化工原理課程設(shè)計---利用浮閥塔分離正戊烷與正己烷的工藝設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計 </p><p>　　學(xué)院、系： 化 工 學(xué) 院 </p><p>　　專業(yè)班級： 生物工程 08 </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　成 績： </p><p>　　2011年12月23日</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目

3、: 利用浮閥塔分離正戊烷與正己烷的工藝設(shè)計</p><p>　　分離要求：試設(shè)計一座正戊烷—正己烷連續(xù)精餾浮閥塔，要求年產(chǎn)純度97%的正己烷4.5萬噸，塔頂餾出液中含正己烷不得高于4%，原料液中含正己烷45%（以上均為質(zhì)量分數(shù)）。</p><p>　?。ǘ┎僮鳁l件：塔頂壓力：4kPa（表壓）</p><p><b>　　進料狀態(tài)：泡點進料</b&

4、gt;</p><p>　　回流比：1.4Rmin</p><p>　　塔釜加熱蒸汽壓力：0.5MPa（表壓）</p><p>　　單板的壓降：0.7kPa</p><p><b>　　全塔效率：52%</b></p><p>　　塔板類型：浮閥塔板（F1型)</p><p&g

5、t;　　工作日： 300天/年 、24h/天連續(xù)生產(chǎn)</p><p><b>　　廠址：鞍山</b></p><p><b>　　（六）設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　?、倬s塔的物料衡算</b></p><p><b>　?、谒鍞?shù)的確定</b&g

6、t;</p><p>　?、劬s塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算</p><p><b>　?、芩w工藝條件尺寸</b></p><p><b>　?、菟遑摵尚阅軋D</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　

7、　第1章 序言3</b></p><p>　　第2章 精餾塔的物料衡算6</p><p>　　2.1. 物料衡算6</p><p>　　2.2. 常壓下正戊烷—正己烷氣、液平衡組成與溫度的關(guān)系7</p><p>　　第3章 塔板數(shù)的確定8</p><p>　　3.1. 理論板數(shù)的確定8</

8、p><p>　　3.2. 實際板數(shù)的確定9</p><p>　　第4章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)9</p><p>　　4.1. 操作壓力的計算9</p><p>　　4.2. 密度的計算10</p><p>　　4.3. 表面張力的計算11</p><p>　　4.4. 混合物的粘

9、度12</p><p>　　4.5. 相對揮發(fā)度12</p><p>　　第5章 塔體工藝條件尺寸13</p><p>　　5.1. 氣、液相體積流量計算13</p><p>　　5.2. 塔徑的初步設(shè)計14</p><p>　　5.3. 溢流裝置16</p><p>　　5.4.

10、塔板布置及浮閥數(shù)目與排列17</p><p>　　第6章 塔板負荷性能圖20</p><p>　　6.1. 物沫夾帶線20</p><p>　　6.2. 液泛線21</p><p>　　6.3. 液相負荷上限22</p><p>　　6.4. 漏液線22</p><p>　　6.5.

11、 液相負荷下限23</p><p>　　第7章 結(jié)束語24</p><p>　　正戊烷—正己烷連續(xù)精餾浮閥塔的設(shè)計</p><p><b>　　序言</b></p><p>　　精餾是分離液體混合物，一種利用回流是液體混合物得到高度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應(yīng)用最廣的液體混合物分離操作，廣泛應(yīng)用與石油、化工、輕工、食品

12、、冶金等部門。精餾過程在能量劑的驅(qū)動下，使氣液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)原料混合液中各組分分離。該過程是同時進行傳質(zhì)傳熱過程。精餾塔分為板式塔填料塔兩大類。板式塔又有篩板塔、泡罩塔、浮閥塔等。</p><p>　　本次設(shè)計任務(wù)是設(shè)計雙組份連續(xù)精餾浮閥塔，實現(xiàn)從正戊烷、正己烷的混合溶液中分離出一定純度的正己烷。本次設(shè)計選用浮

13、閥塔。</p><p>　　本次設(shè)計基本流程：原料液（正戊烷、正己烷混合液，泡點進料），經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱達到指定溫度后，送入精餾塔的進料板上，進料中的液體和上塔段下來的液體逐板溢流，最后流入塔底再沸器中，經(jīng)過再沸器得到汽化，蒸汽沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。進料中的蒸汽和下塔段來的蒸汽一起沿塔逐板上升，上升的蒸汽進入冷凝器，部分蒸汽得到冷凝返回塔頂，其余鎦出液作為塔頂產(chǎn)品。在整個精餾塔中，氣液兩相逆流接觸，進行

