设计方案说明书封皮及格式.pdf
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1、个人资料整理仅限学习使用 中原工学院 材料与化工学院化工原理课程设计说明书 设计名称:年产3000吨酒精浮法塔式精馏塔设计 班级:应用化学112 班 组别:第六大组 组员:范大兵 指导老师:王红芳 日期: 2018 年 12 月 28 日 设计任务书 一、设计题目 3000吨酒精连续填料精馏塔设计 二、设计任务及操作条件 1、 设计任务: 生产能力 精馏塔的物料衡算; (2 塔板数的确定; (3 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算; (4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算; (5 塔板主要工艺尺寸的计算; (6 塔板的流体力学验算; (7 塔板负荷性能图; (8 精馏塔接管尺寸计算; (9 绘制生产
2、工艺流程图; (10 绘制精馏塔设计条件图; (11 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 四、参考资料 1.陈英南,刘玉兰. 常用化工单元设备的设计. 上海:华东理工大学出版社,2005 2.黄璐,王保国 . 化工设计 . 北京:化学工业出版社,2001 3.贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计(第二版 . 北京:化学工业出版社,2000 5.柴诚敬,刘国维,李阿娜. 化工原理课程设计. 天津:天津科学技术出版社,1995 6.石油化学工业规划设计院. 塔的工艺计算 . 北京:石油化学工业出版社,1997 7.化工设备技术全书编辑委员会. 化工设备全书塔设备设计 . 上海:上海科学技术出版社,1
3、988 8.时钧,汪家鼎等. 化学工程手册,. 北京:化学工业出版社,1986 9.上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下 . 北京:化学工业出版社,1986 10. 大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连:大连理工大学出版社,1994 个人资料整理仅限学习使用 目录 个人资料整理仅限学习使用 三、课程设计数据总结8 四、课程设计评价与认识8 8 2. 9 五、参考资料9 六、附录图9 一、概述 乙醇水是工业上最常见的溶剂,也是非常重要的化工原料之一,是无色、无毒、无致癌 性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能,而被广泛地应用于化工、日化、 医药等行业。近些年
4、来,由于燃料价格的上涨,乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势,且已 在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。 长期以来,乙醇多以蒸馏法生产,但是由于乙醇水体系有共沸现象,普通的精馏对于得 到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液,因此,研究和改进乙醇水体 系的精馏设备是非常重要的。 塔设备是最常采用的精馏装置,无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛 的应用,在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要 的。 个人资料整理仅限学习使用 1. 设计依据 本设计依据于教科书的设计实例,对所提出的题目进行分析并
5、做出理论计算。 1. 技术来源 目前,精馏塔的设计方法以严格计算为主,也有一些简化的模型,但是严格计算法对于连 续精馏塔是最常采用的,我们此次所做的计算也采用严格计算法。 1. 设计任务及要求 原料:乙醇 水溶液,年产量 3000吨 乙醇含量: 35%(质量分数 ,原料液温度: 45 设计要求:塔顶的乙醇含量不小于94%(质量分数 塔底的乙醇含量不大于0.1%(质量分数 表 1 乙醇 水溶液体系的平衡数据 液 相 中 乙 醇 的 含量 (摩尔分数 汽 相 中 乙 醇 的 含量 (摩尔分数 液 相 中 乙 醇 的 含量 (摩尔分数 汽 相 中 乙 醇 的 含量 (摩尔分数 0.0 0.0 0.4
6、0 0.614 0.004 0.053 0.45 0.635 0.01 0.11 0.50 0.657 0.02 0.175 0.55 0.678 0.04 0.273 0.60 0.698 0.06 0.34 0.65 0.725 0.08 0.392 0.70 0.755 0.10 0.43 0.75 0.785 0.14 0.482 0.80 0.82 0.18 0.513 0.85 0.855 0.20 0.525 0.894 0.894 0.25 0.551 0.90 0.898 0.30 0.575 0.95 0.942 0.35 0.595 1.0 1.0 个人资料整理仅限学习使
7、用 二:计算过程 1. 塔型选择 根据生产任务,若按年工作日300天,每天开动设备24 小时计算,产品流量为417kg/h, 由于产品粘度较小,流量较大,为减少造价,降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响,提 高生产效率,选用浮阀塔。 2. 操作条件的确定 2.1 操作压力 由于乙醇 水体系对温度的依赖性不强,常压下为液态,为降低塔的操作费用,操作压力 选为常压 其中塔顶压力为 塔底压力 2.2 进料状态 虽然进料方式有多种,但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动 的影响,塔的操作比较容易控制;此外,饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同,无论是 设计计算还是实际加工制造这
8、样的精馏塔都比较容易,为此,本次设计中采取饱和液体进料 2.3 加热方式 精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供 应;由于乙醇 水体系中,乙醇是轻组分,水由塔底排出,且水的比热较大,故可采用直接水 蒸气加热,这时只需在塔底安装一个鼓泡管,于是可省去一个再沸器,并且可以利用压力较底 的蒸汽进行加热,无论是设备费用还是操作费用都可以降低。 2.4 热能利用 精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低,通常进入再沸器的能 量只有5%左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量,但是由于其位能较 低,不可能直接用作为塔底的热源。为此,我们拟
9、采用塔釜残液对原料液进行加热。 3. 有关的工艺计算 由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准,需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。 个人资料整理仅限学习使用 已知进料口、塔顶、塔釜的质量分数分别是45、94和 0.1。 原料液的摩尔组成: 同 理可 求得: 原料液的平均摩尔质量: 同理可求得: 在 45下,原料液中 由此可查得原料液,塔顶和塔底混合物的沸点,以上计算结果见表2。 表 2 原料液、馏出液与釜残液的流量与温度 名称原料液馏出液釜残液 35 94 0.1 (摩尔分数 0.1740 0.8598 0.0004 摩尔质量22.872 42.07 18.0 沸点温度/83.83 78.6
10、2 99.38 3.1 最小回流比及操作回流比的确定 由于是泡点进料,过点做直线交平衡线于点, 由点可读得,因此: 可取操作回流比:,故 R取 3.0 3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算 以年工作日为 300天,每天开车 24 小时计,进料量为: 由全塔的物料衡算方程可写出: (蒸汽 (泡点 个人资料整理仅限学习使用 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 塔顶全凝器的热负荷: 可以查得,所以 平均温度下的比热,于是冷凝水用量可求: 3.4 热能利用 以釜残液对预热原料液,则将原料加热至泡点所需的热量可记为: 其中 在进出预热器的平均温度以及的情况下可以查得 比热,所以, 釜残液放出的热
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