化工原理课程设计 分离甲醇—乙醇混合液的浮阀精馏塔.docx

U1.川高校轻纺与食品学院化工原理课程设计分别甲醇一乙醇混合液的浮阀精储塔设计者：姜虹伶学号：1043091109班级：食品2班联系方式：邮箱：指导老师：蒋炜设计时间：2012.5.202012.7.4四川高校轻纺与食品学院书目一、设计任务-4-二、背景介绍"4-1 .精情原理-4-2 .板式塔作用原理-4-3 .浮脚塔-5-三、设计流程图-5-四、浮图塔的设计-7-1 全塔物料衡算-7-(1)原料液、藏痴Ji*茄逅M二-7-(2)原料液、馆出液及残液的摩尔流率计算-7-2 .加料焦状态弁数q值的确定-8-(1) 进料液、馀出液、残液的温度确定-8-(2) q值的计算-9-(3) q线方程式-10-3 .最小回流比的计算-10-(1)相神财的计算-10-(2)平衡方程式-11-(3)最小回流比的计算-11-(4)实际回流比的计算-11-4 .精情段和提情段的气、液流量-12-(1)精情段内，、液漉量-12-(2)提馆段内气、液流量-13-5 .塔板数的计算-13-(1)逐板计第法-13-(2)塔效率-15-(3)实际塔板数的计算-16-6 .塔径的计算-16-(1)精馆段塔径的计算-16-(2)提馆段塔径的计算-20-(3)塔径的实际值-23-7 .塔高的确定-23-五、精馀段塔板结构设计及力学校核-24-1 溢流装-24-(1)降的:最和金面面积初二二二二二二二二-24-(2)出口溢流堰与进口溢流堰的确定-24-(3)降液管底隙高度与受液盘的确定-25-2 .板面布主要尺寸-25-(1)板面布置-25-(2)浮冏的数目与排列-26-3 .浮属塔板的流体力学校核-29-(1)塔败降的校核-29-(2)液沫夹带的校核-29-(3)溢流液泛的校核-30-(4)负荷性能图及操作弹性-30-六、提馆段塔板结构设计及力学校核-34-1 沿灌装.-34-(1)降液ii而i而i二二二二二二二二：-34(2)出口溢流堪与进口溢流堰的确定-34-(3)降液管底隙高度与受液盘的确定-35-2 .板面布Jt及主要尺寸-35-(1)塔板布置-35-(2)浮冏的数目与排列-36-<3)校核：-38-(4)校核塔板开孔率-38-3 .浮何塔板的流体力学校核-39-(1)塔板压降的校核-39-(2)液沫夹带的校核-40-(3)溢流液泛的校核-40-(4)负荷性能图及操作弹性-41-七、塔顶冷凝器的选用-44-1 .物MW算-44-2 .换战器选用-45-3 .验笄压降-46-验单管三tt降-46-(2)殴算管降-46-4 .核算总传热系数-47-(1)管程给热系数-48-(2)壳而热系数-48-<3)导热系数和传热面积-48-八、塔接管设计-49-1,塔璐出料管直径-49-2 .回流管直径-49-3 .进料管直径-50-4 .馅出液管直径-50-九、设计总结-51-十、分考文献-51-一、设计任务设计题目：分别甲醉乙醉混合液的浮阀精懒塔原料液：组成甲醇0.6乙醇0.4处理量：88（X）kgh温度：28X?懦出液：组成苯0.96残液：组成率0.02（均为摩尔分率）操作压力：常压连续操作二、背景介绍精储过程的基础依旧是混合液组分间挥发度的差异，而塔内的气、液“回流”则是沿塔高不断进行气、液传J贞实现精微的必要条件。沿塔潦消的气、液相每经过一块塔板都将发生一次气相的部分冷凝和液相的部分气化，气、液相组成随之发生一次变更，使气相中轻组分得到一次增浓，液相中重组分得到一次增浓。其结果最终可在塔顶得到轻组分含量很高的蒸气相（储出液）产品，而在塔底得到重组分含员很高的釜液产品，从而实现混合液体的离纯度分别。2 .板式塔作用原理板式塔为逐缎接触式气液传膜设备，塔内沿塔高装有若干层塔板，液体能重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流淌的液忆；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变更。与填料塔相比，板式塔具有压降较大：空塔气速较大：较稔定，效率较高：持液量较大：液气比适应范围较大：安装检修较简单：大直径时造价较低等优点3 .浮阀塔浮阀塔是板式塔的一种，是在泡罩塔和筛孔塔的基础上发展形成的。自20世纪50年头问世后，快速在石油化工行业得到推广，至今仍为应用最广的塔板结构.在塔板上按肯定方式开有若干个阀孔，将浮阀本身带有的几根阀腿插入阀孔后，再将阀腿的底脚旋转9(用以限制浮阀开度同时防止阀片被气体吹走。阀片周边有几个冲出的略向卜弯的定距片，静止时，浮阀辨定距片与塔板点接触他落在阀孔上，可避开停工后阀片与板面间的粘连。操作时.