14、相互傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進入汽相，汽相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相。在每層板上，回流液與上升蒸氣互相接觸，進行使熱和使質(zhì)過程。操作時，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（斧殘液），部分液體氣化，產(chǎn)生生升蒸氣，依次通過各層塔板。塔頂蒸氣進入冷凝器中被全部冷凝，并將部分冷凝液送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)冷卻器冷卻后被送出作為塔頂產(chǎn)品（餾出液）。 本次設(shè)計主要內(nèi)容是物料衡算、塔板數(shù)的確定、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算、

15、塔板負荷性能圖和生產(chǎn)工藝流程圖。</p><p><b>　　精餾塔工藝流程圖</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　表1.組分的飽和蒸汽壓Pio (mmHg)</p><p>　　表2.組分的液相密度ρ（kg/m3）</p><p>&l

16、t;b>　　表3.表面張力()</b></p><p>　　表4.混合物的粘度（mpa.s）</p><p><b>　　精餾塔的物料衡算</b></p><p><b>　　物料衡算</b></p><p>　　F:原料液流量(kmol/h) xF:原料組成（

17、mol%）</p><p>　　D:塔頂產(chǎn)品流量(kmol/h) xD：塔頂組成（mol%）</p><p>　　W:塔底殘液流量(kmol/h) xW：塔底組成（mol%）</p><p>　　正戊烷—正己烷的相對摩爾質(zhì)量分數(shù)分別為72kg/ kmol和86 kg/ kmol</p><p>　　1．原料液及

18、塔頂、塔釜產(chǎn)品的摩爾分率</p><p>　　正戊烷的摩爾質(zhì)量 </p><p>　　正己烷的摩爾質(zhì)量 </p><p>　　2．原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　3．物料衡算</b></p><p><b>　　原料處理量 <

19、/b></p><p><b>　　總物料衡算 </b></p><p>　　正戊烷物料衡算 </p><p>　　聯(lián)立解得 </p><p>　　常壓下正戊烷—正己烷氣、液平衡組成與溫度的關(guān)系</p><p><b>　　溫度：</b></

20、p><p>　　利用表1中的數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得tF、tD、tW.</p><p>　　tF: tF=45.8℃</p><p>　　tD: tD =36.76℃</p><p>　　tW: tW=66.8℃</p><p><b>　　精餾段的平均溫度：&l

21、t;/b></p><p><b>　　= =41.28℃</b></p><p><b>　　提鎦段的平均溫度：</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　=41.28℃時的x1及y1</p><p><b>

22、　　℃時的x2及y2</b></p><p><b>　　塔板數(shù)的確定</b></p><p><b>　　理論板數(shù)的確定</b></p><p>　　由 查得： </p><p><b>　　精餾段操作線方程</b></p><p&g

23、t;<b>　　提餾段操作線方程</b></p><p>　　根據(jù)相對揮發(fā)度的求取得：</p><p>　　精餾段有5塊塔板，第6塊為進料板，全塔共有13塊理論板。</p><p><b>　　實際板數(shù)的確定</b></p><p>　　全塔效率為ET=0.52</p><p&g

24、t;　　精餾段實際板數(shù)： </p><p>　　全塔實際板數(shù)： </p><p>　　即：全塔板數(shù)為N=13/ 0.52=25（塊）</p><p>　　精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p><b>　　操作壓力的計算</b></p><p

25、>　　塔頂操作壓力 </p><p>　　每層塔板壓降 </p><p>　　進料板壓力 </p><p>　　精餾段平均壓力 </p><p>　　塔底操作壓力 </p><p>　　提餾段平均壓力 </p><p>&

26、lt;b>　　密度的計算</b></p><p>　　已知：混合液密度： (質(zhì)量分率，為平均相對分子質(zhì)量)，不同溫度下正戊烷和正己烷的密度見表2.</p><p><b>　　混合氣體密度：</b></p><p>　　精餾段： =41.28℃時，液相x1=0.77氣相y1=0.90</p><p>&

