化工原理课程设计说明书Word文件下载.docx
- 文档编号:7728699
- 上传时间:2023-05-09
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:198.82KB
化工原理课程设计说明书Word文件下载.docx
《化工原理课程设计说明书Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化工原理课程设计说明书Word文件下载.docx(28页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
冷却介质用的是循环水
4、回流比的确定
塔顶回流是保证精馏塔连续稳态操作的必要条件之一,并且回流比是影响精馏分离设备投资费用和操作费用的重要因素,也影响混合液的分离效果。
适宜的回流比是操作费用和设备费用之和为最低时候的回流比。
通常适宜回流比的数值范围为:
根据经验,考虑操作费用和设备费用两方面因素,因此选用
。
5、填料的选择
填料是填料塔的核心构件,它提供了气液两相相接触传质与传热的表面,与塔内件一起决定了填料塔的性质。
本设计选用CY700金属丝网波纹填料。
三、工艺流程图及其简单说明
1、工艺流程图(附图一)
2、工艺流程简介
来自贮槽的原料液经高压泵进入预热器预热到一定温度之后进入精馏塔,塔顶冷凝器将上升蒸汽冷凝成液体,其中一部分作为塔顶产品取出,另一部分重新引回塔顶作为回流液。
最终塔顶出来的甲醇产品再经过一个冷却器冷却后进入甲醇贮槽。
塔釜设有再沸器。
加热的液体产生蒸汽再次回到塔底,沿塔上升,同样在每层塔板上进行汽液两相的热质交换。
塔釜的另一部分釜液经冷却器后排入下水道。
加热蒸汽分为两路,分别进入预热器和再沸器作为加热介质。
降温后的液体水或者是部分水蒸汽随管道排进下水道。
同样,冷却水分为三路,分别进入冷凝器、甲醇产品的冷却器和塔釜的冷却器,充分换热均匀之后,全部排入下水道。
在流程设计伤,釜出液为100℃左右的高温水,热值高,将其送回热水循环管路用于高炉产蒸汽,具有节能的特点。
塔顶采用分段冷凝泡点回流,也是出于节能考虑。
在流量控制上采用自动控制,有利于节约劳动力,并使过程控制精确,并可实现计算机控制,有利于连续生产。
在检修方面充分考虑到泵的日常维护,因此运用双泵设计便于实际生产中的不停车检修。
3、精馏塔塔顶的冷凝方式
塔顶冷凝采用全凝器,用水冷凝。
甲醇和水不反应,并且也容易被水冷凝,塔顶出来的汽相温度不高,故本设计选用全凝器。
4、塔顶的回流方式
对于小型塔采用重力回流,回流冷凝器一般安装在比精馏塔略高的地方,液体依靠自身的重力回流。
但是必须保证冷凝器内有一定持液量,或加入液封装置防止塔顶汽相逃逸至冷凝器内。
本设计采用重力回流,全凝器放置略高于塔顶的位置,并且设置流量计检测和保证冷凝器内的液面高度。
5、精馏塔塔釜的加热方式
加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。
间接蒸汽加热是通过再沸器使釜液部分汽化,维持原来的浓度,重新再进入塔底。
使上升蒸汽与回流下来的冷液再进行热质交换。
这样减少了理论板数,从而降低了成本,但是也存在着增加加热装置的缺点。
综合考虑以上两方面因素,本设计选用间接蒸汽加热。
四、操作条件及精馏塔工艺计算:
本设计任务是分离甲醇水的混合物。
对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。
设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分冷却后送至储罐。
回流比设定为最小回流比的2倍。
塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
(一)物料衡算
1、原料液及塔顶,塔底产品的摩尔分率
水的摩尔质量:
MA=18kg/kmol
正丁醇的摩尔质量:
MB=74kg/kmol
xF’=20%,xD’=92.3%,xw’=1.5%(均为质量比)
