精馏塔设计乙醇水Word下载.docx
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2017.6.12-2017.6.18哈尔滨工业大学教务处哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名:
院(系):
化工与化学学院化学工艺系专业:
化学工程与工艺班号:
任务起至日期:
2017年6月12日至2017年6月18日课程设计题目:
精馏塔的设计已知技术参数和设计要求:
1.设计一种精馏塔,满足一下要求。
(1)原料:
乙醇水溶液,年产量48000吨乙醇含量:
35%(质量分数),原料液温度:
自选设计要求:
塔顶的乙醇含量不小于90%(质量分数)塔底的乙醇含量不大于0.5%(质量分数)
(2)结构合理,尽可能循环利用能源。
(3)初步的观察和分析位置。
(4)鼓励新想法和创新精神。
鼓励使用AutoCAD等计算机辅助工具绘图。
2.设计和选择辅助设备以及检测仪器仪表。
根据确定品种、结构类型和生产能力,确定设备选型和规格,确定设备布置。
工作量:
(1)写出详细的精馏塔设计与计算过程,对于精馏塔设计中引用的数据应说明来源和选用依据。
(2)画出精馏塔整体工作流程图,辅助设备仪器要选型;
(3)分析测试仪表和仪器要标明位置和作用。
(4)节能降耗以及提高效率的新方法。
工作计划安排:
6.126.13熟悉设计任务,相关查阅资料,对计算过程进行估算,初步确定部件尺寸6.146.15初步设计,绘制精馏工作草图6.166.18检查修改后,正式写出详细计算过程,绘制精馏塔详细设备和工作图。
6.31验收答辩同组设计者及分工:
对此题目,每个人独立设计、制图。
指导教师签字:
张秋明2017年6月12日教研室主任意见:
同意教研室主任签字:
2017年6月13日*注:
此任务书由课程设计指导教师1全塔物料衡算1)乙醇摩尔分数计算查阅得M乙醇=46.07,M水=18.021进料摩尔分数2塔顶摩尔分数3塔底摩尔分数2)物料衡算1年产量48000吨,按年工作日300天处理2物料衡算2回流比的确定泡点进料,用Origin作图,由于水-乙醇平衡线较特殊,故通过点(XD,XD)作平衡线的切线得精馏段操作线,再连接q线与操作线交点与点(XW,XW)得提馏段操作线。
利用精馏段操作线斜率k求Rmin3理论塔板数的确定由图解法得:
精馏段理论塔板数为20.48提馏段理论塔板数为3.524精馏段提馏段气液相的确定1)精馏段2)提馏段5精馏段提馏段操作线方程1)精馏段2)提馏段6精馏段提馏段气液相的物理性质1)温度由图可得:
XD=0.835时tD=78.3oCXF=0.174时tF=83.7oCXW=0.00196时tW=99.5oC2)密度查化工原理(天大版)得混合液体密度混合气体密度1精馏段2提馏段由物理化学及网上资料查得不同温度下水和乙醇的密度温度/乙醇密/kg/m3水密度/kg/m3温度/乙醇密度/kg/m3水密度/kg/m380735971.895720961.8585730968.6100716958.495724965.3精馏段:
t1=81.0oC由内插法求得提馏段:
t2=91.6oC3)黏度查物理化学得乙醇黏度-温度关系温度/8090100黏度/mPas0.4950.4060.361水黏度-温度关系温度/80818290919293黏度/mPas0.35650.35210.34780.3165.031300.30950.30604)表面张力其中:
下标w、o、S分别指水、有机物及表面部分;
指主体部分的分子分率;
指主体部分的摩尔体积;
为纯水及有机物表面的张力。
对于乙醇,q为2。
查物理化学得表格:
温度/708090100乙醇表面张力/10-2N/m1817.1516.215.2水表面张力/10-2N/m64.362.660.758.8精馏段:
t1=81.0oC由内插法求得联立得提馏段:
t2=91.6oC由内插法求得联立得5)相对挥发度6)实际板数计算7塔体工艺尺寸计算1)塔的有效高度计算2)塔径的计算精馏段气液流量提馏段气液流量:
1)精馏塔的有效高度计算8塔板工艺尺寸计算1)溢流装置设计1堰长2溢流堰的高度hw选平直堰,其中E=1。
3方形降液管宽度wd和截面积Af根据:
方形降液管截道面参数比例图4降液管底隙高度ho=hw-0.0065选用凹型受液盘2)塔板布置由于D=1.4m0.8m,所以采用分布式布置。
3)边缘区宽度的确定对于塔径小于1.5m的塔,ws=80110mm,取ws=100mm。
4)开孔面积的计算5)筛孔计算及排列精馏物质没有腐蚀性,可选用。
取筛孔直径。
筛孔一般为正三角形排列,取孔中心距。
9筛板流体力学计算1)塔板压降1干板阻力hc计算,查化工原理课程设计(柴敬诚版)得:
2气体通过液层的阻力查化工原理课程设计(柴敬诚版)得:
3液体表面张力的阻力2)液面落差D=1.4m0.03m采用下式:
稳定系数F:
5)液泛应满足:
其中:
Hd为降液管中清液层高度hd为与液体流过降液管的压降相当的液柱高度10塔板负荷性能图1)漏液线2)液沫夹带线以为限,求取VSLS关系如下:
由3)液相负荷上限线对于平直堰,取堰上高度作为最小液体负荷标准。
4)液相负荷下限线以作为液体在降液管中停留下限5)液泛线联立得忽略h,将的关系式代入上式,并整理得11板式塔的结构1)塔顶空间塔顶空间应大于板间距,设计中通常取塔顶间距为:
2)塔底空间取储存液量停留5min而定:
3)封头采用椭圆封头,D=1.4m,查化工机械设备得直边高度:
0.04m曲边高度:
0.35m4)人孔一般每隔1020层塔板设置一人孔,塔板数为52,本设计开人孔数3个,每个直径为450mm孔板间距为600mm,设人孔处的板间距为600mm。
5)裙座选取裙座直径为1600mm,裙座高度3m。
6)塔总高度12附属设备1)冷凝器选择塔顶温度:
78.3oC乙醇的气化潜热:
863KJ/kg水的气化潜热:
2385KJ/kg冷却水12oC78.3oC混合液78.3oC40oC导热系数:
K=1000传热面积:
2)再沸器选择塔底温度:
99.5oC乙醇的气化潜热:
675KJ/kg水的气化潜热:
2240KJ/kg乙醇的比热:
3.8KJ/(kgK)水的比热:
4.25KJ/(kgK)水蒸气120oC100oC混合液99.5oC120oC导热系数:
K=3000
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