完美升级版化工原理毕业论文乙醇丙醇连续筛板式精馏塔的设计.docx
《完美升级版化工原理毕业论文乙醇丙醇连续筛板式精馏塔的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完美升级版化工原理毕业论文乙醇丙醇连续筛板式精馏塔的设计.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
完美升级版化工原理毕业论文乙醇丙醇连续筛板式精馏塔的设计
（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！
）
吉林化工学院
化工原理课程设计
题目乙醇-丙醇连续筛板式精馏塔的设计
教学院化工与材料工程学院
专业班级应用化学1002班
学生姓名
指导教师计海峰老师
2013年6月15日
化工原理课程设计任务书
一设计题目：
乙醇-丙醇连续筛板式精馏塔的设计
二任务要求
设计一连续筛板精馏塔以分离苯和甲苯（乙醇—丙醇），
具体工艺参数如下：
原料加料量F＝100kmol/.
2.1.6塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择
塔顶选用全凝器，因为后继工段产品以液相出料，但所得产品的纯度低于分凝器，因为分凝器的第一个分凝器相当于一块理论板。
塔顶冷却介质采用自来水，方便、实惠、经济。
在本设计中我们使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单造价低。
合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性，而且效率高，采用筛板可解决堵塞问题，且能适当控制漏夜及液泛现象。
筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一，近百年来通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构。
对于小流量、小塔径的实验操作，多采用单溢流筛板塔。
实际操作表明，设计良好的塔，其操作弹性将大于3。
2.2流程说明图
塔顶出料D组成xD
回流L
进料F组成xF
塔釜出料W组成xW
乙醇-丙醇连续筛板式精馏塔的设计图
第三章精馏塔的设计计算
设计一连续式筛板式精馏塔以分离乙醇—丙醇
具体工艺参数如下：
原料加料量F＝100kmol/=1.5X0.543=0.815
由于
故先用捷算法试求理论板数
由q=1,经化简得
Nmin=
=4.54≈5（块）
查吉利兰图得
所以N=8.9≈9（块）（不含再沸器）
3.2.2汽液负荷计算：
L=RD=0.81555.1=44.91kmol/+1===0.449xD+0.514
提留段操作线方程:
ym+1=1.449xm-0.013
相平衡方程：
y==
由泡点进料有；y1=XD=0.933利用各方程计算结果如下表
由逐板法可以求:
序号
Y
X
1
0.933
0.7734
2
0.8613
0.6035
3
0.7850
0.4723
4
0.7261
0.3938<0.433
5
0.5576
0.2360（进料处）
6
0.3290
0.1073
7
0.1425
0.0391
8
0.0437
0.0111<0.023
由平衡线操作数得；全塔理论版NT=8块（包括塔釜再沸器），其中第5块板是进料板，精馏段板数N1=4块提留段板数N2=4-1=3块（不包括塔釜再沸器）
。
3.2.4实际板数的求取
全塔效率ET=0.17-0.616lgμ
查塔顶塔底液相组成图，求得全塔平均温度t===86.29℃
温度t时μA=
=0.453mN/m
μB=
=0.564mN/m
查的该温度下液相组成有；xA=0.459
得，该温度下的进料液相平均粘度有；
μm=0.459μA+（1-0.459）μB=0.459x0.453+（1-0.459）x0.564=0.513mN/m
故ET=0.17-0.616lg0.513=0.3498≈34.9%
实际板数
精馏段；N1=4/0.349=11.42≈12（块）
提馏段；N2=3/0.349=8.59≈9（块）（包括再沸器）
知道板块数后可求得以下数值：
塔顶压强PD=100kpa
取每块板压降0.7kpa,则进料板压强PF=PD+0.7X12=108.4kpa
精馏段平均压强P1=（PD+PF）/2=（108.4+100）/2=104.2kpa
由精馏段平均温度t1=83.07℃
ρv
（1）===1.72kg/m3
塔顶压强PD=100kpa，取每块板压降0.7kpa,则进料板压强PF=PD+0.7X12=108.4kpa
塔底压强Pw=PD+0.7X21=100+0.7X21=114.7kpa
提馏段平均压强P2=（PF+Pw）/2=（108.4+114.7）/2=111.55kpa
由提馏段平均温度t2=90.03℃
3.3.精馏塔主要工艺尺寸的设计计算
3.3.1气液相体积流量计算
（1）精馏段V=（R+1）D=（0.815+1）X55.1=100kmol/=1.158XAa/t2=3181个
开孔率为φ==0.907*（d0/t）2=10.1％
每层塔板上的开孔面积Ao为：
气体通过筛孔的气速为uo=Vs/Aa=0.790/0.0624=14.42m/s.