xF=(xF’/MBA)/[xF’/MA+(1-xF’)/MB]
=(0.2/18)/(0.2/18+0.8/74)
=0.5068=50.68%
xD=(xD’/MA)/[xD’/MA+(1-xD’)/MA]
=(0.923/18)/(0.923/18+0.077/14)
=0.9801=98.01%
xW=(xW’/MA)/[xW’/MA+(1-xW’)/MB]
=(0.015/18)/(0.015/18+0.985/74)
=0.0589=5.89%
2、原料液及塔顶,塔底产品的平均摩尔质量
MF=50.68%×
18+(100-50.68)%×
74=45.62kg/kmol
MD=98.01%×
18+(100-98.01)%×
74=19.11kg/kmol
MW=5.89%×
18+(100-5.98)%×
74=31.47kg/kmol
3、物料衡算
原料处理量:
=1.25t/2h=(1.25
/45.62)/2=13.70kmol/h
由正丁醇—水系统的温度组成图,由杠杠规则原理求解:
求最小回流比及操作回流比
由于本设计采用的是泡点进料,q=1,xq=xF=0.5068根据拟合得到的y-x方程,可得到yq=0.755最小回流比Rmin=(xD-yq)/(yq–xq)可得到Rmin=0.910
所以回流比R=1.8Rmin=1.8×
0.910=1.64
分析精馏塔操作流程可得总物料衡算:
F=D+W
解得
表一塔顶、塔底、进料液的物料数据
塔顶
xD’=92.3%
xD=98.01%
MF=45.62kg/kmol
F=13.70kmol/h
进料液
xF’=20%
xF=50.68%
MD=19.11kg/kmol
D=6.36
kmol/h
塔底
xW’=1.5%
xW=5.89%
MW=31.47kg/kmol
W=7.34kmol/h
(二)理论塔板数的确定
\
(1)由手册查出甲醇-水汽液相平衡数据,拟合出相平衡方程及作出x-y图,
在对甲醇和水二元物系汽液平衡数据做拟合之后,可得出汽相组成y和液相组成x的函数关系式:
Y=0.00187+7.03393X-40.64685X2+157.6139X3-388035736X4+598.11499X5-554.46395X6+282.15362X7-60.45038X8
(3)求精馏塔的汽、液相负荷
L=RD=1.64×
69.73=114.36kmol/h
V=(R+1)D=(1.64+1)×
69.73=184.09kmol/h
L’=L+F=114.36+98.03=212.39kmol/h
V’=V=184.09kmol/h
(4)精熘段和提熘段的操作线方程
精熘段操作线方程为:
y=(R/R+1)x+xD/(R+1)=(1.64/2.64)x+0.689/2.64
=0.62x+0.2610
提熘段操作线方程为:
y’=(L’/V’)x-(W/V’)xW=(212.39/184.09)x-(28.30/184.09)×
0.0589
=1.154x-0.00905
3、图解法
(三)热量衡算
1、求塔顶温度tD,塔釜温度tW,进料温度tF
确定液相温度。
汽相温度与液相温度相差不大,可近似看作相等。
经过反渗透分离后,以正丁醇含量80%进料,则由t-xy图查的,
正丁醇质量分数塔顶0.077;
进料0.8;
塔底0.985则
进料温度;
塔顶温度
2、热量衡算
(1)冷凝器的热负荷
冷凝器的热负荷Qc=(R+1)D(IVD-ILD)
其中IVD——塔顶上升的蒸汽的焓
ILD——塔顶馏出液的焓
IVD-ILD=xD∆HV甲+(1-xD)∆HV乙
其中∆HV甲——水的的蒸发潜热
∆HV乙——正丁醇的蒸发潜热
蒸发潜热与温度的关系:
∆HV2=∆HV1[(1-Tr2)/(1-Tr1)]0.38
表四沸点下蒸发潜热列表[3]
组分
沸点t/°
C
蒸发潜热∆Hr/(kJ/kmol)
Tc/K
正丁醇
117
44800.41
560.15
水
100
9702
647.14
塔顶温度下的潜热计算:
tD=95.3°
C时
对正丁醇,Tr1=T1/Tc=(273.15+90.56)/560.15=0.649
