化工原理课程设计-乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计

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时间:2018-03-19

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1、目录前言2第1章精馏塔优化设计任务书3第1节3第2节设计背景及设计要求4第2章精馏塔优化设计计算6第1节62.1.1精馏流程的确定62.1.2塔的物料衡算6第2节塔板数的确定8第3节塔的工艺条件及物性数据计算11第4节精馏段气液负荷计算15第5节提馏段气液负荷计算15第6节塔和塔板主要工艺尺寸计算15第3章塔板流体力学校核21第1节气相通过浮塔板的压力降21第4章塔板负荷性能图23第5章精馏塔的主要附属设备27第1节冷凝器27第2节再沸器28第3节接管——进料管28第4节法兰29第5节筒体与封头29参考书目31课程设计

2、心得3232前言乙醇在工业、医药、民用等方面,都有很广泛的应用,是很重要的一种原料。在很多方面,要求乙醇有不同的纯度,有时要求纯度很高,甚至是无水乙醇,这是很有困难的,因为乙醇极具挥发性,也极具溶解性,所以,想要得到高纯度的乙醇很困难。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度,要用连续精馏的方法,因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程,即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程,因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的,塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作,

3、除精馏塔外,还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知,单有精馏塔还不能完成精馏操作,还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器,有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备,才能实现整个操作。浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用,由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点,已成为国内应用最广泛的塔型,特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式,但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好,广泛应用在化工及炼油生产中,现已列入部颁标准(JB168-68)内,F1型浮阀又分轻阀

4、和重阀两种,但一般情况下都采用重阀,只有处理量大且要求压强降很低的系统中,才用轻阀。浮阀塔具有下列优点:1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统,但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统,浮阀塔也能正常操作。32第1章精馏塔优化设计任务书第1节一、设计题目乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计二、设计条件1.处理量:3.5(万吨/年)2.塔顶产品浓度:90(wt%)(乙醇质量分率)3.料液浓度:30(wt%)(乙醇质量分率)4.每年实际生产时间

5、:7200小时/年5.操作条件:①间接蒸汽加热;②塔顶压强:1.01atm(绝对压强)③进料热状况:泡点进料;6.厂址:廊坊地区三、设计任务a)流程的确定与说明;b)塔板和塔径计算;c)塔盘结构设计i.浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图;ii.流体力学验算;iii.塔板负荷性能图。d)其它i.加热蒸汽消耗量;32ii.冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量e)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。第2节设计背景及设计要求1.在换热器设计中,首先应根据工艺要求选择适用的类型,然后计算换热所需

6、传热面积,并确定换热器的结构尺寸。完善的换热器在设计或选型时应满足以下各项基本要求:(1)合理地实现所规定的工艺条件  传热量、流体的热力学参数(温度、压力、流量、相态等)与物理化学性质(密度、粘度、腐蚀性等)是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这参考《化工原理课程设计》贾绍义柴诚敬主编天津大学出版社2002版38面些条件进行热力学和流体力学的计算,经过反复比较,使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积,在单位时间内传递尽可能多的热量。其具体做法如下。  ①增大传热系数在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下,尽量

7、选择高的流速。  ②提高平均温差对于无相变的流体,尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可提高平均温差,还有助于减少结构中的温差应力。在允许的条件时,可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。  ③妥善布置传热面例如在管壳式换热器中,采用合适的管间距或排列方式,不仅可以加大单位空间内的传热面积,还可以改善流体的流动特性。错列管束的传热方式比并列管束的好。如果换热器中的一侧有相变,另一侧流体为气相,可在气相一侧的传热面上加翅片以增大传热面积,更有利于热量的传递。(2)安全可靠  换热器是压力容器,在进行强度、刚度、

8、温差应力以及疲劳寿命计算时,应遵照我国《钢制石油化工压力容器设计规定》与《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。这对保证设备的安全可靠起着重要的作用。(3)有利于安装、操作与维修32  直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与装拆,在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍,根据需要可添置气、液排放口,检

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