提馏段uo=Vs’/Aa=0.752/0.0548=12.66m/s.
3.3.6塔总体高度计算
精馏段Z1=（N1-1）HT=（9-1）X400=3.2m
提馏段Z2=（N2-1）HT=（12-1）X400=4.4m
总塔高Z=Z1+Z2=3.2+4.4=7.6m
3.4筛板的流体力学计算
3.4.1气体通过筛板压降相当的液柱高度
（1）干板压降相当的液柱高度
干板阻力hc计算==9.74X410-4m-3/s
依据此作为精馏段的与气体流量无关的垂直液相负荷上限线。
3.5.4液相负荷下限线
精馏段对于平直堰,取堰上液层高度how=0.004m作为最小液体负荷标准.
依式=1.31X10-4m3/s
提馏段对于平直堰,取堰上液层高度how=0.004m作为最小液体负荷标准.
依式=1.0.00947m3/s
依据上式作精馏段和提馏段关于气体流量无关的垂直液体负荷下限.
3.5.5漏液线
精馏段；
HL==0.2052/3
提馏段
HL==0.3542/3
根据以上数据作出精馏段和提馏段的漏液线
3.5.6操作线图由此可以作出含有
-
五条线的筛板塔性能负荷图。
精馏段：
Vs，max=1.662,Vs,min=0.508/s。
所以操作弹性K=Vs，max/Vs,min=3.27
提留段：
Vs，max=1.720，Vs,min=0.57s。
所以操作弹性K=Vs，max/Vs,min=3.02
上图操作弹性为：
精馏段K=3.02提馏段K=3.033
第四章精馏塔热量衡算
QV
QR
塔顶出料D组成xD
QFQL回流L
进料F组成xF
QB
QW塔釜出料W组成xW
4.1精馏塔热量衡算热量衡算示意图
4.1.1热量衡算示意图，（如上）
4.1.2加热剂的选择常用加热剂有饱和水蒸汽和烟气。
本设计选用300kpa（温度133.0℃）的饱和水蒸汽作为加热介质。
4.1.3冷却剂的选择
常用冷却剂是水和空气。
本设计建厂吉林地区。
吉林夏季最热月份平均气温为25℃引入松花江的江水，经初步处理之后作为工业水，温度为5℃左右，选升温30℃，及冷却水的出口温度为35℃.
