乙醇水连续精馏浮阀塔的设计课程.docx

1、乙醇水连续精馏浮阀塔的设计课程资料范本 本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载乙醇-水连续精馏浮阀塔的设计课程 地点：_时间：_说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容课 程 设 计设计题目 乙醇-水连续精馏浮阀塔的设计学生姓名学 号专业班级指导教师2014年 1 月 11 日.乙醇水浮连续精馏阀塔工艺设计 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc283455732 化工原理课程设计任务书 PAGEREF _Toc283455732 h 3 HY

2、PERLINK l _Toc283455733 摘要 PAGEREF _Toc283455733 h 4 HYPERLINK l _Toc283455734 一、设计任务及方案简介 PAGEREF _Toc283455734 h 10 HYPERLINK l _Toc283455735 1.1 设计任务 PAGEREF _Toc283455735 h 10 HYPERLINK l _Toc283455736 1.2 设计方案论证及确定 PAGEREF _Toc283455736 h 10 HYPERLINK l _Toc283455737 二、工艺流程草图及说明 PAGEREF _Toc283

3、455737 h 12 HYPERLINK l _Toc283455738 2.1.1 工艺草图 PAGEREF _Toc283455738 h 12 HYPERLINK l _Toc283455739 2.2 工艺流程说明 PAGEREF _Toc283455739 h 12 HYPERLINK l _Toc283455740 三、精馏塔工艺的设计及计算 PAGEREF _Toc283455740 h 13 HYPERLINK l _Toc283455741 3.1 塔的物料衡算： PAGEREF _Toc283455741 h 13 HYPERLINK l _Toc283455742 3.

4、1.1 液料及塔顶，塔底产品含乙醇摩尔分数 PAGEREF _Toc283455742 h 13 HYPERLINK l _Toc283455743 3.1.2平均摩尔质量 PAGEREF _Toc283455743 h 13 HYPERLINK l _Toc283455744 3.1.3 物料衡算 PAGEREF _Toc283455744 h 13 HYPERLINK l _Toc283455745 3.2 塔板数的确定： PAGEREF _Toc283455745 h 14 HYPERLINK l _Toc283455746 3.2.1 理论塔板数的求取 PAGEREF _Toc2834

5、55746 h 15 HYPERLINK l _Toc283455747 3.2.2求最小回流比及操作回流比R PAGEREF _Toc283455747 h 16 HYPERLINK l _Toc283455748 3.2.3 求理论塔板数 PAGEREF _Toc283455748 h 16 HYPERLINK l _Toc283455749 3.3 塔的平均温度: PAGEREF _Toc283455749 h 17 HYPERLINK l _Toc283455750 3.4 密度 PAGEREF _Toc283455750 h 17 HYPERLINK l _Toc283455751

6、3.4.1 精馏段 PAGEREF _Toc283455751 h 17 HYPERLINK l _Toc283455752 3.4.2 提馏段 PAGEREF _Toc283455752 h 18 HYPERLINK l _Toc283455753 3.4.3 不同温度下乙醇和水的密度 PAGEREF _Toc283455753 h 18 HYPERLINK l _Toc283455754 3.5 混合物的粘度 PAGEREF _Toc283455754 h 19 HYPERLINK l _Toc283455755 3.6 相对挥发度 PAGEREF _Toc283455755 h 19 H

7、YPERLINK l _Toc283455756 3.6.1 精馏段挥发度 PAGEREF _Toc283455756 h 19 HYPERLINK l _Toc283455757 3.6.2 提馏段挥发度 PAGEREF _Toc283455757 h 19 HYPERLINK l _Toc283455758 3.7 气液相体积流量计算 PAGEREF _Toc283455758 h 20 HYPERLINK l _Toc283455759 3.7.1 精馏段 PAGEREF _Toc283455759 h 20 HYPERLINK l _Toc283455760 3.7.2 提馏段 PAG