，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层，可增加气液两相的接触时间：浮阀的开度随气量变更，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通过隙，可避开漏液现象的发生：在高气量时，阀片自动浮动，开度较大，使气速不致过大，从而可避开过量液沫夹带现象的发生。因此，浮阀塔具有性能稳定、操作弹性大、塔板效率高的优点。三、设计流程图四、浮阀塔的设计1 .全塔物料衡算(1)原料液、储出液及残液的摩尔分数和均摩尔质量的计甲酶的摩尔质量：M'=78.11乙静的摩尔质量：M)=46则原相液的摩尔分数:处/32ar/32+(1-wf)I8均摩尔质量：M1=ZaX32+(1-z,)×18储出液的廓尔分数：%=%/32o32+(1.-o)18均摩尔质量:Mn=XnX32+(1-Ap)×18残液的摩尔分数:r32+(1.-u,)1.8均摩尔质量:Mw=xw×32÷(1-iv)×I8计算得到：zf=0.256.vo=0.974w,=0.(X)6M,-=21.584/knv)1.Mh=31.636kg!kn>1.Mw=18.084Ag/(2)原料液、储出液及残液的摩尔流率计算139kmOuhF=3<XX)_¾XX)Mf-21.584r=。+W=139(1)Fzf=Dx1.i+Wvh.=0.974D+0.006Hz=139×0.256(2)(1),(2)联立，解出D=35.9kmo1./hW=103.Ikmo1/h2 .加料热状态参数q值的确定(1)进料液、馈出液、残液的温度确定因为是冷液进料，所以塔顶温度即为塔顶组成的泡点温度，塔底温度即为塔底组成的露点温度。查得甲醉水溶液101.3kPa)的1.-x-y关系表如下表：IrC10096.493.591.289.387.784.481.7摩尔分数X00.020.040.060.080.100.150.20摩尔分数y00.1340.230.3040.3650.4180.5170.579MC7875.373.171.269.367.66664.5摩尔分数X0.300.400.500.600.700.800.901.00摩尔分数y0.6650.7290.7790.8250.870.9150.9581.00做出图象如下图:物一水的r联系困甲醉一水体系相图由甲静水体系相图可查得：原料液组成Zf=0.256时，其泡点温度1.h=79.5：福出液组成X”=0.974时，其泡点温度r”=65。：残液组成XW=0006时，其露点温度tw=98。(2)q值的计算在平均温度(79.5+20)/2=50。C下，由化工原理(上册方附录12查得甲醉、水的摩尔比热容，由附录13查得甲静、水的摩尔气化潜热，其相关物性数据如下：甲醉的摩尔比热容Cm=2.6×32=83.2H(K"oC)甲酹的摩尔气化潜热=1200×32=3840()W水的摩尔比热容CPf1.=4.2×I8=75.6HNkmf小)水的摩尔气化潜热九=25(。X18=45000七/匕”/因此选E=IO则Uv=-Xr=1.5rs浮阀数N=3645.14,3600=K<圆整为N=74个-d'un-0.039:x1.1.544单溢流塔板儿=卜77+孟产SinT图7三7+击=0.2470.42-0.2472+×0.42×sin',fH180I0.4JJ+().220.42-0.2252+-x(.).42×sin'f18010.4Jj=0.35m20.3574×0.075等腰三角形排列时，一个阀孔的鼓泡面积AJN约为，估，=2(/=75”)=63.mm实际取值t=65mm依据上述已确定的孔距，按等腰三角形叉排方式作图，得到在鼓泡区内可以布置的浮阀总数为65,其排列方式如卜.图所示：般对常压塔，=10%-14%,则满意要求。3.浮阀塔板的流体力学校核(1)塔板压降的校核塔板用降等于干板压降和液层压降之和，即%=科+匕阀全开前M%也=199或2(加液柱)P1.2阀全开后(%之%)阳=5.34绊(“液柱)P1.S其中阀孔临界气速=当PV=0.75Ag/加p1.=908.07kg/nr叫=13.0>/s求得=-=123In1.S().75三阀全开后=0.038，液柱0.75x13.0-5彳4X2x908.07x9.81h1.=0(hw+hoG式中：力为充气系数，反映板上液以充气程度，无此纲，此处4=0.4()5%=0.4x(0.038+0.012)=0.02做柱气体进、出一块塔板的压强降叫,=#4z=hd+1=0.058+0.02=0.058，液柱=O.I53f-1.=0.153J1=401.I1.；w%J10.63×0.031J将上述各项代入式中，得0.038+0.935Cg+0.037V；+0.019+0.4681.*,a7+1401.11；=0.27整理得V：=5.76-37.921.