27、lt;b>　　液相：</b></p><p><b>　　氣相：</b></p><p>　　提留段：℃時，液相x2=0.28氣相y2=0.52</p><p><b>　　液相：</b></p><p><b>　　氣相：</b></p>&l

28、t;p>　　tD =41.28℃時</p><p><b>　　tF=56.3℃時</b></p><p><b>　　精餾段氣相平均密度</b></p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提留段平均氣相密度</b>&

29、lt;/p><p><b>　　提餾段 </b></p><p><b>　　精餾段液相平均密度</b></p><p>　　提留段的液相平均密度</p><p><b>　　表面張力的計算</b></p><p>　　精餾段的平均溫度 =41.28℃時的表

30、面張力</p><p>　　提留段的平均溫度℃的表面張力</p><p><b>　　混合物的粘度</b></p><p><b>　　=41.28℃時</b></p><p><b>　　℃時</b></p><p><b>　　相對揮發(fā)度&

31、lt;/b></p><p>　　tD =36.76℃時</p><p><b>　　tW=66.8℃時</b></p><p><b>　　塔體工藝條件尺寸</b></p><p>　　氣、液相體積流量計算</p><p><b>　　已知：</b&g

32、t;</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　塔徑的初步設(shè)計</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　

33、由</b></p><p><b>　　橫坐標數(shù)值：</b></p><p><b>　　取板間距：</b></p><p><b>　　查圖可知</b></p><p><b>　　安全系數(shù)取0.8</b></p><p&

34、gt;　　取整 =1.6m</p><p><b>　　空塔氣速：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　橫坐標數(shù)值：</b></p><p><b>　　取板間距：</b></p><

35、p><b>　　查圖可知</b></p><p><b>　　安全系數(shù)取0.8</b></p><p>　　取整 =1.6m</p><p><b>　　空塔氣速：</b></p><p><b>　　溢流裝置</b></p>&

36、lt;p><b>　?。?）堰長</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　出口堰高：本設(shè)計采用平直堰，堰上液高度按下式計算：</p><p><b>　　近似取E=1</b></p><p><b>　　精餾段：</b>&

37、lt;/p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　?。?）弓形降液管的寬度和橫截面積</p><p>　　查圖得： 則：</p><p>　　驗算降液管內(nèi)停留時間：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>

38、<b>　　提餾段：</b></p><p>　?。?）降液管底隙高度</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　取降液管底隙的流速</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p&g

39、t;<b>　　取降液管底隙的流速</b></p><p>　　因為不小于20mm，故滿足要求。</p><p>　　塔板布置及浮閥數(shù)目與排列</p><p><b>　　塔板分布</b></p><p>　　本設(shè)計塔徑1.6m，采用分塊式塔板，以便通過人孔裝拆塔板。</p><

40、p><b>　　閥孔臨界速度</b></p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　上下兩段相應(yīng)的閥孔動能因子為：</p><p><b>　　均屬正常操作范圍。</b><

41、;/p><p><b>　　浮閥數(shù)目與排列</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p>　　取閥孔動能因子則孔速為：</p><p>　　取邊緣區(qū)寬度Wc﹦0.055m,安定區(qū)寬度，</p><p><b>　　開孔區(qū)面積</b>&l

42、t;/p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　取邊緣區(qū)寬度Wc﹦0.030m,安定區(qū)寬度，</p><p><b>　　開孔區(qū)面積</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　，</b&

43、gt;</p><p>　?。?）浮閥數(shù)與開孔率</p><p>　　F1 型浮閥的閥孔直徑為39mm</p><p>　　閥孔氣速，其中取F0=10</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b></p><p><b>　　開孔率</b></p><p&

44、gt;<b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提留段 </b></p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一橫排的孔心距t=0.075m，則排間距為</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　

45、　提留段 </b></p><p>　　考慮到塔的直徑較大，故采用分塊式塔板，而各分快板的支撐與銜接將占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距應(yīng)小于計算值，故取=80mm=0.08m</p><p><b>　　重新計算孔速及閥數(shù)</b></p><p><b>　　精餾段 </b></p>

46、<p><b>　　提留段 </b></p><p>　　由此可知，閥孔動能因數(shù)變化不大</p><p><b>　　塔板負荷性能圖</b></p><p><b>　　物沫夾帶線</b></p><p><b>　　泛點率</b><

