李建 化工原理课程设计 参考 - 图文

李健 化工070325 甲醇-水二元筛板精馏塔设计

南京工业大学

《化工原理》课程设计

设计题目 常压甲醇—水筛板精馏塔设计

学生姓名 李健 班级、学号 化工070325

指导教师姓名 刘晓琴 王晓东

课程设计时间2010年6月14日-2010年6月25日

课程设计成绩

设计说明书、计算书及设计图纸质量，70% 独立工作能力、综合能力、设计过程表现、设计答辩及回答问题情况，30% 设计最终成绩（五级分制） 百分制 权重

指导教师签字

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李健 化工070325 甲醇-水二元筛板精馏塔设计

化学化工学院

课程名称 化工原理课程设计

设计题目 常压甲醇—水筛板精馏塔的设计 学生姓名 李健 专业 化学工程与工艺 班级学号 1001070325

设计日期 2010 年 6 月 14 日至 2010 年 6 月 25日 设计条件及任务： 设计体系：甲醇—水体系 设计条件:

进料量F= 240 kmol/h

进料浓度ZF= 0.15 （摩尔分数，下同） 进料状态：q＝ 1

操作条件：

塔顶压强为4 kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa。 塔顶冷凝水采用深井水，温度t＝12℃。

塔釜加热方式：间接蒸汽加热采用3kgf/cm2水蒸汽。

全塔效率ET = 52%

分离要求： XD= 0.995（质量分数）；XW= 0.002（质量分数）；回流比R/Rmin =1.6 。

指导教师

2010年6月11日

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李健 化工070325 甲醇-水二元筛板精馏塔设计

绪论 .................................................................................................................. 1

一. 二.

化工原理课程设计的目的与要求 .............................................................................................. 1 化工原理课程设计的基本内容.................................................................................................. 1

三．化工原理课程设计的基本程序 ...................................................................................................... 1

第一节 概述 .................................................................................................. 2

1.1精馏操作对设备的要求 .................................................................................................................... 2 1.2 体系介绍 ........................................................................................................................................... 2 1.3板式塔类型 ........................................................................................................................................ 4 1.3.1泡罩塔 ......................................................................................................................................... 4 1.3.2 筛板塔 ........................................................................................................................................ 5 1.3.3浮阀塔 ......................................................................................................................................... 5 1.4 设计要求 ........................................................................................................................................... 5 1.5精馏塔的设计步骤 ............................................................................................................................ 6

第二节 设计方案的确定 ................................................................................ 6

2.1操作条件的确定 ................................................................................................................................ 6 2.1.1 操作压力 ................................................................................................................................... 6 2.1.2 进料状态 .................................................................................................................................... 6 2.1.3 加热方式 .................................................................................................................................... 7 2.1.4 冷却剂与出口温度 .................................................................................................................... 7 2.1.5 回流比（R）的选择 ................................................................................................................. 7 2.1.6热能的利用 ................................................................................................................................. 7 2.2 确定设计方案的原则 ....................................................................................................................... 8

第三节 板式精馏塔的工艺计算 ........................................................................ 8

1．理论塔板数的计算与实际板数的确定 ............................................................................................ 8 1.1 理论板数计算 ............................................................................................................................... 8 1.1.1 物料衡算 ................................................................................................................................ 8 1.1.2 q线方程 ............................................................................................................................... 9 1.1.3 Rmin和R的确定 .................................................................................................................. 9 1.1.4 精馏段操作线方程的确定 .................................................................................................... 9 1.1.5精馏段和提馏段气液流量的确定 ......................................................................................... 9 1.1.6提馏段操作线方程的确定 ................................................................................................... 10

