食品工程原理课程设计.doc
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1、第 25 页 共 25 页课程设计任务书一、 设计题目: 甲醇-水二元物料板式精溜塔二、 设计条件:处理量:t/a(15000)料液组成(质量分数):50%塔顶产品组成(质量分数):94%塔顶易挥发组分回收率:99.9%每年实际生产时间:330天/年,每天24小时连续工作连续操作、中间加料、泡点回流操作压力:常压进料状况:泡点进料塔釜间接蒸汽加热,加热蒸汽压力为0.3Mpa塔顶冷凝水用冷却水的进出口温度差2040C三、设计任务 完成精馏塔的工艺设计,有关附属设备的设计和选型,绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图,编写设计说明书。设计内容包括:1、 精馏装置流程设计与论证2、 浮阀塔内精馏过程
2、的工艺计算3、 浮阀塔主要工艺尺寸的确定4、 塔盘设计5、 流体力学条件校核、作负荷性能图6、 主要辅助设备的选型四、设计说明书内容1、目录2、概述(精馏基本原理)3、工艺计算4、结构计算5、附属装置评价6、参考文献7、设计自我评价目录一、概述1、精馏操作对塔设备的要求和类型42、精馏塔的设计步骤5二、精馏塔工艺设计计算1、精馏塔物料衡算62、塔板数的确定72.1理论板层数NT的求取72.2实际板层数的求取83、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算3.1操作温度的计算103.2平均摩尔质量的计算113.3平均密度的计算113.4液相平均表面张力计算123.5液体平均粘度计算124、精馏塔塔体工
3、艺尺寸计算4.1塔径的计算134.2精馏塔有效高度的计算145、塔板主要工艺尺寸计算5.1溢流装置计算155.2塔板的布置165.3浮阀计算及排列166、浮阀塔流体力学性能验算187、塔附件设计23三、总结24概述一、精馏操作对塔设备的要求和类型对塔设备的要求精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质,而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备,首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触,以达到较高的传质效率。但是,为了满足工业生产和需要,塔设备还得具备下列各种基本要求: 气(汽)、液处理量大,即生产能力大时,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 操作稳定,弹性大,即当塔设备的气
4、(汽)、液负荷有较大范围的变动时,仍能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具有的可靠性。 流体流动的阻力小,即流体流经塔设备的压力降小,这将大大节省动力消耗,从而降低操作费用。对于减压精馏操作,过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度,最终破坏物系的操作。 结构简单,材料耗用量小,制造和安装容易。 耐腐蚀和不易堵塞,方便操作、调节和检修。 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,况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点,设计时应根据物系性质和具体要求,抓住主要矛盾,进行选型。板式塔类型 气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大
5、类。精馏操作既可采用板式塔,也可采用填料塔,板式塔为逐级接触型气液传质设备,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。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年),其后,特别是在本世纪五十年代以后,随着石油、化学工业生产的迅速发展,相继出现了大批新型塔板,如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看,主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔,而前两者使用尤为广泛。 筛板塔也是传质过程常用的塔设备,它的主要优点有: 结构比浮阀
