化工原理课程设计计算说明书样本Word格式文档下载.docx
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第五章精馏塔工艺条件及相关物性数据计算...............9
第六章塔板关键工艺尺寸计算............................11
第七章筛板流体力学验算................................15
第八章塔板负荷性能图....................................18
第九章辅助设备计算和选型..............................21
设计评述.................................................27
参考文件.................................................27
第一章设计任务书
1.1设计题目
设计题目:
甲醇—水分离过程板式精馏塔设计
设计要求:
年产纯度为99%(质量分数,下同)甲醇,塔底馏出液中含甲醇不得高于0.05%,原料液中含甲醇22%。
生产能力11100L/h
1.2操作条件
1)操作压力常压
2)进料热状态饱和进料
3)回流比自选
4)塔底加热蒸气压力0.3Mpa(表压)
1.3塔板类型
筛孔塔
1.4工作日
每十二个月工作日为330天,天天二十四小时连续运行。
1.5设计说明书内容
(1)步骤和工艺条件确实定和说明
(2)操作条件和基础数据
(3)精馏塔物料衡算;
(4)塔板数确实定;
(5)精馏塔工艺条件及相关物性数据计算;
(6)精馏塔塔体工艺尺寸计算;
(7)塔板关键工艺尺寸计算;
(8)塔板流体力学验算;
(9)塔板负荷性能图;
(10)关键工艺接管尺寸计算和选择
(11)塔板关键结构参数表
(12)对设计过程评述和相关问题讨论
第二章设计标准
2.1确定设计方案标准
确定设计方案总标准是在可能条件下,尽可能采取科学技术上最新成就,使生产达成技术上最优异、经济上最合理要求,符合优质、高产、安全、低消耗标准。
必需具体考虑以下几点:
2.1.1满足工艺和操作要求
⑴首先必需确保产品达成任务要求要求,而且质量要稳定。
这就要求各流体流量和压头稳定,入塔料液温度和状态稳定,从而需要采取对应方法。
⑵其次所定设计方案需要有一定操作弹性,各处流量应能在一定范围内进行调整,必需时传热量也可进行调整。
所以,在必需位置上要装置调整阀门,在管路中安装备用支线。
计算传热面积和选择操作指标时,也应考虑到生产上可能波动。
再其次,要考虑必需装置仪表(如温度计、压强计,流量计等)及其装置位置,方便能经过这些仪表来观察生产过程是否正常,从而帮助找出不正常原因,方便采取对应方法。
2.1.2满足经济要求
要节省热能和电能消耗,降低设备及基建费用。
如前所述在蒸馏过程中如能合适地利用塔顶、塔底废热,就能节省很多生蒸汽和冷却水,也能降低电能消耗。
一样,回流比大小对操作费和设备费也有很大影响。
降低生产成本是各部门常常性任务,所以在设计时,是否合理利用热能,采取哪种加热方法,和回流比和其它操作参数是否选得适宜等,均要作全方面考虑,努力争取总费用尽可能低部分。
而且,应结合具体条件,选择最好方案。
2.1.3满足安全生产要求
比如甲醇属易燃有毒物料,不能让其蒸汽弥漫车间,也不能使用轻易发生火花设备。
又如,塔是指定在常压下操作,塔内压力过大或塔骤冷而产生真空,全部会使塔受到破坏,所以需要安全装置。
以上三项标准在生产中全部是一样关键。
但在化工原理课程设计中,对第一个标准应作较多考虑,对第二个标准只作定性考虑,而对第三个标准只要求作通常考虑。
2.2精馏操作对塔设备要求和类型
2.2.1 对塔设备要求
精馏所进行是气(汽)、液两相之间传质,而作为气(汽)、液两相传质所用塔设备,首先必需要能使气(汽)、液两相得到充足接触,以达成较高传质效率。
不过,为了满足工业生产和需要,塔设备还得含有下列多种基础要求:
⑴气(汽)、液处理量大,即生产能力大时,仍不致发生大量雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作现象。
⑵操作稳定,弹性大,即当塔设备气(汽)、液负荷有较大范围变动时,仍能在较高传质效率下进行稳定操作并应确保长久连续操作所必需含有可靠性。
⑶流体流动阻力小,即流体流经塔设备压力降小,这将大大节省动力消耗,从而降低操作费用。
对于减压精馏操作,过大压力降还将使整个系统无法维持必需真空度,最终破坏物系操作。
⑷结构简单,材料耗用量小,制造和安装轻易。
⑸耐腐蚀和不易堵塞,方便操作、调整和检修。
⑹塔内滞留量要小。
实际上,任何塔设备全部难以满足上述全部要求,况且上述要求中有些也是相互矛盾。
不一样塔型各有一些独特优点,设计时应依据物系性质和具体要求,抓住关键矛盾,进行选型。
2.2.2 板式塔类型
气-液传质设备关键分为板式塔和填料塔两大类。
精馏操作既可采取板式塔,也可采取填料塔,板式塔为逐层接触型气-液传质设备,其种类繁多,依据塔板上气-液接触元件不一样,可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多个。
