1、化工原理课程设计分离正庚烷-正己烷混合液的筛板式精馏塔工艺设计一、课题名称分离正庚烷-正己烷混合液的筛板式精馏塔工艺设计二、课题条件原 料:正己烷、正庚烷溶液 处理量:30000t/a原料组成:正己烷 44%(质量百分数)原料液初温: 40操作压力、回流比、单板压降:自选进料状态:冷液体进料分离要求:塔顶苯含量不低于 99%,残液中苯含量不大于 0.2%。塔 顶:全凝器塔 釜:饱和蒸汽间接加热塔板形式:筛板生产时间:年开工 300 天,每天三班 8 小时连续生产冷却水温度:20设备形式:筛板塔厂 址:滨州市三、设计内容1、设计方案的选定2、精馏塔的物料衡算3、塔板数的确定4、精馏塔的工艺条件及
2、有关物性数据的计算(加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数)5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算6、塔板主要工艺尺寸的计算7、塔板的流体力学验算8、塔板负荷性能图(精馏段)9、换热器设计化工原理课程设计10、精馏塔接管尺寸计算化工原理课程设计1、撰写课程设计说明书一份 设计说明书的基本内容(1)课程设计任务书(2)目录(3)设计计算与说明(4)设计结果汇总(5)小结(6)参考文献14、 有关物性数据可查相关手册15、 注意事项(1)写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源(2)每项设计结束后列出计算结果明细表(3)设计最终需装订成册上交四、进度计划1.设计动员,下达设计任务书 0.5 天2.收集
3、资料,阅读教材,拟定设计进度 1-2 天3.初步确定设计方案及设计计算内容 5-6 天4.整理设计资料,撰写设计说明书 化工原理课程设计前言 .第一章综述 .1.1 精馏原理及其在生产中的应用 .1.2 精馏操作对塔设备的要求 .1.3 板式塔类型 .第二章工艺条件的使用和说明 .2.1 操作压力的确定 .2.2 进料状态的确定 .2.3 加热剂和加热方式的确定 .2.4 冷凝器和冷却剂的确定 .第三章 塔的工艺设计计算 .3.1 精馏塔的物料衡算 .3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 .3.1.2 原料液及塔顶、塔底产品含正己烷摩尔分数和平均摩尔质量3.1.3 物料衡算 .3.2
4、理论板数的计算 .3.2.1 正己烷正庚烷的平衡线 .3.2.2 求 q 值及 q 线方程 .3.2.3 全塔效率 ET .3.2.4 实际板层数求解 .3.3 精馏塔正己烷-正庚烷物性参数的计算 .3.3.1 操作温度 .3.3.2 平均摩尔质量 .3.3.3 液相平均表面张力计算 .3.3.4 液相平均黏度计算 .3.3.6 液相平均密度计算 .第四章精馏塔的塔体工艺尺寸设计 .4.1 塔径的计算 .4.1.1 精馏段 .4.1.2 提馏段 .化工原理课程设计提馏段 .4.2 精馏塔有效高度的计算 .4.3 塔板主要工艺尺寸的计算 .4.3.1 溢流装置计算 .4.3.1.1 堰长 .4.
5、3.1.2 溢流堰高度 .4.3.1.3 弓形降液管宽度和截面积 .4.3.1.4 降液管底隙高度 .4.4 塔板布置 .4.4.1 塔板的分块 .4.4.2 边缘区宽度确定 .4.4.3 开孔区面积计算 .4.3.4 筛孔计算及其排列 .4.5 筛板的流体力学验算 .4.5.1 塔板压降 .4.5.1.1 干板阻力计算 .4.5.1.2 气体通过液层的阻力计算 .4.5.1.3 液体表面张力的阻力计算 .4.5.2 液沫夹带 .4.5.3 漏液 .4.5.4 液泛 .4.6 塔板负荷性能图 .4.6.1 精馏段 .4.6.1.1 漏液线 .4.6.1.2 液沫夹带线 .4.6.1.3 液相负
6、荷下限线 .4.6.1.4 液相负荷上限线 .4.6.1.5 液泛线 .4.6.2 提馏段 .4.6.2.1 漏液线 .化工原理课程设计4.6.2.2 雾沫夹带线 .4.6.2.3 液相负荷下限线 .4.6.2.4 液相负荷上限线 .4.6.2.5 液泛线 .第五章 热量衡算 .5.1 相关介质的选择 .5.1.1 加热介质的选择 .5.1.2 冷凝剂 .5.2 焓值衡算 .5.3 附属设备设计 .5.3.1 进料管 .5.3.2 回流管 .5.3.3 塔顶蒸气出料管 .5.3.4 釜液排出管 .5.3.5 加热蒸汽管 .5.4 筒体与封头 .5.4.1 筒体 .5.4.2 封头 .5.4.3
7、 裙座 .5.4.4 人孔 .5.4.5 除沫器 .5.5 塔总体高度的设计 .5.5.1 塔顶空间 .5.5.2 塔底空间 .5.5.3 塔总高度的设计 .5.7 再沸器的选择 .5.8 泵的选择 .5.5.1.进料泵 .5.8.2回流泵 .设计感想 .化工原理课程设计参考文献 .附录一(结果汇总) .附录二 符号说明 .精馏塔的工艺性能图 .塔板设计图 .塔设计图 .塔板设计工艺图 .化工原理课程设计前言 塔设备的基本功能在于给气、液两相充分接触的机会,使传质、传热两种传递过程能够迅速而且有效地进行,并且还要能使能够接触的气、液两相及时分开,互不夹带。所以,蒸馏、吸收、萃取、吸附等操作可在