8、EREF _Toc283455760 h 20 HYPERLINK l _Toc283455761 3.8 混合溶液表面张力 PAGEREF _Toc283455761 h 20v HYPERLINK l _Toc283455762 3.8.1 精馏段 PAGEREF _Toc283455762 h 21 HYPERLINK l _Toc283455763 3.8.2 提馏段 PAGEREF _Toc283455763 h 22 HYPERLINK l _Toc283455764 3.9 全塔效率及实际塔板数 PAGEREF _Toc283455764 h 22 HYPERLINK l _To

9、c283455765 四、工艺计算及主体设备的设计 PAGEREF _Toc283455765 h 23 HYPERLINK l _Toc283455766 4.1 管径的初步设计 PAGEREF _Toc283455766 h 23 HYPERLINK l _Toc283455767 4.1.1精馏段 PAGEREF _Toc283455767 h 24 HYPERLINK l _Toc283455768 4.1.2 提馏段 PAGEREF _Toc283455768 h 25 HYPERLINK l _Toc283455769 4.2 溢流装置 PAGEREF _Toc283455769

10、h 25 HYPERLINK l _Toc283455770 4.2.1 堰长 PAGEREF _Toc283455770 h 25 HYPERLINK l _Toc283455771 4.2.2 方形降液管的宽度和横截面 PAGEREF _Toc283455771 h 26 HYPERLINK l _Toc283455772 4.2.3 降液管底隙高度 PAGEREF _Toc283455772 h 26 HYPERLINK l _Toc283455773 4.3 塔板分布及浮阀数目及排列 PAGEREF _Toc283455773 h 26 HYPERLINK l _Toc28345577

11、4 4.3.1 塔板分布 PAGEREF _Toc283455774 h 26 HYPERLINK l _Toc283455775 4.3.2 浮阀数目与排列 PAGEREF _Toc283455775 h 26 HYPERLINK l _Toc283455776 4.4 塔板的流体力学计算 PAGEREF _Toc283455776 h 29 HYPERLINK l _Toc283455777 4.4.1 气相通过浮阀塔板的压降 PAGEREF _Toc283455777 h 29 HYPERLINK l _Toc283455778 4.5 淹塔 PAGEREF _Toc283455778

12、h 30 HYPERLINK l _Toc283455779 4.5.1 精馏度 PAGEREF _Toc283455779 h 30 HYPERLINK l _Toc283455780 4.5.2 提馏段 PAGEREF _Toc283455780 h 30 HYPERLINK l _Toc283455781 4.6 物沫夹带 PAGEREF _Toc283455781 h 31 HYPERLINK l _Toc283455782 4.6.1 精馏段 PAGEREF _Toc283455782 h 31 HYPERLINK l _Toc283455783 4.6.2 提馏段 PAGEREF

13、_Toc283455783 h 31 HYPERLINK l _Toc283455784 4.7塔板负荷性能图 PAGEREF _Toc283455784 h 32 HYPERLINK l _Toc283455785 4.7.1 物沫夹带线 PAGEREF _Toc283455785 h 32 HYPERLINK l _Toc283455786 4.7.2 液泛线 PAGEREF _Toc283455786 h 32 HYPERLINK l _Toc283455787 4.8 液相负荷上限 PAGEREF _Toc283455787 h 33 HYPERLINK l _Toc283455788

14、 4.9 液漏线 PAGEREF _Toc283455788 h 33 HYPERLINK l _Toc283455789 4.10 液相负荷下限性 PAGEREF _Toc283455789 h 34 HYPERLINK l _Toc283455790 五、塔的附属设备选型及校核 PAGEREF _Toc283455790 h 35 HYPERLINK l _Toc283455791 5.1 接管 PAGEREF _Toc283455791 h 35 HYPERLINK l _Toc283455792 5.1.1 进料管 PAGEREF _Toc283455792 h 35 HYPERLIN

15、K l _Toc283455793 5.1.2 回流管 PAGEREF _Toc283455793 h 36 HYPERLINK l _Toc283455794 5.1.3 塔釜出料管 PAGEREF _Toc283455794 h 36 HYPERLINK l _Toc283455795 5.1.4 塔顶蒸汽出料管 PAGEREF _Toc283455795 h 37 HYPERLINK l _Toc283455796 5.1.5 塔釜进气管 PAGEREF _Toc283455796 h 37 HYPERLINK l _Toc283455797 5.1.6 法兰 PAGEREF _Toc2

