化工原理课程设计(乙醇和水的分离).docx

化工原理课程设计课题名称乙醇-水分别过程筛板精谣塔设计院系可再生能源学院班级应用化学0901班学号1091100128学生姓名蔡文震指导老师覃吴设计周数一、化工原理课程设计任务书1.1 设计跑口1.2 原始数据及条件塔板工艺设计42.1 精惚塔全塔物料衡蚱42.2 乙呼和水的物性参数计算52.2.1 温度2.2.2 诙度2.2.3 相对挥发度2.2.4 混合物的钻度225混合液体的表面张力2.3 板的计算IO231q、精惚段、提刷段方程计算10232理论塔板计算122.3.3实际塔板计算122.4 悚作压力的计算13三、塔体的工艺尺寸计算133.1 塔径的初步计算133.1.1 气液相体枳液Ift计算1331.2塔径计算133.2 塔体有效高度的计兑153.3 精储塔的塔高计算163.4 溢流袋置163.4.1 堰长163.4.2 溢流堆高度163.4.3 弓形降液管宽度和板面积173.5 塔板布置17351塔板的分块173.5.1 边缘区宽度的确定18353开孔区面枳计律183.5.4 筛孔计算及其排列18四、缔板的流体力学毅算194.1 塔板压降194.1.1 干板阻力1941.2气体通过液层的阻力194.1.2 体表面张力的阻力（很小可以忽视不计）204.1.4 气体通过年层板的压降204.2 液沫夹带2043漏液214.4 液泛21Jix塔板负荷性能图225.1 混液线225.2 液沫夹带税225.3 液相负荷下限战245.4 液相负荷上限线245.5 液泛线245.6 图表汇总及负荷曲线图26六、主要工艺接管尺寸的计算和选取26七、课程设计总结27八、参考文献28一、化工原理课程设计任务书1.1 设计题目分别乙醉水筛板粘储塔的设计1.2 原始数据及条件:牛.产实力：年处理乙醉一水混合液2.6万吨/年（约为87吨，大）.原料：来自原料费,淑度20C.乙醉含量为46%质地分率.下同分别要求：塔顶乙醉含显不低于95%.塔底乙解含;*不商于0.05%,塔回EE力P=1.05KPa进料状态为冷进料.塔釜为饱和蒸汽干脆加热.二、塔板工艺设计2.1精储塔全塔物料衡算F：进料壕（Kmo1.AOX,:原料组成D：塔顶产品流量（Kmo1.，s）X”：塔顶组成W：塔底残液漉h1.（KmoVsXw：塔底组成46原料乙醉组成：Xt=¾-=25%4654÷461895塔顶组成：X。=万严歹=88.14%+-46180.05塔底殂成：XW=而严眄J=0020%÷46182.6XIO(X)Ox1.(X)0×<-+)进料“F=2.6万吨/年=生出一0.0540&。S300×24x3600物料衡算式：F=D+WFxXf=D×X,+WxXiv联立求解：D=OQI53KmOi/sW=O.0387KmM、2.2乙醇和水的物性参数计算2.2.1 温度常压卜乙醉-水气液平衡组成与湫度的关系温度TC液相中乙的的摩尔分率气相中乙醉的库尔分率10.(X)0.()095.50.01900.170089.00.07210389186.70.09660.437585.30.12380.4704S4.10.16610.508982.70.23770.544582.30.26080.558081.60.32730.582680.7039650.612279.80.50790.656479.70.51980.659979.30.57320.684178.740.67630.738578.410.74720.781578.150.89430.8943依据表中数据可以求得r,nfw82.7-82.3-827323.31-26.08=25-23.31k=82.46C78.41-78.15/,-78.412.”74.72-89.4388.14-74.72o=78.1.7'C100-95.5fw,-I(X)0-1.9()-0.020-0tw=99.95'C4 .精饲段平均温度：n=<1.-=8O.32C5 .提田段平均出度：4="1.=91.2IC22.2.2密度已知：混合泄密度：-1.=9+组PiPaPhTitPMA.=1.i混合气密度：22.47%塔及温度：f0=787C气相组成：.78.4.-78.15=78.17-78.15,78.15-89.43100yo-89.43>=88.56%进料温度：G=82.46C气相组成:82.7-82.382.46-82.754.45-55.80100yf-54.45jr=55.26%塔底温度：w=W95C气相组成:ywO.I9%100-95.5100-99.950-17.00-1(X)>h.（1）精慵段液相组成：M=/F=56.57%2气相组成；X=V”；4=71.91%所以而=46x0.5657+18X(1-0.5657)=33.84wwfu1=46×O.7I9I+I8×(I-O.7I9I)=38.1.3w/(2)提留段液相组成：毛="以=12.51%气相组成：V2=2k1.