4.2比热容及汽化潜热的计算
4.2.1塔顶、塔底及进料口比热容及汽化潜热的计算
塔顶温度tD下的比热容及气化潜热，查表1-2
利用数学插值法求出
tD=79.33℃
乙醇的比热容Cp.AD
3.019kJ/（kg.K）
=138.87kJ/（kmol.k）
乙醇的汽化潜热rA.D
836.62kJ/kg
=38484.52kJ/kmol
丙醇的汽化潜热rB.D
742.24kJ/kg
=43454.4kJ/kmol
丙醇的热容Cp.BD
2.90kJ/（kg.K）
=174kJ/（kmol.k）
塔顶的平均摩尔热容Cpm.D
Cpm.D=XDCp.AD+（1-Cp.BD）=0.933X138.87+（1-0.933）X174=141.22kJ/（kmol.k）
塔顶的平均摩尔汽化潜热rm.D
Rm.D=XDrA.D+（1-XD）rB.D=0.933X38484.52+（1-0.933）X43454.4=38817.5kJ/kmol
形同的方法，可以求得进料口及塔釜的摩尔热容，数据罗列如下；
Cpm.F=163.02kJ/（kmol.k）Cpm.W=178.68kJ/（kmol.k）
4.2.2热量衡算
由热量衡算式
QB+QF+QR=QV+QW+Q1Q1=（0.5%-10%）QB
QB=QV+QW+Q1-QF-QRkJ/hQ1=5%QB
代入求得；QB=499064kJ/h
以上数据经校核后，与实际相符合，故此精馏塔设计合理。
参考文献
[2]夏清,陈常贵主编.化工原理.天津:
天津大学出版社,2006
[4]叶世超,夏素兰.易兰贵等编.化工原理.下册.北京:
科学出版社,2006
[5]陈常贵,柴诚敬,姚玉英主编.化工原理.下册.天津:
天津大学出版社,2004
[6]王国胜主编.化工原理课程设计.大连:
大连理工大学出版社,2006
[7]贾绍义,柴城敬.化工原理课程设计.天津：
天津大学出版社，2002
附录（A）
工艺设计计算结果汇总与主要符号说明：
项 目
符号
单位
计算数据
精馏段
提馏段
平均流量
气相
0.790
0.752
液相
8.53X10-4
3.31
各段平均温度
Tm
℃
83.07
90.03
实际塔板数
块
12
9
板间距
0.4
0.4
塔径
1.0
1.0
空塔气速
1.006
0.958
塔板类型
单流型
单流型
溢流装置
溢流管型式
弓形
弓形
堰长
0.66
0.66
堰高
0.0571
0.05804
溢流堰宽度
Wd
m
0.154
0.145
管底与受液盘距离
0.02937
0.04218
板上清液层高度
0.065
0.060
孔径
Do
Mm
5
5
孔间距
15
15
孔数
N
个
3181
3181
单板压降
548
509.6
降液管内底隙高度
0.1475
0.1412
液相负荷上限
Ls.max
9.74X10-4
9.47X10-3
液相负荷下限
Ls.min
1.31X10-3
3.064X10-4
气相最大负荷
1.662
0.508
气相最小负荷
1.720
0.57
操作弹性
3.27
3.02
附录（B）
主要符号说明：
符号
意义
SI单位
F
进料流量
kmol/h；
D
塔顶产品流量
kmol/h；
W
塔釜产品流量
kmol/h；
X
进料组成
V
上升蒸汽流量
kmol/h；
L
下降液体流量
kmol/h；
μ
粘度
mPa.s；
ET
全塔效率
P
压强
Pa
T
温度
℃；
R
回流比
N
塔板数
Q
进料状况参数
M
分子量
kg/kmol；
C
操作物系的负荷因子
m/s
密度
kg/m3；
表面张力
mN/m；
U
空塔气速
m/s；
HT
板间距
m；
hL
板上液层高
m；
H0
降液管底隙高度
m；
D
塔径
m；
AT
塔截面积
m2；
Af
弓形降液管截面积
m2；
Wd
降液管宽度
m；
uo
阀孔气速
m/s；
Z
塔高
m；
Ap
鼓泡区面积
m2；
ψ
开孔率
uoc
临界孔速
m/s；
F0
气相动能因子
Kg1/2/（s.m1/2）
D0
筛孔直径
m；
Hd
降液管内液层高
m；
lW
堰长
m；
hW
溢流堰高度
m；
hW
堰上液层高度
m；
Wc
边缘区宽度
m；
Vs
气相体积流量
m3/s
Ls
液体体积流量
m3/s
