精馏塔设计乙醇水Word下载.docx

1、2017.6.12-2017.6.18 哈尔滨工业大学教务处 哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名：院（系）：化工与化学学院化学工艺系 专 业：化学工程与工艺 班 号：任务起至日期：2017年 6月 12日至 2017年 6月 18 日 课程设计题目：精馏塔的设计 已知技术参数和设计要求：1.设计一种精馏塔，满足一下要求。（1）原料：乙醇水溶液，年产量 48000吨 乙醇含量：35%（质量分数），原料液温度：自选 设计要求：塔顶的乙醇含量不小于 90%（质量分数）塔底的乙醇含量不大于 0.5%（质量分数）（2）结构合理，尽可能循环利用能源。（3）初步的观察和分析位置。（4）鼓励新想法和创新精神

2、。鼓励使用 AutoCAD 等计算机辅助工具绘图。2.设计和选择辅助设备以及检测仪器仪表。根据确定品种、结构类型和生产能力，确定设备选型和规格，确定设备布置。工作量：（1）写出详细的精馏塔设计与计算过程，对于精馏塔设计中引用的数据应说明来源和选用依据。（2）画出精馏塔整体工作流程图，辅助设备仪器要选型；（3）分析测试仪表和仪器要标明位置和作用。（4）节能降耗以及提高效率的新方法。工作计划安排：6.126.13 熟悉设计任务，相关查阅资料，对计算过程进行估算，初步确定部件尺寸 6.146.15初步设计，绘制精馏工作草图 6.166.18 检查修改后，正式写出详细计算过程，绘制精馏塔详细设备和工作

3、图。6.31 验收答辩 同组设计者及分工：对此题目，每个人独立设计、制图。指导教师签字：张秋明 2017年 6月 12日 教研室主任意见：同意 教研室主任签字：2017年 6月 13 日 *注：此任务书由课程设计指导教师 1全塔物料衡算 1）乙醇摩尔分数计算 查阅得 M乙醇=46.07，M水=18.02 1 进料摩尔分数 2 塔顶摩尔分数 3 塔底摩尔分数 2）物料衡算 1 年产量 48000吨，按年工作日 300天处理 2 物料衡算 2回流比的确定 泡点进料，用 Origin作图，由于水-乙醇平衡线较特殊，故通过点（XD,XD）作平衡线的切线得精馏段操作线，再连接 q线与操作线交点与点（XW

4、,XW）得提馏段操作线。利用精馏段操作线斜率 k求 Rmin 3理论塔板数的确定 由图解法得：精馏段理论塔板数为 20.48 提馏段理论塔板数为 3.52 4精馏段提馏段气液相的确定 1）精馏段 2）提馏段 5精馏段提馏段操作线方程 1）精馏段 2）提馏段 6精馏段提馏段气液相的物理性质 1）温度 由图可得：XD=0.835时 tD=78.3oC XF=0.174时 tF=83.7oC XW=0.00196时 tW=99.5oC 2）密度 查化工原理（天大版）得混合液体密度 混合气体密度 1 精馏段 2 提馏段 由物理化学及网上资料查得不同温度下水和乙醇的密度 温度/乙醇密/kg/m3 水密度

5、/kg/m3 温度/乙醇密度/kg/m3 水密度/kg/m3 80 735 971.8 95 720 961.85 85 730 968.6 100 716 958.4 95 724 965.3 精馏段：t1=81.0oC 由内插法求得 提馏段：t2=91.6oC 3）黏度 查物理化学得 乙醇黏度-温度关系 温度/80 90 100 黏度/mPa s 0.495 0.406 0.361 水黏度-温度关系 温度/80 81 82 90 91 92 93 黏度/mPas 0.3565 0.3521 0.3478 0.3165.03130 0.3095 0.3060 4）表面张力 其中：下标 w、o

6、、S分别指水、有机物及表面部分;指主体部分的分子分率；指主体部分的摩尔体积；为纯水及有机物表面的张力。对于乙醇，q为2。查物理化学得表格：温度/70 80 90 100 乙醇表面张力/10-2N/m 18 17.15 16.2 15.2 水表面张力/10-2N/m 64.3 62.6 60.7 58.8 精馏段：t1=81.0oC 由内插法求得 联立得 提馏段：t2=91.6oC 由内插法求得 联立得 5）相对挥发度 6）实际板数计算 7塔体工艺尺寸计算 1）塔的有效高度计算 2）塔径的计算 精馏段气液流量 提馏段气液流量：1）精馏塔的有效高度计算 8塔板工艺尺寸计算 1）溢流装置设计 1 堰

7、长 2 溢流堰的高度 hw 选平直堰，其中 E=1。3 方形降液管宽度 wd 和截面积 Af 根据：方形降液管截道面参数比例图 4 降液管底隙高度 ho=hw-0.006 5 选用凹型受液盘 2）塔板布置 由于 D=1.4m0.8m，所以采用分布式布置。3）边缘区宽度的确定 对于塔径小于 1.5m的塔，ws=80110mm，取 ws=100mm。4）开孔面积的计算 5）筛孔计算及排列 精馏物质没有腐蚀性，可选用。取筛孔直径。筛孔一般为正三角形排列，取孔中心距。9筛板流体力学计算 1）塔板压降 1 干板阻力 hc计算，查化工原理课程设计（柴敬诚版）得：2 气体通过液层的阻力 查化工原理课程设计（

8、柴敬诚版）得：3 液体表面张力的阻力 2）液面落差 D=1.4m0.03m采用下式:稳定系数 F:5）液泛 应满足：其中：Hd 为降液管中清液层高度 hd 为与液体流过降液管的压降相当的液柱高度 10塔板负荷性能图 1）漏液线 2）液沫夹带线 以为限，求取 VSLS关系如下：由 3）液相负荷上限线 对于平直堰，取堰上高度作为最小液体负荷标准。4）液相负荷下限线 以作为液体在降液管中停留下限 5）液泛线 联立 得 忽略 h，将的关系式代入上式，并整理得 11板式塔的结构 1）塔顶空间 塔顶空间应大于板间距，设计中通常取塔顶间距为：2）塔底空间 取储存液量停留 5min而定：3）封头 采用椭圆封头

9、，D=1.4m，查化工机械设备得 直边高度：0.04m 曲边高度：0.35m 4）人孔 一般每隔 1020层塔板设置一人孔，塔板数为 52，本设计开人孔数 3个，每个直径为 450mm孔板间距为 600mm，设人孔处的板间距为 600mm。5）裙座 选取裙座直径为 1600mm，裙座高度 3m。6）塔总高度 12附属设备 1）冷凝器选择 塔顶温度：78.3oC 乙醇的气化潜热：863KJ/kg 水的气化潜热：2385KJ/kg 冷却水 12oC78.3oC 混合液 78.3oC40oC 导热系数：K=1000 传热面积：2）再沸器选择 塔底温度：99.5oC 乙醇的气化潜热：675KJ/kg 水的气化潜热：2240KJ/kg 乙醇的比热：3.8KJ/（kg K）水的比热：4.25KJ/（kg K）水蒸气 120oC100oC 混合液 99.5oC120oC 导热系数：K=3000