乙醇水精馏塔顶产品冷凝器的设计.docx
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乙醇水精馏塔顶产品冷凝器的设计
-目录
一．设计任务书……………………………………2
二．计算
1.工艺流程及草图…………………………………………3
2.精馏塔的物料衡算……………………………………….3
3.塔顶温度的计算………………………………………….4
4.塔板数的确定…………………………………………….6
换热器的设计三．
1.初选换热器的选型……………………………………….8
2.工艺流程及草图说明…………………………………….9
3.工艺计算及主体设备设计……………………………….9
4.初选换热器的规格………………………………………10
5.换热器的核算……………………………………………11
6.传热管排列和分程方法…………………………………13
7.辅助设备的设计…………………………………………17
四．换热器这要结构及尺寸和计算结果表
1.计算结果表
2.CAD绘制设备辅助图
五．结论
六．符号说明
七．参考文献
1
第一章任务书
1.1化工原理课程设计任务书
一、设计题目：
A：
乙醇—水精馏塔顶产品冷凝器的设计
二、原始数据：
1、年处理产量：
9万吨
2、原料液温度：
30℃
3、原料液浓度（乙醇质量百分数）：
38%
4、产品浓度：
塔顶乙醇含量不小于95%；塔底乙醇含量不大于0.5%（乙醇质量百分数）
5、精馏塔顶压强：
4kpa（表压）
6、塔顶采用全凝器，泡点回流。
7、冷却水温度：
入口温度25℃
2（表压）、饱和水蒸汽压力：
3kgf/cm85Pa≤100.7kPa≤；换热器：
允许压降9、塔：
单板压降
10、设备形式：
换热器——列管式换热器
11、厂址：
12：
每年按320天运行，每天按24小时计
三、设计内容
A：
1、设计方案简介：
对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述；
2、换热器的工艺计算：
确定换热器的传热面积；
3、换热器的主要结构尺寸设计；
4、主要辅助设备选型；
四、设计成果
1、设计说明书一份。
内容包括：
①目录；
②设计题目及原始数据（任务书）；
③设计方案的说明和论证；
④设计过程的有关计算和数据汇总；
2
⑤主体设备设计计算及说明；
⑥附属设备的选择
⑦参考文献；
⑧后记及其它。
对设计过程的评述和有关问题讨论。
2、设计图及其他
B：
①工艺流程图、冷凝器装备图各一张。
五、设计时间安排：
2周
六、班级与分组说明：
1、人数：
2011化工共16人。
分组：
每2人为一小组，共8个小组。
2、任务说明：
①每小组中甲、乙两同学共同完成流程选择和物料衡算之后，再分别按照A、B设计任务完成设计，其中B组所用原始数据同A组或以A组所求相关数据作为原始数据。
②请严格按照任务书中A、B要求进行。
七、参考资料：
《化工原理课程设计》、《化工原理》、《化工设备机械基础》、《化工制图》等。
第二章工艺计算
2.1工艺流程及草图说明
2.2精馏塔全塔物料衡算
3
：
原料组成（摩尔分数，下同）：
原料液流量（kmol/s）xFF：
塔顶组成：
塔顶产品流量（kmol/s）xDD：
塔底组成：
塔底残液流量（kmol/s）xWW原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数1）
18.02kg/kmol
；水相对分子质量：
乙醇相对分子质量：
46.07kg/kmol07./460.38=原料乙醇组成：
=0.193
XF0218./46.07?
0.62/0.380746.0.95/=0.881
=塔顶组成：
XD02..07?
0.05/180.95/4607.0.005/46=0.002
=塔底组成：
XW02?
0.995/18.0.005/46.07原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量2）02.）?
18（1?
0.1931930.?
46.07?
）=23.434（kg/kmolM=F）18.02=42.732（kg/kmolM=0.881×46.07+（1-0.881）×D）（kg/kmol=0.002×46.07+（1-0.002）×18.02=18.076MW物料衡算3）
90000t
年处理量310*90000F==11718.75kg/h
处理量24*320F=11718.75kg/hM=500.075kmol/h
F总物料量F=D+W500.075=D+W（2-1）
乙醇物料衡算FX=DX+WX500.075*0.193=D×0.881+W×0.002（2-2）WDF联立得D=108.663kmol/hW=391.412kmol/h
换算得D=108.663×M=4643.387（kg/h）W=391.412×M=7075.163（kg/h）WD表2-1物料组成计算结果
质量组分摩尔组分平均摩摩尔流质量流合量尔质量kg/h
计量水乙醇乙醇水kmol/hkg/kmol
500.07塔0.880.1111718.42.743
10.05
0.95
1顶89
5
0.000塔7075.10.9990.00391.410.9918.076
15底52268
0.19108.66进0.804643.30.3823.434
0.62
13料3
9
7
2.3塔顶温度确定
4
00?