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李健 化工070325 甲醇-水二元筛板精馏塔设计

1.1.7 逐板计算法 .......................................................................................................................... 10 1.1.8 M—T图解法 .................................................................................................................... 12 1.2实际板层数的确定(以逐板计算法为依据) ................................................................................ 13 2．精馏塔操作条件计算 ...................................................................................................................... 14 2.1操作压强的选择 .......................................................................................................................... 14 2.2操作温度的计算 .......................................................................................................................... 14 2.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算 .................................................................. 15 2.3.1 密度及流量 .......................................................................................................................... 15 2.3.2液相表面张力的确定： ....................................................................................................... 16 2.3.3 液体平均粘度计算 .............................................................................................................. 17 3． 塔径的确定 .................................................................................................................................... 18 4.塔有效高度 ......................................................................................................................................... 21 5.整体塔高 ............................................................................................................................................. 21 6.塔板主要工艺参数确定 ..................................................................................................................... 22 6.1溢流装置 ...................................................................................................................................... 22 6.1.1堰长lw .................................................................................................................................. 23 6.1.2出口堰高hw .......................................................................................................................... 23 6.1.3弓形降液管宽度Wd和面积Af .......................................................................................... 25 6.1.4降液管底隙高度h0 ............................................................................................................. 26 6.2塔板布置及筛孔数目与排列 ...................................................................................................... 27 6.2.1塔板的分块 ........................................................................................................................... 27 6.2.2边缘区宽度确定 ................................................................................................................... 27 6.2.3开孔区面积Aa计算 筛孔计算及其排列 ........................................................................... 27 7.筛板的力学检验 ................................................................................................................................. 29 7.1塔板压降 ...................................................................................................................................... 29 7.1.1干板阻力hc计算 ................................................................................................................. 29 7.1.2液体表面张力的阻力计算hζ计算 ..................................................................................... 30 7.1.3气体通过每层塔板的液柱高hp ......................................................................................... 31 7.2 液面落差 ..................................................................................................................................... 32 7.3液沫夹带 ...................................................................................................................................... 32 7.4漏液 .............................................................................................................................................. 33 7.5液泛 .............................................................................................................................................. 34 8.塔板负荷性能图 ................................................................................................................................. 35 8.1漏液线 .......................................................................................................................................... 35

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8.2液沫夹带线 .................................................................................................................................. 36 8.3液相负荷下限线 .......................................................................................................................... 37 8.4液相负荷上限线 .......................................................................................................................... 37 8.5液泛线 .......................................................................................................................................... 38 8.6操作弹性 ...................................................................................................................................... 39 9. 辅助设备及零件设计 ....................................................................................................................... 40 9.1塔顶冷凝器（固定管板式换热器） .......................................................................................... 40 9.1.1估计换热面积 ....................................................................................................................... 40 9.1.2计算流体阻力 ....................................................................................................................... 42 9.1.3壳程流体阻力 ....................................................................................................................... 43 9.1.4计算传热系数 ....................................................................................................................... 43 9.2塔底再沸器： .............................................................................................................................. 44 9.3原料预热器 .................................................................................................................................. 45 9.4 管道设计与选择 ......................................................................................................................... 45 9.4.1塔顶回流管 ........................................................................................................................... 45 9.4.2 塔顶蒸汽出口管 .................................................................................................................. 46 9.4.3塔顶产品出口管 ................................................................................................................... 46 9.4.4 进料管 .................................................................................................................................. 46 9.4.5 塔釜出料管 .......................................................................................................................... 47 9.4.6 塔釜回流管 .......................................................................................................................... 47 9.4.7 塔釜产品出料管 .................................................................................................................. 48 9.4.8 冷凝水管 .............................................................................................................................. 48 9.5 泵 ................................................................................................................................................. 49 9.5.1 进料泵 .................................................................................................................................. 49 9.5.2 回流泵 .................................................................................................................................. 49 10.设计结果汇总 ................................................................................................................................... 50 11. 参考文献及设计手册 ..................................................................................................................... 52

第四节．设计感想 .......................................................................................... 53 第五节 附录 MATLAB 源程序 ...................................................................... 54

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