浮阀式连续精馏塔及其主要附属设备设计(年生产能力为13

1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页 化工原理课程设计任务书一 设计题目 浮阀式连续精馏塔及其主要附属设备设计二 工艺条件生产能力：13200吨/年（料液）年工作日：300天原料组成：50%甲醇，50%水（质量分率，下同）产品组成：馏出液 98%甲醇，釜液0.8%甲醇操作压力：塔顶压强为常压进料温度：泡点进料状况：泡点加热方式：直接蒸汽加热回流比： 自选三 设计内容1 确定精馏装置流程，绘出流程示意图、塔器设备图。2 工艺参数的确定基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。3 主要设备的工艺尺寸计算板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。4 流体力学计算流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。5 主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。四 设计结果总汇五 主要符号说明六 参考文献一、 装置流程图二、 工艺参数的确定1. 物料衡算生产能力为13200吨/年，进料甲醇组成为50%（m），馏出液 98%甲醇，釜液0.8%

2、甲醇。甲醇M1=32.0/kmol,水M2=18.0kg/kmol.Xf=(0.5/32)/(0.5/32+0.5/18)=0.36 Xd=(0.98/32)/(0.98/32+0.02/18)=0.965 Xw=(0.8%/32)/(0.8%/32+99.2%/18)=0.45%料液平均摩尔量M=32*0.36+18*0.64=23.04kg/kmol料液流量F=13200*103/(300*24*23.04)=79.57kmol/h由总物料守恒有：F+S=W+D对甲醇有：F*Xf = W*Xw + D*Xd对于直接蒸汽加热有：V= S , L= WV= V (1-q)*F , L= L + q*F对于泡点加料有：V= V ，L= L + F又V=(R+1)D ,L=R*DL= W = R*D+F ,S = (R+1)*D要算得流出液，釜夜及加热蒸汽的量，得先算出最小回流比及回流比。常压下甲醇和水的气液平衡表(Txy)T() X YT() X Y92.90.05310.283476.70.33330.691890.30.07670.4001 76.20.35130.737488.90

3、.09260.435373.80.46200.775686.60.12570.483172.70.52920.797185.00.13150.545571.30.59370.818383.20.16740.558570.00.68490.849282.30.18180.577568.00.77010.896281.60.20830.627366.90.87410.919480.20.23190.64851000.00.078.00.28180.6775由y=49.388*x2-73.544*x+95.708,将Xf = 0.36 ，Xd = 0.965， Xw = 0.45% 代入得到相映的温度：T f=75.63 Td=70.73 Tw=95.38将Tf、Td、Tw代入y=-20.024*x2-18.335*x+100.13得Yf=0.74 Yd=0. 85 Yw= 0.21y = *x/(1+(-1)*x)=y(x-1)/(x*(y-1)f=0.74*(1-0.36)/(1-0.74)*0.36)=5.06d=0.85*(1-0.965)/(0.965*(1-0.85)=0.206

4、w=0.21*(1-0.45%)/(0.45%*(1-0.21)=58.81=(5.06*0.206*58.81)(1/3)=3.94q=1，Xq=Xf=0.36,Yq=3.94*0.36/(1+2.94*0.36)=0.689Rm/(Rm+1)=(0.965-0.689)/(0.965-0.36)=0.456Rm=0.839取R=1.5 Rm=1.5*0.839=1.26S=(R+1)*D=2.26D由:F+S=W+D ,F*Xf = W*Xw + D*Xd有：79.57+2.26D = D + W79.57*0.36=D*0.965+W*0.45%得:D=29.14kmol/h W=116.29 kmol/h S=65.86 kmol/h 2.理论塔板数的计算精馏段操作线方程：y=R/(R+1)x+Xd/(R+1) y=0.558x+0.427提馏段操作线方程：y=W*x/S-W*Xw/S=1.766x-0.00795利用作图法得到，理论塔板数NT=11，进料板为第5块；精馏段理论板数为4块，提馏段理论板数为7块Td=70.73 Tw=95.38 T=(70.73+95.38)/2

