等物系)外一般不宜选用。(2)筛孔塔板筛孔塔板简称筛板,机构特点为塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小,分为小孔径筛板(孔径为38mm)和打孔筛板(孔径为1025mm)两类。工业应用以小孔径筛板为主,大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离粘度大、易结焦等物系)。筛板的优点是结构简单,造价低;板上液面落差小,气体压降低,生产能力较大;气体分散均匀,传质效率高,但若设计和操作不当,易产生漏液,使得操作弹性减小,传质效率下降,故过去工业上应用较为谨慎。近年来,由于设计和控制水平的不断提高,可是筛板的操作非常精确,弥补了上述不足,故应用
13、日趋广泛。在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下,设计中可大胆选用。(3) 浮阀塔板 浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的,它吸收了两种塔板的优点。其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔,每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。气流从浮阀周边水平地进入塔板上液层,浮阀可根据气流流量的大小而上下浮动,自行调节。浮阀的类型很多,国内常用的有F1型、V4型及T型等,其中以F1行浮阀应用最为普遍。对比其他塔板,具有以下优点:(1)生产能力大。由于浮阀塔板具有较大的开孔率,故生产能力比泡罩塔的答20%40%,而与筛板塔相近。(2)操作弹性大。由于阀片可以自由升降以适应气量的变化,故维持正常操作所容
14、许的负荷波动范围比泡罩塔和筛板塔的都宽。(3)塔板效率高。因上升气体以水平方向吹入液层,故气液接触时间较长而雾沫夹带量小,板效率较高。(4)塔板压降及液面落差较小。因为汽液流过浮阀塔板时所遇到的阻力较小,故气体的压降及板上的液面落差都比泡罩塔板的小。(5)塔的造价低。因构造简单,易于制造,浮阀塔的造价一般为泡罩塔的60%80%,而为筛板塔的120%130%。3.工艺流程确定(1)加料方式加料方式有两种:高位槽加料和用泵直接加料。采用高位槽加料,通过控制液位高度,可以得到稳定的流量和流速。通过重力加料,可以节省一笔动力费。但由于多了高位槽,建设费用相应增加;采用泵加料,受泵的影响,流量不太稳定,
15、流速也忽大忽小,从而影响了传质效率,但结构简单、安装方便;如采用自动控制来控制泵的流量和流速,其控制原理复杂,且设备操作费用高。本设计才用泵加料。(2)进料热状况 进料状况一般有冷液进料,泡点进料。对于冷液进料,当组成一定时,流量一定,对分离有利,省加热费用。但冷液进料受环境影响较大。采用泡点进料,不仅对稳定塔操作较为方便,且不易受环境温度影响。综合考虑,本设计采用泡点进料。泡点进料时,基于恒摩尔流假定,精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等,故精馏段和提馏段塔径基本相等,制造上较为方便。(3)塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器,用水冷凝。乙醇和水不反应,且容易冷凝,故使用全凝器。塔顶出来的气体温度
16、不高,冷凝后回流液和产品温度不高无需进一步冷却。本设计冷凝器选用重力回流直立或管壳式冷凝器原理。因本设计冷凝与被冷凝流体温差不大,所以选用管壳式冷凝器,被冷凝气体走管间,以便于即使排出冷凝液。(4)回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小塔径,回流冷凝器一般安装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支撑结构,其缺点是回流冷凝器回流控制比较难。如果需要较高的塔处理量或塔板较多时,回流冷凝器不适合于塔顶安装。且塔顶冷凝器不易安装、检修和清理。在这种情况下,可采用强制回流,塔顶上升蒸汽采用冷凝冷却器以冷回流流入塔中。由于本设计是小型塔,故采用重力回流。(5)加热方式加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热
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