>k=27.72%2所以而n=46x0.1251+I8×(1.-0.1251)三21.50moMv=46×0.2772+18×(1.-0.2772)=15ISkgtmo1.80-90P(T：742.3-73().182.46-80=a1.742.3Pcf=739.34g11?80-9082.46-8()971.8-965.3/一971.8pvf=970.2Kg"J10.461-0.46片:739.3,970.2Pr=848.3Ag“'Zo=78.17C70-8078.17-70PcD,754.2-742.3-Pe-754.270-7)78.17-7()"977.8-971.8=.初一977.8Pm=7445kgm'PM=972SkgfM不同温度下一寸与水的密度表温度T.C708091»I(X)110p,kg1.m'754.2742.3730.1717.4704.3p,tgm,977.8971.8965.3958.4951.6f=82.46"C10.921-0.92='一'+pD744.5972.9w=99.95CPn=758.15kgfm'Pcw90-10099.95-90730.1-717.4-z>fw-730.1pcw=717.46ftgm,90-10099.95-90w：=965.3-958.4p,1.1.,-965.3,n=958.43版/'二返+1pw717.46958.43pw=952.54心/J所以门”="呢-=803.53依/M2p1.1=立：处=855.65Ag/加MU)=46×xo+I8×(1.-,)=42.68gyM/Z=46×.vf+18×(1-xr)=25kgn>1.M1.w=46×xw.+18×(1-¾)=18.(XXgw77M5+M1厂.M1.i=33.Mkgfm)1.TTM1.W÷Mui.M1.2=21.5gn)1.M>7)=46×yD+18×(1->)=42.80gzzrMvf=46×>7+18x(1-»)=33.47kg!no1.Mvw=46xyw.÷8×(1-yw)=18.05依InuA=38Mam/认小吗显=2576Ag/，阳/A1="'M=.32kghntz=1.+S(-)=1.13r对XF=O.25不论q=1.还是q=1.1.3按点均是切点.所以最小I可流比一样，在X=O.和x=1.0之间拟合平衡曲城y=0.2173exp(1.1.963x)+0.2557乙醉水平衡数据液相中乙静的摩尔分数气相中乙醉的摩尔分数液相中乙静的推尔分数气相中乙醉的摩尔分数0.00.00.250.5510.010.110.500.575().020.1750.400.6140.040.2730.500.6570.060340.600.6980.0803920.700.7550.100.430.800.820.140.4820.8940.8940.180.1530.950.9420.200.5251.01.0乙爵水相1I0.8I平衡臼3-Z-*TB1.810-1100.20.40.60.计算得(,n)=(0-5445.0.6726)=-i.=0-9944*1RIVt=Q.22.0)RmS依据工艺要求取181.=/?Z)=1.8O.OI53=0.0275kmo1./sV=(+)Z>=2.8x0.0153=0.042%”。S1.=1.+qF=0.0885ww>.vV'=V+(-1.)F=0.035玄“，$精储段方程：y=0.643a+0.3148提留段方程：I：VVy=2.47x-0.00022.3.2理论塔板计算m-.=358N-6.87R-R.V-N依据占利兰大岷图，已知0.29对应1ms=o.4Nr=12,33取13块板，精懦段7块，提用段5块（塔釜一块）2.3.3实际塔板计算Ewtf1.r=0.17-0.616Ig1=0.39Ettwr=0.17-0.616Ig/1.=0.47全塔效率：=M=U=41.3%2.4操作压力的计算取每块板的底降为0.7KPa三、塔体的工艺尺寸计算3.1 塔径的初步计算3.1.1 气液相体积流量计算精慵段:质录流量：。=Mi1.=33.840.0275=0.931kg/sV；=M1.=38.14*0.0275=1.049口/s体积流量：1.i=4-=9=0001.2】'/sPtA803.53K=J1.=1.2更=o.795加/SPn1-32(2)提留段：质i½fib1.2=M1.'=21.5*0.()8X5=1.903kg/sV2=38.14*0.0358=0.7705体枳流量：1.s,=-=31.