16、83455797 h 37 HYPERLINK l _Toc283455798 5.2 筒体与封头 PAGEREF _Toc283455798 h 38 HYPERLINK l _Toc283455799 5.2.1 筒体 PAGEREF _Toc283455799 h 38 HYPERLINK l _Toc283455800 5.2.2 封头 PAGEREF _Toc283455800 h 39 HYPERLINK l _Toc283455801 5.3 除沫器 PAGEREF _Toc283455801 h 39 HYPERLINK l _Toc283455802 5.4 裙座 PAGER

17、EF _Toc283455802 h 39 HYPERLINK l _Toc283455803 5.5吊柱 PAGEREF _Toc283455803 h 40 HYPERLINK l _Toc283455804 5.6人孔 PAGEREF _Toc283455804 h 40 HYPERLINK l _Toc283455805 5.7 塔总体高度的计算 PAGEREF _Toc283455805 h 40 HYPERLINK l _Toc283455806 5.7.1 塔的顶部空间高度 PAGEREF _Toc283455806 h 40 HYPERLINK l _Toc283455807

18、5.7.2 塔的底部空间高度 PAGEREF _Toc283455807 h 40 HYPERLINK l _Toc283455808 5.7.3 塔立体高度 PAGEREF _Toc283455808 h 40 HYPERLINK l _Toc283455809 5.8 附属设备设计 PAGEREF _Toc283455809 h 41 HYPERLINK l _Toc283455810 5.8.1 冷凝器的选择 PAGEREF _Toc283455810 h 41 HYPERLINK l _Toc283455811 5.8.2 再沸器的选择 PAGEREF _Toc283455811 h

19、41 HYPERLINK l _Toc283455812 六、 塔的各项指标校验 PAGEREF _Toc283455812 h 42 HYPERLINK l _Toc283455813 6.1 风载荷及风弯矩 PAGEREF _Toc283455813 h 42 HYPERLINK l _Toc283455814 6.1.1 风载荷 PAGEREF _Toc283455814 h 42 HYPERLINK l _Toc283455817 6.2 风弯矩 PAGEREF _Toc283455817 h 42 HYPERLINK l _Toc283455818 6.3 离心泵选型 PAGEREF

20、 _Toc283455818 h 43 HYPERLINK l _Toc283455819 6.4 塔体的强度和稳定性校核 PAGEREF _Toc283455819 h 44 HYPERLINK l _Toc283455820 6.4.1 塔底危险截面1-1轴向应力计算 PAGEREF _Toc283455820 h 44 HYPERLINK l _Toc283455821 6.5 质量载荷 PAGEREF _Toc283455821 h 44 HYPERLINK l _Toc283455822 6.6 塔底抗压强度校核 PAGEREF _Toc283455822 h 45 HYPERLIN

21、K l _Toc283455823 6.6.1 塔底1-1截面抗压强度及轴向稳定性校核 PAGEREF _Toc283455823 h 45 HYPERLINK l _Toc283455824 6.7 裙座的强度及稳定性校核 PAGEREF _Toc283455824 h 45 HYPERLINK l _Toc283455825 裙座底部0-0截面的轴向应力计算 PAGEREF _Toc283455825 h 45 HYPERLINK l _Toc283455826 6.8 焊缝强度 PAGEREF _Toc283455826 h 46 HYPERLINK l _Toc283455827 6.

22、9.1 水压试验时，塔体1-1截面的强度条件 PAGEREF _Toc283455827 h 46 HYPERLINK l _Toc283455828 6.9.2水压试验时裙裾底部1-1截面的强度和稳定性验算 PAGEREF _Toc283455828 h 47 HYPERLINK l _Toc283455829 七、设计结果概要及汇总 PAGEREF _Toc283455829 h 47 HYPERLINK l _Toc283455830 7.1 全塔工艺设计结果总汇 PAGEREF _Toc283455830 h 47 HYPERLINK l _Toc283455831 7.2 主要符号说