5、=83.06y=0.58 x=0.20 平均相对挥发度=3.9483.06时甲醇跟水的粘度分别为1=0.4106mPa.s 2=0.3436 mPa.s=0.4106*0.20+0.3436*0.8=0.357 mPa.s由奥康奈尔公式ET=0.492(L)-0.245得E=0.492* (3.94*0.357)-0.245 E=0.453实际塔板数N=11/0.453=24.3块取实际塔板数为25块，其中精馏段4/0.453=8.83提馏段7/0.453=15.45块，取精馏段9块，提馏段16块。3. 热量衡算塔顶冷凝器的热负荷Qc=V*rcV=65.86kmol/h在塔顶温度70.73下甲醇的汽化热r1=847kJ/kg=27104kJ/kmol水的汽化热r2=1498kJ/kg=26964kJ/kmol平均汽化热r=27104*0.965+26964*0.035=27099.1kJ/kmolQc=65.68*27099.1=1.780*106kJ/h塔釜加热蒸汽的热负荷Qb=V*rbV=65.86kmol/h在塔釜温度95.38时，甲醇的汽化热r1=950kJ/kg=30400k

6、J/kmol水的汽化热r2=1730kJ/kg=31140kJ/kmol平均汽化热r=30400*0.45%+31140*0.9955=31136.67kJ/kmolQb=65.86*31136.67=2.051*106kJ/h三、主要设备工艺尺寸计算1.塔径与空塔气速 1）操作压力塔顶操作压力为常压，Pd = 101.33 KPa取每层塔板压降:P=0.64 kpa 进料板操作压力Pf=101.33+0.64*9=107.09 kpa精馏段平均操作压力P1=（101.33+107.09）/2=104.21 kpa塔釜压力Pw=101.33+0.64*25=117.33 kpa提馏段平均操作压力P2 =（117.33+107.09）/2=110.77 kpa2）温度精馏段平均温度t1=(70.73+75.63)/2=73.18t2=(95.38+75.63)/2=85,505t=(70.73+95.38)/2=83.0553）平均摩尔流量S = V= V=（R+1）D=65.86 kmol/h L= L + F= W=116.29 kmol/hL=36.72 kmol/h F=79.5

7、7 kmol/h塔顶汽相摩尔质量Md,y=32*0.85+18*0.15=29.9kg/kmol塔顶液相摩尔质量Md.x=32*0.965+18*0.035=31.51 kg/kmol进料汽相摩尔质量Mf，y=32*0.74+18*0.26=28.36 kg/kmol进料液相摩尔质量Mf,x=32*0.36+18*0.64=23.04kg/kmol流出液汽相摩尔质量Mw,y=32*0.21+18*0.79=20.94kg/kmol流出液液相摩尔质量Mw,x=32*0.0045+18*0.9955=18.063kg/kmol精馏段平均汽相摩尔质量 M1,y=(29.9+28.36)/2=29.13 kg/kmol精馏段平均液相摩尔质量 M1,x=（31.31+23.04）/2=27.275 kg/kmol提馏段平均汽相摩尔质量 M2,y=（20.94+28.63）/2=24.785 kg/kmol提馏段平均汽相摩尔质量 M2,x=(23.04+18.063)/2=20.55 kg/kmol4）密度精馏段气相密度1=104.21*29.13/(8.314*(273.15+73.18) =1

8、.054 kg/m3提馏段气相密度2 =110.77*24.785/8.314/(273.15+85.505) =0.921 kg/m3在塔顶，进料板，塔釜温度下，甲醇的密度分别为744.87 kg/m3,740.50 kg/m3,722.88 kg/m3 ；水的密度分别为977.8 kg/m3,974.8 kg/m3,961.85 kg/m3 塔顶液相密度d=1/(0.98/744.87+0.02/977.8) =748.44 kg/m3进料板液相密度f=1/(0.5/740.50+0.5/974.8) =841.65 kg/m3塔釜液相密度w=1/(0.8%/722.88+99.2%/961.85) =959.31 kg/m3精馏段液相平均密度3=（748.44+841.65）/2 =795.05 kg/m3提馏段液相平均密度4=(841.65+959.31)/2 =900.48 kg/m35）表面张力如下图所示，在70.73,75.63,95.38时，甲醇的表面张力分别为26.02mN/m,24.78mN/m,95.38mN/m；水的表面张力分别为66.02mN/m,64.38 mN/m,61.87 mN/md=26.02*0.985+66.02*0.035=27.42 mN/mf=24.78*0.36+64.83*0.64=50.412 mN/mw=23.12*0.45%+61.87*(1-0.45%)=61.70 mN/m精馏段1=(27.42+50.412)/2= mN/m提馏段2=(50.412+61.70)/2=56.056 mN/m6）粘度查表得在70.73,75.63,95.38时，甲醇的粘度分别为0.562 mPas,0.489 mPas,0.322 m

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