=O.22miss'pii855.65%=立=0.895W3ISpv20.863.1.2 塔径计算板式塔的塔径依据流收公式计算，即式中D塔径，”：H一塔内气体洗盘M:U空塔气速，洪由上式可见，计算塔径的关键是计算空塔气速“-设计中，空塔气速”的计算方法是，先求得最大空塔气速M由，然后依据设计阅历,乘以泞定的平安系数,即U=(0.60.8)unrt最大富塔气速“9"可依据悬浮液滴沉降原理挣出，其结果为式中“2允许空塔气速，”心：PV,P1.一一分别为气相和液相的率度，融加'；C气体负荷系数.，跖,对于浮阀塔和泡雕塔可用图4确定：图中的气体仇荷参数GW仅适用于液体的衣面张力为002N,”,若:液体的灰面张力为6n.则其气体仪荷系数C可用下式求得：所以，初步彷。塔较为:=10.785“其中.“一相立的空塔速衣,“小。由于精IS段、提悔段的汽液流显不同，故两段中的气体速度和塔径也可能不同.在初修塔径中，精馅段的塔径可按塔顶第一块板上物料的有关物理参数计算,提储段的塔径可按釜中物料的有关物理参数说算，也可分别按精慵段，提德段的平均物理参数计算.1/，图中HT塔板间距，in；h1.板上液层褥度，m：V11.分别为塔内气、液两相舛积淀量，11s:PV.P1.一一分别为塔内气、液相的密度kgm3取Hf=0.4rhc=0.0611Hr-6=0.34/w看图得C%=0.075C=G喘严=。075×严=0.083C.80353T32.n.f=。皎Y司=2-05m/s取平安系数0.7则空塔气速q=07/n,X=1.依SD0.84n.*髅“鬻=OE，取H1=0.4mh1.=0.06/nHr-h1.=0.34;»在图得CM=O.O75C=Cs,()-=0.075(色U尸=0.092a,2020四*3=2.90”S*V0.86取平安系数07则空塔气速%=0.7u'M=2.03m/sD=0.75m柢储段马提留段相差不大，依据JB.1153-73以整塔径取D=ImAr=-D2=0.785/4实际气速：然端段“=0.795，提留段“'=0.895m3.2塔体有效高度的计算Z=(Np-)H,=(29-1)*0.4=11.211提留段:0.8950.101*0.54-16.41zn/.y四、筛板的流体力学验算4.1 塔板压降4.1.1 干板阻力力,=0.051，(包)c.P1.由&=2=.67i5图C1.I=O.77263故精值防hr=QQ51(瞿)2$言I=。?Om().772803.53提留段：,=O.O51.(-)2(-)=O.O2¾n'0.772855.654.1.2 气体通过液层的阻力t1.=F1.)=AM精耀段：(=1.09msFo1.25kg0i/(sm)衣充气系数关岷图可知P=O.62%=而C="+丸”.)=0.044j提留段：=1.23nsE,=1.14Jo（s"产S）杳充气系数关般图可知6=0.64九=伊尢=（ht+7ji,1,）=0.（M9,j4.1.3 液体表面张力的阻力（很小可以忽视不计）4.1.4 气体通过每层板的压降hf,hr+h1.AP=P1.S精储段；hp=h,+h,=0B4mP=%g=583Pa提留段：z,=.+h1=0.072m?=ht,p1.g=604Pa4.2 液沫夹带5.70u,i26H1.hfhf=2.5Ii1.=O.I5n精耀段：ev='"O:(4)32=0.029Xg夜/打气01依液/火气5Hr-ht提留段：外,=5：七二（W产=0.0174斓/打气0.1心液/&八6Hr-h（故设计符合要求4.3漏液W=白A箭板塔动能因子870,取9精缁段：«,1.M=7.83mSVU1.)=14.58，”/5提留段：n1.,u=9.T0ms<u1.=6.4mfs稳定系数：K1=1.86£=1.69故本设计无明H液漏4.4液泛HjiHr+hJhj=1,+i,1.+,j乙酹水体系不宜发泡,故平安系数取0=0.6精蚀段：以/+%)=0.27，”hd=0.153f/=0.00nHj=/%+1+Iij=D.1.35m<(H+11)=0.27m提留段：以%+%)=0.27，%=0.15%'；=().00IwH=hp+hi÷%=0,133，<(Hr+fw)=0.27w故木设计不会产生液泛.五、塔板负荷性能图5.1漏液线”=44QJ(Oe)()56+0.1动,)PiJPVEv,ni11=-7A儿=儿+儿”/U=100OItt推出精耀段：KnUn=093.4I+74.15V提留段：匕,=01a5.57+120.54厂精耀段k().00100.00080.()0()6V,0.3870.3820.377提留段1.S0.00100.00080.(XX)6V10.4950.4880.4825.2液沫夹带线己4=0.鼐亦为限，求VS-1.S5.7OH1.hjKat-(=1.37匕力/=2.5%=2.5(%.+,1)h3*f纲叱”g100OI0.65)精憎段：儿=°048'"2也W=O.8942hf=O.I2+2.23Zj2Hr-h,=0.28-2.23。.=1.¾q产=。