8、相同的设备中进行。根据塔的结构型式,塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内装有若干层塔板,液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底,并在各块板面上形成流动的液层;气体则靠压差的推动,由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触,两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板,塔板上开有很多筛孔,每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触,两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的优点重量轻、效率好、处理量大、便于维修。缺点:结构复杂,压降大。本设计采用板式塔中的筛板塔,主要对塔高、塔径、附属
9、设备的设计计算与选择,进行塔的流体力学验算和负荷性能图,得到操作弹性等等。本次设计结果为:理论板数为 21 块(不含再沸器),塔效率为 57.48%,精馏段实际操作板数为 16 块,提馏段实际操作板数为 21 块,实际总板数为 37 块(不包括塔底再沸器)。进料位置为第 17 块板,在板式塔的主要工艺尺寸计算中得出塔径为 1.2 米,设置 2 个人孔,塔高为 18.774 米,通过筛板塔的流体力学验算,证明设计各指标数据均符合要求。化工原理课程设计第一章综述1.1 精馏原理及其在生产中的应用塔设备是化工、石油等工业中最广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于给气、液两相提供以充分接触的机会
10、,能够使质、传热两种传递过程能够迅速有效地进行;还要使接触之后的气、液两相及时分开。所以,蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式,塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板,液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底,并且在各块板上形成流动的液层;气体的推动力为压强差,由塔底向上穿过每层塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触,两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物,即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上,靠重力作用沿填料表面流下;气相则在压强差推动下穿过填料的间隙,由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接
11、触,其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中,当处理量大时多采用板式塔,而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大,所需塔径常达一米以上,故采用板式塔较多;吸收操作的规模一般较小,故采用填料塔较多。1.2 精馏操作对塔设备的要求(1)气(汽)、液两相处理量大,即生产能力大时,仍不致发生大量的雾沫夹带、液泛等破坏操作的现象。(2)操作稳定,弹性大,即当塔设备的气(汽)、液负荷具有较大范围的变动时,而且仍能够在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须的可靠性。(3)流体流动的阻力小,这大大节省了动力消耗,并且也降低了操作费用。对于减压精馏操作,过大的压力降使整个系统无法继
12、续维持必要的真空度,导致破坏物系的操作。(4)结构简单,材料耗用量小,制造安装容易。(5)耐腐蚀而且不易堵塞,方便操作、调节和检修。(6)塔内的滞留量要小。实际上,任何塔设备都难以满足上述所有要求,况且上述要求中有大化工原理课程设计部分也是互相矛盾。不同的塔型各有某些独特的优点,设计时应该根据物系性质和具体要求,一定要抓住主要矛盾,进行选型。1.3 板式塔类型塔设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔,也可采用填料塔。板式塔为逐级接触的气液传质设备,其种类繁多,根据塔板上气液接触元件的不同,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种。筛板塔也是传质过程常用的塔设备,它的主要优点有:(1)结构比浮阀塔更简单,易于加工,造价约为泡罩塔的 60,为浮阀塔的 80左右。(2)处理能力大,比同塔径的泡罩塔可增加 1015。(3)塔板效率高,比泡罩塔高 15左右。(4)压降较低,每板压力比泡罩塔约低 30左右。筛板塔的缺点是:(1)塔板安装的水平度要求较高,否则气液接触不匀。(2)操作弹性较小(约 23)。(3)小孔筛板容易堵塞。