?
式中对于非理想物系，与修正的拉乌尔定理可得）1?
xx?
P（P?
PBAAAAA00?
?
为纯组分A,B,,的活度系数。
为纯组分的饱和蒸汽压，pPBAAB压力，温度，和浓度对活度系数的值都有影响，一般影响不大。
温度的影响可按下面的经验公式计算：
?
log?
TC0式中常熟C对不同的物系，不同组成，数值不同。
可用一组已知数据求取如下：
〈1〉按已知的常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系查
表2-2常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系
气相液相温度/℃气相气相液相温度/℃温度/℃液相
68.41079.3010082.723.3757.3254.45
26.0882.378.741.9055.8095.517.0067.6373.85
32.7378.4178.1538.9189.059.267.2174.7281.5
39.6589.4343.75
9.66
89.4386.761.2280.778.15
50.7965.6479.885.312.3847.04
16.6150.89
79.7
51.9865.99
84.1
a）内差法求（782.?
t7?
84.182.f?
=83.543：
tt℃FF
37319..1661?
2337.?
23.1578.t?
1541.?
.7878D?
t℃=78.174t：
DD
438974.72?
..1?
89.43885?
t95.5?
95.100w?
=99.526：
tt℃WW
9?
.91?
.021.000；B组分的饱和蒸汽压温度下Antoine方程分别计算tA、（b）用p,pDBA1652.050?
?
7.plog33827（2-3）
At?
231.48d1657.460logp?
7.07406?
2-4（）
B02.227?
td00100.721kPa得=43.976kPa
pp?
BA（c）用修正的拉乌尔定律计算活度系数
5
Py8830.101.3?
?
A?
?
=1.008（2-5）
0A0881721?
0.100.xpAA）y1?
p（）8830.101.3*（1?
?
A?
?
=2.266（2-6）
0A0）.881.43954*（1?
0p（1?
x）ABC，于是）对组分A、B的常熟分别为C、（dBA?
log（1.008）=1.388（2-7）×=315.27logTC?
A0A?
log（2.266）=112.233（2-8）×=315.27logC?
TBB0用试差法计算塔顶温度（e）组分的饱和蒸汽压得：
t=79℃用安托尼方程计算该温度下A、B设温度00=45.48603kPa=104.0675kPappAB的活C、C不变浓度x忽略压力影响，可以认为温度变化时组分A、B的常数，AAB度系数可表示如下：
?
?
logC?
Tlog?
TCB00AAB得和T带入CCBA、?
?
=1.009可得：
1.388=log1352.AA?
?
=2.08
112.233=可得：
log352.1BB00?
?
（2-9）
由）1?
xP?
Px?
P（BAAAAAP=103.796kPa可知差对误可时，算出P=105.63kPa，相t=79.2调同理试得℃325105.105.63?
可行。
=0.29%=小于5%325.105122?
78.79.==79.2因为=1.38%，因为误差不大，故塔底温度可直接用t℃，相对误差D12.78℃由此可知压力对相平衡组成的影响不大故塔低可直接用常压下的操作数据计算t=99.5w理论塔板的计算2.1.2
理论板：
指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。
6
Nmin=9
由作图法可知最小理论板数1843..368?
6R?
Rmin430X?
.?
?
，R=2*3.184=6.368，由于，则例如假设R=2
1?
61.368R?
。
Y解的N由X,Nmin可通过吉利兰关联图查出minNN?
?
YN=12.1
Y=0.24，由可得到查图可知
1?
N108.63=691.77（kmol/h）（2-10）××D=6.318L=R108.63=800.48（kmol/h）（2-11）V=（R+1）D=（6.318+1）×
2-12）L'=L+F=691.77+500.1=1191.85（kmol/h）（=V=800.48kmol/h
V'回流比的选择2-3表V/（kmol/hL/（kmol/hR/RmiY
X
Rmin
R
）n）
0.430.233
1.44.458592.8753.184484.2420
0.400.276
3.184518.8314.7761.5627.4640
0.390.313
1.63.184553.4205.094662.0530
0.340.348
3.1845.4131.7
588.009
696.642
0
7
2-2回流比选择图图=5.094R=1.6R1.6R时费用最少，故操作回流比由图可以看出当回流比选minmin）L=553.42（kmol/h当R=5.094时，）V=662.05kmol/h=28296.017kg/h
）（kg/h则进入冷凝器的量为=（662.05*42.74）V冷三．换热器的设计初选换热的选型1.2-4换热器的分类表
刚性结℃，关键不能清洗，壳程清50用于管壳温差较小的情况（一般≦构洗空难，壳程易走不宜结构的物质固定管板式带膨胀0.6MPa
有一定温度补偿能力，壳程只能承受低压力，不超过节适用于管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和结垢的场合，造浮头式20%
价比固定式高
管内外均能承受
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