化工原理课程设计

化工原理课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过化工原理课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融汇贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的设计任务，从而得到以化工单元操作为主的化工设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握典型单元操作设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。

同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风。

塔设备是炼油、化工、石油化工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型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，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（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。

工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。

板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、s型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。

浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。

浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀，此型又分为f－1型（v－1型）、v－4型、十字架型、和a型，其中f－1型浮阀结构较简单、节省材料，制造方便，性能良好，故在化工及炼油生产中普遍应用，已列入部颁标准（jb－1118－81）。其阀孔直径为39mm，重阀质量为33g，轻阀为25g。一般多采用重阀，因其操作稳定性好。

浮阀塔的主要优点是生产能力大，操作弹性较大，塔板效率高，气体压强降及液面落差较小，塔的造价低，塔板结构较泡罩塔简单。

设计题目：年产2.9万吨乙醇浮阀塔设计。

原料：乙醇30%,水70%

设计要求：塔顶乙醇含量不低于93%(质量分数)

釜液乙醇含量不大于3%(质量分数)

操作压力：101.33kpa

进料温度：20℃

进料状况：泡点。

加热方式：间接蒸汽加热。

总的要求是在符合生产工艺条件下，尽可能多的使用新技术，节约能源和成本，少量的污染。精馏塔对塔设备的要求大致如下：

一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流。

动。二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。

三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。

四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。

五：结构简单，造价低，安装检修方便。

六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。

本次实验我们根据所给条件设计出塔的各项参数及其附属设备的参数。

总物料衡算 f=d+w式(2.1)

易挥发组分的物料衡算 fxf=dxd+wxw 式(2.2)

式中：f,d,w---进料、馏出液和釜残液的流量，kmol/h

xf---进料中易挥发组分的组成，摩尔分数。

xd---馏出液中易挥发组分的组成，摩尔分数。

xw---釜残液中易挥发组分的组成，摩尔分数。

1)进料组成 xf==0.1436式(2.3)

2) 釜残液组成 xw= =0.01196式(2.4)

3)馏出液组成 xd==0.8387式(2.5)

4)馏出液平均摩尔质量。

md=xdma+(1-xd)mb=0.82×46+(1-0.82)×18=41.48kg/kmol式(2.6)

5)馏出液流量d= =78.81kmol/h式(2.7)

6)总物料衡算 f=d+wfxf=dxd+wxw

f=501.2kmol/hw=421.4kmol/h

所谓理论板就是离开某块塔板的气液两相互成平衡，且塔板上的液相组成也是均匀的。

精馏塔的理论板数可通过“**法”求得。

1、确定最小回流比rmin

在x—y图上由（xd，xd）一点向平衡线作切线，与纵轴相交于点b

见p7图2—1）

由图，得： =1.502式(2.8)

根据公式：得式(2.9)

由xw和xd查《化工原理课程设计指导书》附录二，并用内插法。

求得： d=1.082 w=12.07

式(2.10)

根据设计经验，一般物系的适宜回流比取为r=(1.1~2.0)

由芬斯克方程式：

式(2.11)

式中： —全回流时最少理论板层数（不包括再沸器）

全塔平均相对挥发度，当变化不大时，可取塔顶和塔底的平均值。

在~2中取若干个值得下列值。

由以上数据绘制n~r图2-2，由图可知采用r=2.103较合理。

3、精馏段操作线方程。

由得：式(2.12)

4、提馏段操作线方程。

由式(2.13)

且知： l=r·d

l+qf故，提馏段操作线方程为：

**理论板的方法与步骤简述如下：

设塔釜采用间接蒸汽加热，塔项用全凝器（），泡点进料。

首先在图上作平衡线和对角线。

作精馏段操作线自点至点b(精馏段操作线在y轴上的截距)作连线ab或自点a作斜线为的直线ab,即为精馏段操作线。

进料线（q线）自点e()作斜率为的 ef曲线（即为q线）。q线ef与精馏段操作线ab的交点d，就是精馏塔两操作线的交点。

作提留段操作线连接点d与点线即为提馏段操作线，也可自点c开始做斜率为(l+qf)/(l+qf-w)的线段即为提馏段操作线，此线与ab线交点即为d点。

**理论版层数自点开始，在精馏段操作线ab与平衡线之间绘直角梯级，梯级跨过两操作线交点d时，改在提馏段操作线dc与平衡线之间绘直角梯级，直到梯级的垂直达到或超过点为止，每一个梯级代表一层理论板，跨过交点d的梯级为进料板。

故由图2-1知，共需18层理论板(不包括再沸器)，第17层为进料板。

根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得：

塔顶：℃。塔底：℃。

塔顶和塔底的算术平均温度：

式(2.14)

在87.45℃下，查《化工原理（天大出版）上册》p331 水的物理性质表。

p341 液体黏度表，得。

根据公式：式(2.15)

得：根据公式：

式(2.16)

得：根据公式：

式(2.17)

实际板数：由查《化工原理课程设计指导书》附录二，得： tf=84.7℃

精馏段平均温度式(2.18)

提馏段平均温度式(2.19)

1)平均组成由，参考《化工原理课程设计指导书》附录二，气液平衡相图可确定精馏段的平均气液相组成。

(2)精馏段气相体积流率及密度的确定。

精馏段式(2.20)

平均相对分子质量为：

g/mol精馏段气相平均密度。

式(2.21)

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