47、/p><p>　　據(jù)此可作出負荷性能圖中的物沫夾帶線，按泛點率80%計算：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　查物性系數(shù)K=1.0 </p><p><b>　　整理得：</b></p><p>　　由上式可知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取

48、兩個值算出</p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　整理得：</b></p><p><b>　　液泛線</b></p><p>　　由此確定液泛線，忽略式中的</p><p>　　取0.5 取0.5</p&

49、gt;<p><b>　　而</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　整理得：</b></p><p><b>　　提餾段:</b></p><p><b>　　整理得：</b>

50、</p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取兩個值，算出相應(yīng)的</p><p><b>　　液相負荷上限</b></p><p>　　液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時間不低于3~5秒。</p><p>　　液體降液管內(nèi)停留時間</p><p>　　以作為液體在降液管內(nèi)停留時間的下限，則：</p&

51、gt;<p><b>　　漏液線</b></p><p>　　對于型重閥，依作為規(guī)定氣體最小負荷的標準，則</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　液相負荷下限</b&

52、gt;</p><p>　　取堰上液層高度作為液相負荷下限條件作出液相負荷下限線，該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線。</p><p><b>　　取E=1.0</b></p><p>　　由以上1—5作出塔板負荷性能圖</p><p><b>　　精餾塔的負荷性能圖</b></p><

53、;p>　　由塔板負荷性能圖可以看出：</p><p>　　在任務(wù)規(guī)定的氣、液負荷下的操作點處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置；</p><p>　　塔板的氣相負荷上限完全由物沫夾帶控制，操作下由漏液控制；</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過本塔的負荷性能圖可以看出，操作線分別與液沫夾帶線和

54、漏液線相交，是以上限為液沫夾帶控制，下限為漏液控制。若操作點位于操作區(qū)內(nèi)的適中位置時可獲得穩(wěn)定良好的操作效果。但本塔的操作點偏于漏液線，在操作區(qū)偏下方。使塔的正常操作受到一定影響?？梢酝ㄟ^減少塔板開孔率使漏液線下移，使操點位于操作區(qū)中心位置。提高塔的操作效果。</p><p>　　精餾塔操作的基本要求是在連續(xù)定態(tài)和最經(jīng)濟的條件下處理更多的原料液，達到預(yù)定的分離要求或組分的回收率，即在允許范圍內(nèi)采用較小的回流比和比

55、較大的再沸器傳熱量。所以在設(shè)計精餾塔的過程中，必須保持精餾定態(tài)操作的條件如：塔壓穩(wěn)定;進、出塔系統(tǒng)的物料量平衡和穩(wěn)定；進料組成和熱狀況穩(wěn)定；回流比恒定；再沸器和冷凝器的傳熱條件穩(wěn)定；塔系統(tǒng)與環(huán)境間散熱穩(wěn)定等 因此在設(shè)計當中就要考慮主要的因素來進行合理的設(shè)計。</p><p>　　兩周的化工原理課程設(shè)計，使我對于雙組分連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計有了更深刻的認識。在設(shè)計實踐過程中，我收獲了很多并有一種強烈的成就感。<

56、/p><p>　　首先，在于設(shè)計計算，參考課本所學(xué)理論知識，并聯(lián)系生產(chǎn)實際情況，對設(shè)計有了整體性的把握。查找一些有關(guān)參數(shù)的時候，我通過很多途徑參考并合理的運用到設(shè)計中。大量的計算也特別鍛煉我們的計算能力及考驗我們的認真程度。同時我對于精餾這章的熟悉也便于對化工生產(chǎn)更高層次的學(xué)習(xí)。</p><p>　　其次，CAD畫圖方面的能力也有了很大的進步，對各種畫圖工具的運用更加熟練自如。這項工作需要很強

57、的毅力，甚至是通宵達旦的設(shè)計，這其中也感受到了設(shè)計工作的艱辛。</p><p>　　在老師的指導(dǎo)和同學(xué)之間相互交流中，我通過自己的努力認真完成了設(shè)計。也許設(shè)計的結(jié)果還有錯誤，設(shè)計的過程還存在不足，希望老師能多多指導(dǎo)給予寶貴意見。設(shè)計是實踐的開始，相信這會是我以后學(xué)習(xí)和工作的動力。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>