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课程设计 筛板式精馏塔设计.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.58M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1．设计基础数据
    1.1原始数据及条件 生产能力：年处理乙醇-水混合液1700吨（开工率300天/年）原料：乙醇含
    1.2乙醇和水的物理性质 (表1)
    1.3乙醇和水的黏度 (表2)
    1.4乙醇和水的表面张力 (表3)
    1.5乙醇和水的密度 (表4)
    1.6常压下乙醇——水的气液平衡数据 (表5)
    2．精馏塔工艺计算
    2.1塔的物料衡算
    2.1.1料液及塔顶，塔顶产品含乙醇的摩尔分率
    2.1.2进料量
    F=1700吨/年==10.44Kmol/h2.1.
    物料衡算式： F = D + W 联立代
    2.2 有关的工艺计算
    2.2.1原料液的平均摩尔质量：
    2.3 最小回流比及操作回流比的确定
    2.4 全凝器冷凝介质的消耗量
    2.5 热能利用
    2.6 理论塔板层数的确定
    2.7 全塔效率的估算
    2.8 实际塔板数
    3. 精馏塔主题尺寸的计算
    3.1 精馏段与提馏段的体积流量
    3.1.1 精馏段
    3.1.2 提馏段
    3.2 塔径的计算
    3.3 塔高的计算
    4. 塔板结构尺寸的确定
    4.1 塔板尺寸
    4.1.1溢流装置
    4.1.2降液管的宽度Wd与降液管的面积Af
    5. 各接管尺寸的确定
    5.1 进料管
    5.2 釜残液出料管
    5.3 回流液管
    6．设计计算结果汇总
    7．结果讨论
    8．工艺流程图
    参考文献
    致 谢
    食品工程原理课程设计说明书 设计题目： 班 学 级： 号： 指导教师： 日 期： 1
    任务书 含乙醇 38%（质量分率，下同）的水溶液，拟经一精馏塔进行分离， 自塔顶得到乙醇纯度为 90%，釜残液中含乙醇不得高于 5%。年生产能力为 1700 吨合格乙醇产品。试设计该精馏塔。 假定恒摩尔流成立，塔顶采用全凝器，塔顶压强为 5kpa（表压），进料 为饱和液体，回流比为最小回流比的 1.5 倍，单板压降不大于 0.7kpa,加热 蒸汽为低压蒸汽。 要求 1）写出设计计算书（计算过程及计算结果尽量表格化） 2）画出精馏塔的示意流程，并标明各部位的温度、压力、流量 3）画出塔板平面布置图 4）附有汇总 2
    目 录 1．设计基础数据......................................................................................................................4 1.1 原始数据及条件 ........................................................................................................... 4 1.2 乙醇和水的物理性质 .....................................................................................................4 1.3 乙醇和水的黏度 .............................................................................................................4 1.4 乙醇和水的表面张力 .....................................................................................................4 1.5 乙醇和水的密度 .............................................................................................................4 1.6 常压下乙醇——水的气液平衡数据 .............................................................................5 2．精馏塔工艺计算..................................................................................................................5 2.1 塔的物料衡算...................................................................................................................5 2.1.1 料液及塔顶，塔顶产品含乙醇的摩尔分率............................................................5 2.1.2 进料量........................................................................................................................6 2.2 有关的工艺计算..............................................................................................................6 2.2.1 原料液的平均摩尔质量：........................................................................................6 2.3 最小回流比及操作回流比的确定..................................................................................6 2.4 全凝器冷凝介质的消耗量..............................................................................................7 2.5 热能利用..........................................................................................................................7 2.6 理论塔板层数的确定......................................................................................................8 2.7 全塔效率的估算..............................................................................................................9 2.8 实际塔板数 PN ..............................................................................................................10 3. 