*7-IOfMO.541.；任取几个4,求出相应的匕,列表如下:1.,f(mys)0.0090.010.0110.012Vt(m3fs)1.8011.7081.6051.488在负荷性能图上做出图象为5线。F.负荷性能图招上述五条线在负荷性能图中画出，如下图:1.sG.操作弹性塔精懦段的设计点/",=1。2，“，5.乙,=0.001435）位于图中心偏左，且由图可知塔的操作负荷上限受雾沫夹带限制，下限涉液限制。塔的愫作用性=负荷卜.限负荷下限1.35(145七、塔顶冷凝器的选用1.物料衡算用水进行冷却,设水进口温度乙=20,出口温度4=30。C塔顶冷凝液温度取塔顶产品组分卜的泡点温度7=65。C«=0.985由化工原理（上册）附录13查得：7=65。时甲醉的潜热量为九=1.50A水的潜热星为%=2500。/收7=匕+九T(F=IIm型依冷凝量：W1=Wo=103.1×31.636=3261JSJkgihQ=W1X=些曳卫屿3600冷却剂水的平均温度”空=25笛，查附录5得水的比定压热容CP=4.183+4.174=4.17850/(JK)密度P=*空=99695依例粘度=150÷80°7=90.285x10-5导热系数4=259.89+61.76=O608W(mK)则水用量为W,=.Q.=，吗？Q=25.34kgscr(f2-r,)4.I785×(3O-2O)冷却水走管程，甲酹-水走壳程，选择一般无钢管e=25x2.5”。对数=T-t2In=39.8°C65-30由列管式换热裾总传热系数K的阅历数据表铿得甲醉水体系的总传热系数，取总传热系数Ku=2IOVV(w2-K)。则换热面积A*=.上=27X1.OOO=,27/“KviAfnt210×39.82.换热器选用由于是蒸汽冷凝，故没有并流、逆流之分，温度修正系数0=1，乂由于=65+65_20+30=4(rc<5O；)Cf故不考虑热补偿，现选用两台台单壳程的浮头式换热器，于£化工原理(上册)附录25II中初选E-5-65-4.0-2,其参数如下所示：外壳直径mm500公称压力*Pa4.0公称面积m'65管子排列方式正方形。管长/m6管子外径三5管子总数124管程数2壳程数1管程流通截面枳/m'0.01948折流板间距mm200壳程流通截面积/m'0.0358折潦板切去的弓形缺口i度八nm113.5换热器实际换热面积A=ntn%=2X124XnX().()25×(6-0.1.)=114.Wj2若采纳此传热面积，则要求的总传热系数为3 .验算压降(1)验算管程压降管程压降为ZM=(M+p2)F,Nf,Nt式中：管程数NP=2申联的壳程数N、=2对25mm×2.5mm的管子，结垢修正系数£=1.4管程流体流速为“=丛上=2534/996.95=3切A0.01948Re="=期"3x996.%=刈090.2850-s取8=0.1“，WUJ=0.005,杳摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的关系图得摩擦系数7=0.031潦体流经直管的压降M=工匠=0.031X岛X99695x1.=7834“a流体流经回弯管的压降=3等=3×969x1.3=2527.3Pa则得管程总流淌阻力Za,=(7834.5+2527.3)×1.4X2×2=58026Pw<9.8IxIO4Pw(2)验算管程压降壳程压降为ZWo=(p,+p,、N1式中：对气体或可凝蒸气，壳程压降的结垢修正系数E=1。潦体通过管束的压降为N/产/工/(r+1)萼2式中:上m±*-七长%”3261.67/759.55八,、,光程流体流速U0=-1.r上=C“=OO33msA3600x0.0358由£化工原理(上册)附录9查得，在7=65。C时，甲醉的粘度为%=034(P水的粘度为4=046)则甲萌一水的粘度为=x,+(1.-x,K=0.974×0.34+(1.-0.974)×0.46=0.343，4s=1827.025x0.033x759.550.343XIoT光程流体的摩擦系数£,=5Re产=5×1827f切=0.9对正方形斜转45°,F=0.4横过管束中心线的管子数",=1"=I1.x1.24"s=12折流挡板数Mr=1.1.=袅-1=29H().2>1=0.4×0.9×12×(29+1)J5955×0033.=XPaaaj<2X0.21759.55X0.0332>,=Ne3.5=29×3.5=34PaD)2I0.6)2ZNx=(54+34)×1.0×2=I76/%<9.81×10*Pa计算表明，管程和壳程压降均满意工艺要求。4 .核算总传热系数(1)管程给热系数Ccp4.17851.'