化工原理课程设计

在化工、石油、医药、食品等生产中，常需将液体混合物分离以达到提纯或**有用组分的目的，而蒸馏就是其中一种方法。随着化学工业的发展，蒸馏技术、设备及理论也有了很大的发展。蒸馏操作的理论依据是借混合液中各组分挥发性的差异而达到分离的目的。

在操作中进行多次的气体部分冷凝或液体部分气化称为精馏。习惯上，混合物中的易挥发组分称为轻组分，难挥发组分成为中组分。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。

本设计中所需理论塔板数14块，其中精馏段7块，提馏段7块。实际塔板数30块，其中精馏段15块，提馏段15块，全塔效率46.7%。

在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1.4米，设置了4个人孔，塔高为21.12米，操作弹性为3.

02.。通过验算，证明各指标数据均符合标准。

关键词：精馏；筛板；全塔效率。

绪论。塔设备是化工、炼油、石油化工、生物化工和制药等生产中广泛应用的气液传质设备。根。

据塔内气液接触部件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两类。板式塔内设置一定数量的板塔，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。

填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（有时也采用并流向下）流动，气液两相密切接触进行传质和传热。在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分逆流操作过程。

板式塔大致可分为两类：一类是有降液管塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、弓形、多降液管塔板等；另一类是无降液塔板，如穿流式筛板等。

在工业生产中，以有降液管式塔板应用最为广泛，其中筛板精馏塔是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的汽液传质设备。

0.1 选择筛板塔的原因。

它的结构特点是塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板和大孔径筛板两类。工业上以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离难度大、易结焦的物系）。

筛板的优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大，气体分散均匀，传质效率较高。合理的设计和适当的操作能满足要求的操作弹性，而且效率高。筛板塔制造维修方便，相同条件下生产能力比泡罩塔高10%—15%，板效率亦约高10%—15%，而每板压力降则低30%左右，适用于真空蒸馏；塔板效率较高，但稍低于浮阀塔。

具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。其缺点是小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。

0.2 设计流程。

物料衡算→物性数据的计算→理论塔板数确定→实际塔板数的确定→气液相负荷计算→筛板塔的设计→流体力学校核（入不合格，对筛板塔的设计进行修改）→画出负荷性能图（计算出负荷弹性，若<3，再对筛板塔的有关数据进行修改）→塔附属设备选择。