精馏塔主题尺寸的计算.....................................................................................................10 3.1 精馏段与提馏段的体积流量........................................................................................10 3.1.1 精馏段.....................................................................................................................10 3.1.2 提馏段..................................................................................................................... 11 3.2 塔径的计算....................................................................................................................12 3.3 塔高的计算....................................................................................................................13 4. 塔板结构尺寸的确定......................................................................................................14 4.1 塔板尺寸....................................................................................................................14 4.1.1 溢流装置..................................................................................................................14 4.1.2 降液管的宽度 Wd 与降液管的面积 Af...................................................................14 5. 各接管尺寸的确定.............................................................................................................15 5.1 进料管............................................................................................................................15 5.2 釜残液出料管................................................................................................................16 5.3 回流液管........................................................................................................................16 6．设计计算结果汇总............................................................................................................16 7．结果讨论............................................................................................................................17 8．工艺流程图........................................................................................................................17 参考文献..................................................................................................................................18 致 谢......................................................................................................................................18 3
    1．设计基础数据 1.1 原始数据及条件 生产能力：年处理乙醇-水混合液 1700 吨（开工率 300 天/年） 原料：乙醇含量为 38%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量不低于 90% 塔底乙醇含量不高于 5% 1.2 乙醇和水的物理性质 (表 1) 项目 乙醇 水 分子量 46.07 18.01 沸点（℃） 78.3 100 临界温度（℃） 240.77 373.91 临界压强（Kpa） 6.148 22.05 1.3 乙醇和水的黏度 (表 2) 温度（℃） 20 水的黏度 （mPa·s） 乙醇的黏 度（mPa·s） 1.22 1.002 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0.802 0.662 0.592 0.469 0.400 0.330 0.318 0.284 0.259 1.00 0.83 0.69 0.38 0.48 0.415 0.351 0.305 0.262 1.4 乙醇和水的表面张力 (表 3) 72.7 温度（℃） 20 水的表面 张力（mN） 乙醇的表 面张力 （mN） 22.3 30 40 50 60 70 80 90 71.0 69.3 67.7 66.0 64.3 62.7 60.1 100 58.4 110 56.8 21.2 20.4 19.8 18.8 18.0 17.1 16.2 15.2 14.4 1.5 乙醇和水的密度 (表 4) 温度（℃） 20 795 乙 醇 的 密 度 （kg/m2） 水的密度 （kg/m2） 998.2 30 785 40 777 50 765 60 755 70 746 80 735 90 730 100 716 110 703 995.7 992.2 988.1 983.2 977.8 971.8 965.3 958.4 951.0 4