6、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。 处理能力大,比同塔径的泡罩塔可增加1015。 塔板效率高,比泡罩塔高15左右。 压降较低,每板压力比泡罩塔约低30左右。 筛板塔的缺点是: 塔板安装的水平度要求较高,否则气液接触不匀。 操作弹性较小(约23)。 小孔筛板容易堵塞。二、精馏塔的设计步骤 本设计按以下几个阶段进行: 设计方案确定和说明。根据给定任务,对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。 蒸馏塔的工艺计算,确定塔高和塔径。 塔板设计:计算塔板各主要工艺尺寸,进行流体力学校核计算。接管尺寸、泵等,并画出塔的操作性能图。 管路及附属设备的计算与
7、选型,如再沸器、冷凝器。 抄写说明书。 绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。精馏塔工艺设计计算一、精馏塔物料衡算甲醇的摩尔质量 MA=32 kg/kmol水的摩尔质量 MB=18 kg/kmol 二、塔板数的确定1、理论板层数NT的求取甲醇水属理想物系,可采用图解法求理论板数由手册查得甲醇水物系的气液平衡数据,绘出xy图(见附图1)(1)最小回流比及操作回流比的计算采用图解法求最小回流比。在图中对角线上q(0.36,0.36)作垂线qf,该线与平衡线的交点坐标为故最小回流比则操作回流比可取图中精馏段操作线方程截距(2)精馏塔的气液相负荷 (3)操作线方程 精馏段 提留段 (4)图解法求理论
8、塔板数 如附图一,求解结果为总理论板层数 NT=9 进料板位置 NF=4 理论塔板数2、实际板层数的求取 (1)全塔效率的计算 用奥康奈尔法对全塔效率进行估算ET=0.49(L)-0.245100%由相平衡方程可得根据甲醇水体系相平衡图查得(第一块板) (塔釜)代入方程得出t-x图查t-x图得则精馏段平均温度提留段平均温度全塔平均温度在全塔平均温度下查得,则全塔平均液体粘度全塔效率(2)实际塔板数的计算精馏段实际板层数提留段实际板层数总塔板数N=20三、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1、操作温度的计算查t-x图得则精馏段平均温度提留段平均温度全塔平均温度2、平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔
9、质量查平衡曲线得进料板平均摩尔质量查塔釜平均摩尔质量查精馏段平均摩尔质量提留段平均摩尔质量3、平均密度的计算(1)气相平均密度的计算由理想气体状态方程得精馏段气体平均密度提留段气体平均密度(2)液相平均密度的计算塔顶:查得进料板:查得 塔釜:查得则精馏段液相平均密度:提馏段液相平均密度:4、液相平均表面张力计算(1)塔顶:由查得(2)进料板:查得 (3)塔釜:查得精馏段液相平均表面张力:提馏段液相平均表面张力:5、液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算,即(1)塔顶液相平均粘度的计算 由查得 (2)进料板液相平均粘度的计算查得(3)塔釜液相平均粘度 查得 精馏段液相平均粘度: 提馏段液相平均粘
10、度:四、精馏塔塔体工艺尺寸计算1、塔径的计算(1)精馏段精馏段的气液相体积流率:最大空塔气速,其中,可由斯密斯关联图查得。横坐标取板间距,板上清液层高度,则,查斯密斯图得。则气体负荷因子最大空塔气速取安全系数为0.6,则塔径按照标准塔径规整后塔截面积为实际空塔气速:(2)提馏段提馏段气液相体积流率最大空塔气速,其中,可由斯密斯关联图查得。横坐标取板间距,板上清液层高度,则,查斯密斯图得。则最大空塔气速取安全系数为0.6,则塔径按照标准塔径规整后塔截面积为实际空塔气速:2、精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度:提馏段有效高度:在进料板上方开一人孔,其高度为0.8m,则精馏塔的有效高度为五、塔板主要
11、工艺尺寸计算1、溢流装置计算 因塔径D=0.7m,可选用单溢流弓形降液管,采用凹形受液盘。各项计算如下:(1)堰长(2)溢流堰高度 选用平直堰,堰上液层高度,取E=1,则精馏段: 提馏段: (3)弓形降液管宽度和截面积由查图得,故,依式验算液体在降液管中的停留时间精馏段:s5s提馏段:5s,故降液管设计合理(4)降液管底隙高度 取降液管底隙流体流速 精馏段: 提馏段: 故降液管设计高度合理选用凹形受液盘,深度2、塔板的布置 (1)分块 (2)边缘区宽度的确定: (3)开孔区面积计算开孔区面积按照式计算,其中3、浮阀计算及排列(见附图2) (1)阀孔气速,在9至12之间,取精馏段: (2)浮阀数
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