现在从中国外实际使用情况看,关键塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔,而前二者使用尤为广泛。
筛板塔也是传质过程常见塔设备,它关键优点有:
⑴结构比浮阀塔更简单,易于加工,造价约为泡罩塔60%,为浮阀塔80%左右。
⑵处理能力大,比同塔径泡罩塔可增加10~15%。
⑶塔板效率高,比泡罩塔高15%左右。
⑷压降较低,每板压力比泡罩塔约低30%左右。
筛板塔缺点是:
⑴塔板安装水平度要求较高,不然气液接触不匀。
⑵操作弹性较小(约2~3)。
⑶小孔筛板轻易堵塞。
第三章设计步骤
3.1精馏塔设计步骤
本设计按以下多个阶段进行:
⑴设计方案确定和说明。
依据给定任务,对精馏装置步骤、操作条件、关键设备型式及其材质选择等进行叙述。
⑵蒸馏塔工艺计算,确定塔高和塔径。
⑶塔板设计:
计算塔板各关键工艺尺寸,进行流体力学校核计算。
接管尺寸、泵等,并画出塔操作性能图。
⑷管路及隶属设备计算和选型,如再沸器、冷凝器。
⑸誊录说明书。
⑹绘制精馏装置工艺步骤图和精馏塔设备图。
3.2确定设计方案
本设计任务为分离甲醇——水混合物。
对于二元混合物分离,应采取连续精馏步骤。
设计中采取泡点进料,将原料液经过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采取全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内,其它部分经产品冷却器后送至储罐。
塔釜采取间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
第四章精馏塔工艺计算
4.1物料衡算
4.1.1原料液及其塔顶、塔底产品摩尔分率
甲醇摩尔质量为:
水摩尔质量为:
原料液摩尔分率:
xF=22/32.04/(22/32.04+78/18.01)=0.1369
塔顶摩尔分率:
xD=99/32.04/(99/32.04+1/18.01)=0.9824
塔底摩尔分率:
xW=0.05/32.04/(0.05/32.04+99.95/18.01)=0.00028
4.1.2原料液及其塔顶和塔底产品平均摩尔质量
原料液平均摩尔质量:
MF=0.1369×
32.04+(1-0.1369)×
18.01=19.9307kg/kmol
塔顶产品平均摩尔质量MD=0.9824×
32.04+(1-0.9824)×
18.01=31.7931kg/kmol
塔底产品平均摩尔质量
MW=0.00028×
32.04+(1-0.00028)×
18.01=18.0139kg/kmol
4.1.3全塔物料衡算
由手册查得甲醇—水物系气液平衡数据得:
xD=0.9824.T=64.29℃
T=64.29℃时,甲醇密度ρ=747kg/m3水密度ρ=980.8kg/m3
塔顶平均密度ρ=747×
0.9824+18.01×
(1-0.9824)=751.124kg/m3
D=11100L/h=11.1m3/h=11.1×
751.124×
10/31.793=262.243kmol/h
F=D+WFxF=DxD+WxW
F=1884.992kmol/hW=1622.75kmol/h
式中F—原料液流量,kmol/h
D—流出液流量,kmol/h
W—釜残液流量,kmol/h
XF—原料液中易挥发组分摩尔分数
XD—流出液中易挥发组分摩尔分数
XW—釜残液中易挥发组分摩尔分数
4.2精馏段操作线方程
甲醇—水属理想物系,可采取图解法求理论板层数。
1由手册查得甲醇—水物系气液平衡数据(表1),绘出x-y图,见图4.1。
表1
温度/℃
x
y
100
0.00
75.3
0.40
0.729
96.4
0.02
0.134
73.1
0.50
0.779
93.5
0.04
0.234
71.2
0.60
0.825
91.2
0.06
0.304
69.3
0.70
0.870
89.3
0.08
0.365
67.6
0.80
0.915
87.7
0.10
0.418
66.0
0.90
0.958
84.4
0.15
0.517
65.0
0.95
0.979
81.7
0.20
0.579
64.5
1.00
78.0
0.30
0.665
查得:
yδ=0.4960,xδ=0.1369
Rmin=(xD-yδ)/(yδ-xδ)
=(0.9824-0.4960)/(0.496-0.1369)
=1.354
R=1.7Rmin=1.7*1.354=2.3
L=RD=2.3*262.243=601.85kmol/h
V=(R+1)*D=(2.3+1)*262.243=864.09kmol/h
V’=V=846.09kmol/h
L’=L+F=601.85+1884.992=2486.842kmol/h
4.3提馏段操作线方程
4.4进料方程
因为为泡点进料,则q=1
yδ=0.4960
4.5图解法确定塔板数
X
可知,总理论塔板数NT为13块(包含再沸器)
进料板位置NF为自塔顶数起第8块。
4.6理论板层数NT求取
操作温度
表3-1甲醇—水气、液平衡组成(摩尔)和温度关系
液相
气相
0.57
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