23、明 PAGEREF _Toc283455831 h 50 HYPERLINK l _Toc283455832 八、总结 PAGEREF _Toc283455832 h 52 HYPERLINK l _Toc283455833 8.1 总结 PAGEREF _Toc283455833 h 52 HYPERLINK l _Toc283455834 8.2 心得 PAGEREF _Toc283455834 h 53 HYPERLINK l _Toc283455835 九、主要参考文献 PAGEREF _Toc283455835 h 54绪论本设计书介绍的是浮阀塔精馏的设计，其中包括设计方案的确定、塔

24、主要设备的工艺设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图及草图及说明、设计结果概要及一览表等几大内容。本设计主要用于分离酒精和水的混合物，利用浮阀塔将其进行精馏分离。精馏所进行的是精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。在本设计过程中，严格按照常用数据算图，化工设备常用材料性能以及化工图例国标规定进行设计，同时查阅了大量的有关资料。每一步的计算都严格按照化工原理课程设计一书中的公式进行计算，并经过核对与验算，总体来说有一定的合理性。一、 设计方案论证及确定1.1.1 生产时日及处理量的选择：设计要求塔年处理1

25、1.5万吨乙醇水溶液系统，年工作日300d，每天工作24h。1.1.2 选择用板式塔不用填料塔的原因：因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下：（1）生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。（2）效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。（3）流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。（4）有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。（5）结构简单，造价低，安装检修方便。（6）能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。故选用板式

26、塔。1.1.3 板式精馏塔选择浮阀塔的原因：（1）生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。（2）操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。（3）塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。（4）气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。（5）塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30。1.1.4 选择泡点进料的原因：在

27、供热量一定的情况下，热量应尽可能从塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用。为使塔的操作稳定，免受季节气温影响，精、提馏段采用相同塔径以便于制造，则常采用泡点进料。1.1.5 操作压力的选择：常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益, 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。1.1.6 加热方式的选择：采用间接蒸汽加热，设置再沸器。1.2.7 回流比的选择：主要从经济观点出发，力求使设备费用和操作费用之和最低，该设计选择为。二、工艺流程草图及说明2.1.1 工艺草图2.1 工艺流程草图图 2-1 工艺流程简图2.2 工艺流程说明一整套精

28、馏装置应该包括精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。乙醇水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分液体气化，产生上升蒸汽，一起通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品，经冷凝器冷却后送入贮槽。塔釜采用

29、再沸器加热。塔底产品经冷却后送入贮槽。三、精馏塔工艺的设计及计算3.1 塔的物料衡算：3.1.1 液料及塔顶，塔底产品含乙醇摩尔分数=0.8597=0.0003913.1.2平均摩尔质量=0.11546.07+(1-0.115)18.02=21.25 Kg/Kmol=0.859746.07+（1-0.8597）18.02=42.13 Kg/Kmol=0.00039146.07+（1-0.000391）18.02=18.03 Kg/Kmol3.1.3 物料衡算总物料衡算 += =370000/24=15416.67Kg/h易挥发组份物料衡算 0.94+0.001=0.25联立以上式，得：=581

30、37.56Kg/h =58137.56/21.25=2735.89 Kmol/h=15416.67Kg/h D=15416.67/42.12=366.02 Kmol/h=42720.89Kg/h W=42720.89/18.03=2369.43 Kmol/h3.2 塔板数的确定：表3-1 不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示3.2.1 理论塔板数的求取3.2.1.1 根据乙醇、水的平衡数据作x-y图及t-x-y图。3.2.2求最小回流比及操作回流比R。因泡点进料，根据1.01325105Pa下乙醇水的气液平衡组成可绘出平衡曲线，即x-y曲线图。已知乙醇水为非理想物系，其平衡曲线有下凹部分，当操作线与q线的交点尚未落到平衡线上之前，操作线已经与平衡线相切，对应的回流比为最小的回流比。最小回流比的求法是由点(0.8597，0.8597)向平衡线的下凹部分作切线，该线与q线的交点坐标为(xq= 0.1153，yq= 0.355)。见图取操作回流比 R=1.45=3.054图3-1乙醇、水的t-x-y图3.2.3 求理论塔板数。依图3-2。