第一章物料衡算。

1.1全塔物料衡算。

原料加料量 f＝100kmol/h=0.0278kmol/s

进料组成 xf＝0..461

馏出液组成 xd＝0.931

釜液组成 xw＝0.031

塔顶压力 p＝100kpa

单板压降 ≤0.7 kpa

总物料流量衡算。

塔底物料流量衡算：

0.0145kmol/s

0.0133 kmol/s

1.2 物性数据的计算。

1.2.1 温度的计算。

表1-1乙醇—丙醇平衡数据。

利用上表中的数据，用数值插值法确定。

同理进料温度=86.04

故精馏段平均温度：

提馏段平均温度：

1.2.2密度的计算。

表1-2不同温度下乙醇丙醇密度表。

利用表1-2中数据利用数值差值法确定进料温度，塔顶温度，塔底温度下的乙醇（a）和丙醇（b）的密度。利用式计算混合液体密度和混合气体密度。

1）组成的计算。

塔顶温度： =79.36

气相组成：

进料温度：

气相组成：

塔底温度：

气相组成：

塔顶液相分子质量：

塔顶气相分子质量：

进料板液相分子质量：

进料板气相分子质量：

塔底液相分子质量：

塔底气相分子质量：

2）质量分数的计算。

3）液相密度的计算。

所以，进料板液相密度：

所以，塔顶液相的密度：

所以，塔底液相密度：

所以精馏段液相平均密度：

提馏段液相平均密度：

4）气相密度的计算。

塔顶气相绝对压力。

塔板压力降：≤0.7kpa

实际塔板数：30

进料塔板位置：16

进料压力：

塔底压力：

精馏段平均压力：

提馏段平均压力：

有计算气体密度。

1.2.3 液相表面张力的计算。

利用表1-3中数据用插值发计算液相表面张力。

表1-3乙醇丙醇不同温度下的表面张力。

1）塔顶液相表面张力。

2）塔底液相表面张力。

3）进料板液相表面张力。

精馏段的平均表面张力：

提留段的平均表面张力：

1.2.4 黏度的计算。

表1-4 不同温度下液相的黏度。

查表1-4利用插值法：

则：精馏段黏度：

提馏段的黏度：

1.2.5 相对挥发度。

1）温度-饱和蒸汽压关系式（安托因方程）：

表1-5由化工手册查的a、b、c的值。

乙醇：丙醇：

结果如下：塔顶kpa kpa

塔底： ℃kpa kpa

进料板：℃ kpa kpa

2）相对挥发度。

根据以上数据可得：

塔顶相对挥发度： 2.1

塔底相对性挥发度： =2.1

进料板相对挥发对： =2.0

精馏段平均相对挥发度：

提馏段平均相对挥发对：

平均相对挥发度：

第二章塔体主要工艺尺寸。

2.1塔板数的确定。

2.1.1 理论塔板数。

1）操作线的确定。

相平衡方程：即：（2-1）

q线方程：采用泡点进料时，q=1，故q线方程为。

点是相平衡线与q线的交点，则。

解。精馏段操作线：

提留段操作线：

其中r=2.4;q=1; 提馏段：

2）理论塔板数的计算。

第一块塔板上的气相组成：

第一块下降的液相组成由（2-1）求取。

第二块塔板上升的气相组成由（2-2）求取。

由式（2-1）求得。

依次反复使用（2-1）（2-2）式求得：

表2-1 精馏段气液相组成计算结果。因：则。

依次反复使用（2-1）（2-3）式求得。

表2-2 提馏段气液相组成计算结果。

由于x15=0.0217<=0.031,则全塔理论板数15块（包括再沸器），加料板为第8块理论板。

精馏段理论板数：

提馏段理论板数：

2.1.2 实际塔板数的确定。

普特拉-博伊德公式：

精馏段：已知。

提馏段：已知。

全塔所需实际塔板数： =

实际加料板位置在第16块板

2.2 塔径的计算。

1）精馏段塔径的计算。

精馏段的气液相体积流速：

初选板间距ht=0.45m，板上液层高度hl=0.07m，则ht-hl=0.47-0.07=0.38m。

查史密斯关联图得c20=0.080

液泛速度。取安全系数为0.7 = 0.7=1.13m/s

塔径根据塔设备系列化规格，将d圆整为d=1.4m，作为初选塔径。对此初塔径可以算出塔截面积。

空塔气速 2）提馏段塔径的计算。

提馏段的气液相体积流速：

初选板间距ht=0.45m，板上液层高度hl=0.07m，则ht-hl=0.47-0.07=0.38m。

查史密斯图得c20=0.080

液泛速度取安全系数为0.7 = 0.7=1.022m/s

塔径根据塔设备系列化规格，将d圆整为d=1.4m，作为初选塔径。对此初塔径可以算出塔截面积。

空塔气速 2.3 塔截面积。

2.4 塔高的计算。

塔体总高度利用下式计算：

2.4.1塔顶封头。

本设计采用椭圆形封头，由公称直径1400㎜，查化工原理课程设计附录ⅱ得曲面高度=350㎜，直边高度=40㎜，内表面积a=2.3005，容积v=0.4202，封头高度㎜。

2.4.2 塔顶空间。

设计中取塔顶间距，需要安装除沫器，所以选塔顶间距hd =1.2m。

2.4.3 塔底空间。

塔顶空间高度是指从塔底最下一层塔板到塔底封头的底边处的距离，取釜液停留时间为5min，取塔底釜液面至最下一层塔板之间距离为1.5m，则。

2.4.4 人孔。

的板式塔，为安装检验的需要，一般每隔6~8块塔板设一人孔，本塔中共有30块，需设置4个人孔，每个直径为450㎜，再设计人孔处板间距。

化工原理课程设计

化工原理课程设计

化工原理课程设计

化工原理课程设计

其他用户还读了