×90.285XIO5Pr=H-=6.2k0.608%=0.023-RCa-Priu=0.023×竺U×2871.tfRx6.2,w=5345VVUd、乩bd、1除hA'2kdv丁h2=+0.0(X)1.x+°°°2525+0.00()15+-!-=0.0045345×202045×22.5291K,=25OH½RK)Q1()6().27XI(XX)K计小七-250x39.8K)d0.02',(2)壳程给热系数查附录12得，7=65。C时，甲醇的比热容为CN=2.5。/(RgK)水的比热容为CM=4.2V(A.?K)%=0.985X2.5+(1-0.985)x4.2=2.53"/(依K)近视取壳程的导热系数为甲醉的导热系数*=0212W/(»K)Pr=型=253x心。282XK)0.212九=0.36-RcftwPr'"=036×182705s×3.6,'j(I0.025(3)导热系数和传热面积A1.iO6.611r污垢热阻Rst=0.(X)01.(wr)zvv，r,2=0.(XX)15(K/r)/w，导热系数A=45W(,")估计的传热面积与计算的传热面积之比为：=-=1.19%106.6其值满意=1I51.25,则初选的设备合适.Af八、塔接管设计(1.=41,Okmo1./hV=82.9kmo1.fhPn=745.83AgPF=912.26依/PAy=960.()7/wMF=21.5S4kf(/kn>1.M(>=31.636kgknu>1.MW=I8.O84Ag/w>/F=39kmo"hD=35.9kmo1./hW-103.1.kmo1.h)1 .塔顶出料管直径也=K)守心壁=1.KRTni8.314x(79+273.15)也=皿噌=o66"pv3600×1.10低压气体在管道里中常用流速范围为8-15ms,取蒸汽流速为“=15，/S40.66八=0.237m11.×154由GB8163-87,选用热轧无健钢管275mw*10wm2 .回流管直径=O.375m'/s1.M1.t47.0x31.636v3600×1.100.375-=O.I7Sn11.×154由GB8163-87,选用热轧无健钢管中194wmx7"3 .进料管直径A里邑里=-Spv3600x912.26采纳强制进料，取“=1.5册/$4=0.0281由GB816387,选用热轧无缝钢管38wj5m,“4 .储出液管直径.,WMWIOI.3×I8.(B¼y-J1.-,PV3600×960.0740.025m由GB8163-87.选用热轧无缝钢管D32"x2.5"，?九、设计总结这学期学院为我们08级过程装备与限制工程专业开设了灯匕工原理这门课程，学习r流体流消、流体输送、传热、汲取、蒸储和干燥等内容，同时在期末的时候又支配了这次课程设计，运用学到的学问来完成一项任务，既考脸了同学们对£化工原理课程的驾驭状况，又实际动手设计了一番。相对于其他同样学习化工原理的专业而言，他们就没有课程设计这说，可见学院对我们专业的要求更严、更高。这次化工原理课程设计，以小组的形式进行，每个老师带着大约一二十个学生，且每个老师所做的课题不一样，有喷雾干燥设计，有精谯塔设计等。在设计过程中，须要查阅相关的资料、文件，部分与设计相关内容须要自学，这样不仅使学到的学问更多，也提高了学生的动手和动脑实力。我有幸被分在熨素兰老师这组，跟若她一起做浮阀精储塔的设计，从分过组后，老册就马上起先跟我们讲设计的相关内容，以及怎样进行设计，讲得许多，也讲了很久，但是可能是当时同学们都没有起先贤习，所以对有些学问还是不很清晰.记得很清晰，当时老师始终讲到十二点多J',同学们早己没有/听课的爱好，而老牌还是精神饱满，最终老师交待了一番才结束。其后，老师又通知了一次设计答疑，讲了一些设计中应当留意的问题及某些数据的取值。从分过组后，自己就起先着手弄课程设计，那时已经没有课了，但是还仃灯匕工原理没有考呢，自己每天就是一半时间用来史习，一半时间提着电脑去自习室弄设计,直到考完试，才一心用在设计上,在设计的过程中，自己学到了许多，也学会了用exce1.、word、CAD等来进行计算、画图。在处理数据上，须要进行多次调整，以达到要求，次次的改数据、验算。其中也遇到了些问题，并请教了老师，也与同组成珏进行探讨。在这次设计中，自己花了许多时间，但是却很值得，在别人去耍的时间里，自己能够安心弄设计，也充分利用了这段时间。自己学到许多，不仅是学问的深化，更是处理问题的看法和严谨的科研精神。面对大量的数据，要仃足够的耐性,遇到问题.耍刚好解决，严谨、细致、科学，这才是一个设计者所应具有的。课程设计让我看到了以后就业的景象，更坚决了自己成为一名¾级工程师的信念。十、参考文献I化工原理（上珊）和£化工原理（下册）时世超贵鹤易美桂等编科学出版社2化工原理一一传质与分别技术分册张洪流主编国防工业出版社31化工手册4£化工原理课程设计