5Hr-hf2V,=1.51-12.01提留段：/1：=0.043，m=0.891.;h,=0.11+2.23反2H1.-Ii,=0.29-2.235.7XIO6yuH1.h)i2=0.1.½=1.80-13.87精耀段0.00100.00080.(XK)6匕1.3901.4071.425提留段1.So.o().00()80.0006匕1.6611.6801.705.3 液相负荷下限线对于平H垠，取堰上液层玛度儿“=0.006?作为见小液体鱼荷的标准,mn=O.(XX)3(j-/5抠此可做出与气体流量无关的垂直液相的负荷下限线.5.4 液相负荷上限线以。=5s作为液体在降液管中停留的时间的下限.1.iniix=0(XM6向s据此可做出与气体流量无关的垂直液相的负荷上限战.5.5 液泛线依据筛板流体力学验算过程液泛部分的计算，可整理汨a'V-=b,-c,1.7,-d'Q1“，=3_修(Vo)*IpJH=H+(-1.)hw,0.153(W2.Z-T11带入相关数据得精IS段：a'0051J=0.047(Vo)k,Jb'=<pH+(-)hu=()9c'=-=157.17(W20.047V；=0.19-157.17£；-1.44金2V-=4.G43-3344.()£；-3().63提窗段：=-1.f1.=0.029(Aa)2IpJb'=H+(-)h,t=0.200.153(Z7=205.28小儒E(T詈0小0.029V-=0.20-205.281-.46WV/=6.897-7078.64-50.S41.j精储段40.00100.00080.0006V,2.0032.0052.007提留段1.S0.00100.00080.0006匕2.5272.5412.5575.6图表汇总及负荷曲线图精储段负荷线匕%0.1.0.00080.()006漏液发0.3870.3820.377液沫夹带线1.3901.4071.425液相负荷下限战0.0003液和负荷上限规0.0046液泛然2.0032.0052.007提留段负荷线匕1.S0.0010.00080X)006漏液线0.4950.4880.482液沫夹带线1.6611.6801.70液和负荷下限战0.0003液和负荷上限线0.0046液泛线2.5272.5412.557六、主要工艺接管尺寸的计算和选取6.1 蒸汽出口管的管径计算由于是常压蒸储,允许气速：12(X)-2O.OOmg本次谀计选取I5m小4=0.26m圆整C1.径：8300x8”6.2 回流管的管径计霓冷凝涔安装在塔顶.般流速为O.2UK5故选取流速为OAnZ暇整直径：放=70x4”6.3 进料管的管径：取精科速度为20()mk进料体积流量：F='*=0.0004，'/s36000故打=0.016m圆整直径：姆OXI.5，m6.4 釜底排出管的管径计算取排出速度0.8WSW=-想二=0.0002mis36(X)p.,<u.=4«0.000211*0.8=0.018/«回整直径：步20x1.5七、课程设计总结短短一周的邨程设计,任务很理.从查资料到计算,再到面图都是一个人完成的收获很大.不仅复习以前所学的学问.还拓展了许多的新学问.将这次课程设计中自己遇到的问应以及解决的方法写在这里.1 .遇到选盘的问题。我做的是乙肿一一水的分别系统，当时可以用筛板塔和浮网塔，因为做课程设计是一种最优方案的选取.所以为了选取最好的方案我招两个选型的大体计算全做了，通过对比发觉浮阀塔尔板的压降会大于07KPa不符合我最初的设计，因此选择了筛板塔。2 .乙静一水体系冷进料的q戏计笄，因为以前学习还是考试中遇到的问卷基本都是饱和进料，并且体系都是走向的.操作线和平衡线很好求,不川涉及利用摩尔培和汽化潜热的计算q的方法.并且本次设计运用把算法计算理论板数,通过运用。rigin和mat1.ab软件位图和计能拟合平衡方程.3 .学习交询各种手册和设番设计标准。因为检设计，所以须要交询许多物性参数,对于化工手册的运用和读取关联图的实力在本次设计中得到了妫煤.4 .负荷性能的曲级，起先算了5条线的参数，画图后不负荷理论学问，后来羟过老怵的帮助和直回文献，发觉对于一些学问不能刻板的利用书木的学问，须要结合实际，例如在我的试验中，液泛线的阀值很高，无法与液沫夹带线相交，经过核算计算部分没错,所以就要思索如何设计与取值的问跑.经过我的极值法分析和带入详细数据进行全塔5金证,发觉取值只要在液泛然左下方满意其他四条线的要求就都可以使精饰塔正常工作，后来分析出现这样的工况是由于做设计的过程中大吊阅历公式的引用，导诙精度高，因为须要保证正常运行运用了大量了平安系故，这样难免缩小或者放大了一咚参数的实际值。八、参考文献化工原理第五版,陈敏恒,从错滋等,化学工业出版社.£物理化学第五版.天大版.高等教化出版社.分别过程与设ih等教化出版社.化工物性数据手册（有机卷，无机卷）化学工业出版社。化学设法与工程为高等教化出版社。