Ap
塔板上液流面积
m2
K
稳定系数
CF
液泛负荷因数
Uoc
临界阀孔气速
m/s
Hl
塔板充气液层静压头降
m
Hd
液体通过降液管的静压头降
m
hc
干板静压头降
m
hσ
表面张力所造成力
m
hW
溢流堰高度
m
Δh
液面落差
m
how
堰上液流高度
m
F
液泛率
Ls,max
液相负荷上限
m3/s
Ls,min
液相负荷下限
m3/s
Lww
堰长
m
ρVm
气相密度
kg/m3
ρLm
液相密度
kg/m3
液体在降液管间
s
附录（C）
乙醇—丙醇平衡数据（p=101.325kPa）
序号
液相组成
气相组成
沸点/℃
序号
液相组成
气相组成
沸点/℃
1
0.000
0.000
97.16
7
0.546
0.711
84.98
2
0.126
0.240
93.85
8
0.600
0.760
84.13
3
0.188
0.318
92.66
9
0.663
0.799
83.06
4
0.210
0.339
91.60
10
0.844
0.914
80.59
5
0.358
0.550
88.32
11
1.000
1.000
78.38
6
0.461
0.650
86.25
表1-1
乙醇-丙醇热容及汽化潜热数据表
60
70
80
90
100
乙醇
汽化潜热
879.77
859.32
838.05
845.79
792.52
热容
2.76
2.88
3.01
3.14
3.29
丙醇
汽化潜热
757.16
741.78
725.34
708.20
690.30
热容
2.69
2.79
2.89
2.92
2.96
表1-2
乙醇-丙醇密度与温度数据表
70
80
90
100
ρ乙醇
754.2
742.3
730.1
717.4
ρ丙醇
759.6
748.7
737.5
726.1
表1-3
乙醇-丙醇表面张力与温度数据表
60
80
100
б乙醇
20.25
18.28
16.29
б丙醇
21.27
19.40
17.50
表1-4
乙醇-丙醇粘度与温度数据表
60
80
100
μ乙醇
0.601
0.495
0.361
μ丙醇
0.899
0.619
0.444
表1-5
结束语
为期四周的化工原理课程设计即将结束。
这次化工原理课程设计让我感到非常的紧张，因为自己知识有限且必须去查找很多材料，指导老师只给了一个任务书和一些要求，其余的必须自己付出汗水才能获得，但我非常高兴，老师能给我们这样的一个机会：
锻炼自己各方面能力。
我们不能始终依靠老师来获取知识，而应改开动自己的大脑，提高独立获取知识的能力。
此次课程设计为未来的毕业论文做演练。
其涉及到制图、数学软件MathType6.0Eqution，当然用到最多的还是MicrosoftOffice软件，几乎将我所学到的全部电脑知识排上用场。
课程设计让我再一次深刻体会到独立思考以及团结合作的魅力。
我不再因为大量的数据而烦恼，处理数据能力得到提升。
在这里首先感谢计海峰老师的耐心指导和帮助。
我还要感谢和我一起研讨的同学们，它是我们汗水与智慧的结晶。
此次课程设计我收获很多，我毕生难忘，谢谢你们！
化工原理课程设计教师评分表
评价单元
评价要素
评价内涵
满分
评分
平时成绩
20%
出勤
能按时到指定设计地点进行课程设计，不旷课，不迟到，不早退。
10
纪律
学习态度认真，遵守课程设计阶段的纪律，作风严谨，按时完成课程设计规定的任务，按时上交课程设计有关资料。
10
说明书质量
30%
说明书格式
符合课程设计说明书的基本要求，用语、格式、图表、数据、量和单位及各种资料引用规范等。
10
工艺设
计计算
根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算，热量衡算，主体设备工艺尺寸计算，附属设备的选型等。
20
制图质量
30%
制图图形
图纸的布局、线形、字体、箭头、整洁等。
20
制图正确性
符合化工原理课程设计任务书制图要求，正确绘制流程图和工艺条件图等。
10
答辩
20％
对设计方
案的理解
答辩过程中，思路清晰、论点正确、对设计方案理解深入，主要问题回答正确
20
指导教师综合评定成绩：
实评总分 ；成绩等级
指导教师（签名）：
2010年月日
升级会员 