    1.6 常压下乙醇——水的气液平衡数据 (表 5) 沸点 t/℃ 乙醇摩尔数/％ 气相 82 81.3 80.6 80.1 79.85 79.5 79.2 78.95 78.75 78.6 78.4 78.27 78.2 78.15 33.24 42.09 48.92 52.68 61.02 65.64 68.92 72.36 75.99 79.82 83.87 85.97 89.41 液相 56.44 58.78 62.22 64.70 66.28 70.29 72.71 74.69 76.93 79.26 81.83 84.91 86.40 89.41 沸点 t/℃ 99.9 99.8 99.7 99.5 99.2 99.0 98.75 97.65 95.8 91.3 87.9 85.2 83.75 82.3 乙醇摩尔数/％ 气相 0.004 0.04 0.05 0.12 0.23 0.31 0.39 0.79 1.61 4.16 7.41 12.64 17.41 25.75 液相 0.053 0.51 0.77 1.57 2.90 3.725 4.51 8.76 16.34 29.92 39.16 47.49 51.67 55.74 2．精馏塔工艺计算 2.1 塔的物料衡算 2.1.1 料液及塔顶，塔顶产品含乙醇的摩尔分率 F：原料液流量（kmol/s） xF：原料组成（摩尔分数，下同） D：塔顶产品流量（kmol/s） xD：塔顶组成 W：塔底残液流量（kmol/s） xW：塔底组成  0.0202 5 38/46 =0.1934 38/46  46/90 62/18  0.7788 原料乙醇组成： Fx 塔顶组成: Dx  塔底组成： Wx 46/90  46/5 18/10  46/5  18/95
    2.1.2 进料量 F=1700 吨/年= 3 10 1700  24 22.3   300 =10.44Kmol/h 2.1.3 物料衡算 物料衡算式： F = D + W Fx F  Dx D  Wx W 联立代入求解：D =2.38kmol/h， W =8.06kmol/h 2.2 有关的工艺计算 2.2.1 原料液的平均摩尔质量： M f  Mx f CH CH 3 2 OH 1(  Mx f ) OH 2  .0 1934  46  .01( 1934 )  18  4.23 kg / kmol 同理 可求得： M D  39.8kg / kmol , M W  9.18 kg / kmol 45℃下，原料液中  H O 2  971.1 kg m / 3 ,  CH CH OH 3 2  735 kg m / 3 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 6。 名称 / %fx fx (摩尔分数) 摩尔质量 /kg kmol 沸点温度t /℃ 表 6 原料液、馏出液与釜残液的流量与温度 原料液 馏出液 釜残液 38 0.1934 23.4 83.83 90 0.7788 39.8 78.62 5 0.0202 18.9 99.38 2.3 最小回流比及操作回流比的确定 由于是泡点进料， x q x  F .0 1934 ，过点 e(0.1934, 0.1934)做直线 x=0.1934 交平衡线 6
    于点 d ，由点 d 可读得 yq  0.528 ，因此： R  min ）（ 1 x y d q   y x q q  .0 .0 8877 .0 528  .0 528 1934   .1 075 又 过 点 a(0.7788,0.7788) 作 平 衡 线 的 切 线 ， 切 点 为 g ， 读 得 其 坐 标 为 x ' q  .0 547 , y ' q  .0 674 ，因此： R )2min(  x D ' y q   x x ' q ' q  7788 .0 .0 674  .0 .0 674 547   .0 8252 所以， R )1(min  R )2min(  .1 075 可取操作回流比 R=1.5×1.075=1.612 2.4 全凝器冷凝介质的消耗量 塔顶全凝器的热负荷： Q C  ( R  1) ( D I  I LD ) VD 可以查得 I VD  1266 , kJ kg I /  LD 253.9 kJ kg / ，所以 Qc  （ 1.612  1  ） 2.3836×(1266-253.9)＝6301.3kJ/h 取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为 25℃和 35℃则 平均温度下的比热 pcc  4.174 kJ kg C º ，于是冷凝水用量可求： / W C  Q C ( t  2 t 1 )  6301 3. 35(   174 .4 c pc )25  151 kg / h 2.5 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 fQ 可 记 为 ： Q W c f  f ( t f 2  t ) f 1 pf 7
    其中 fmt  83.83 45  2  64.4 C º 在 进 出 预 热 器 的 平 均 温 度 以 及 fmt  64.4 C º 的 情 况 下 可 以 查 得 比 热 pfc  4.275 kJ kg C º ，所以， / Q F  1700 300  24  4.174  83.83 ( ) 45 - 38.27kJ/h  釜残液放出的热量 Q W c ( t w pw w  w  t 1 w 2 ) wt 若将釜残液温度降至 2  55 C º 那么平均温度 wmt  99.38 55  2  77.2 C º 其比热为 pwc  4.191 kJ kg C º ，因此， / Q w  8.0564  4.191  38.99(  )55  1498 5. kJ / h 可知， w Q Q ，于是理论上可以用釜残液加热原料液至泡点 f 2.6 理论塔板层数的确定 精馏段操作线方程： y 1n  R  R 1 x n  x D R  1  .0 617 x D  .0 298 提馏段操作线方程： y  1 n L  ' WL x ' m  W  ' WL q 线方程： x=0.1934 x W  .2 393 x m  .0 048 在 ~y x 相图中分别画出上述直线，利用图解法可以求出 N T  块(含塔釜) 9 其中，精馏段 7 块，提馏段 2 块。 8
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