Tr2=T2/Tc=(273.15+117)/560.15=0.697
蒸发潜热HV甲=44800.41×
[(1-0.697)/(1-0.649)]0.38=42365.61kJ/kmol
对水,同理可得,Tr2=T2/Tc=0.577
Tr1=T1/Tc=0.562
蒸发潜热∆HV水=9702×
[(1-0.577)/(1-0.562)]0.38=9574.38kJ/kmol
对全凝器做热量衡算(忽略热量损失)
Qc=(R+1)D(IVD-ILD)
泡点回流,可得
IVD-ILD=xD∆H水+(1-xD)∆H醇
IVD-ILD=0.9801×
9574.38+(1-0.9801)×
44800.41=10275.38kJ/kmol
Qc=(R+1)D(IVD-ILD)=16.54×
6.661×
10275.38=1132068.824kJ/h
(2)冷却介质消耗量
常温下t=20°
C时,Cpc=4.183kJ(kg∙°
C)-1
可得Wc=Qc/[Cpc(t2-t1)]=(1132068.824)/[4.183×
(30-20)]
=27063.56kg/h
(3)加热器的热负荷及全塔热量衡算
表五正丁醇,水不同温度下的比热容[单位:
kcal/(kg∙°
C)]
tD
=95.3°
tF
=92.2°
平均值
tW
=117°
1.11
1.06
1.085
0.96
1.01
1.001
1.002
1.0015
1.003
1.0025
可得:
正丁醇Cp1ave×
(tD-tF)=1.085×
(90.56-100.83)=-11.143
Cp1ave’×
(tW-tF)=1.01×
(115.56-100.83)=-14.878
水Cp2ave×
(tD-tF)=1.0015×
(90.56-100.83)=-10.285
Cp2ave’×
(tW-tF)=1.0025×
(115.56-100.83)=14.767
∫Cp(D~F)dt=[Cp1avexD’+Cp2ave(1-xD’)]×
(90.56-100.83)
=[1.0015×
0.923+1.0025×
0.077]×
(-10.27)=-10.286
∫Cp(W~F)dt=[Cp1ave’xW’+Cp2ave’(1-xW’)]×
(115.56-100.83)
=[1.0025×
0.0589+1.01×
(1-0.0589)]×
(14.73)=14.871
且已知D=69.73kmol/hW=28.30kmol/h
D’=1255.14kg/hW’=509.4kg/h
QD=D’∫Cp(D~F)dt=1255.14×
(-10.286)=-12910.37kcal/h=-3084.29kJ/h
QW=W’∫Cp(W~F)dt=509.4×
14.871=7575.29kcal/h=1809.74kJ/h
对全塔进行热量衡算QF+QS=QD+QW+QC
以进料温度所对应的焓值为基准做热量衡算:
QS=QD+QW+QC-QF
=-3084.29+1809.74+1132068.824-0=1130794.274kJ/h
=1.13×
106kJ/h
塔釜热损失为10%,QS’=QS/0.9=1.25×
106kJ/h
其中QS——加热器理想热负荷
QS’——加热器实际热负荷
QD——塔顶馏出液带出热量
QW——塔底带出热量
(5)加热蒸汽消耗量
当T=K,p=0.4Pa,∆Hr水蒸气=539kJ/kg
Wh=QS’/∆Hr水蒸气=1.25×
106/539=2319.11kg/h
表六热量衡算数据结果列表
符号
QC
WC
QF
QD
QW
QS’
Wh
数值
1132068.824kg/h
27063.56kg/h
-3084.29kJ/h
1809.74kJ/h
1.25×
2319.11
kg/h
五、精馏塔工艺条件及有关物性的计算
1、塔顶条件下的流量及物性参数
xD’=92.3%,xD=0.9801,MLD=MVD=19.11kg/kmol,
D=69.73kmol/h,D’=1255.14kg/h,tD=95.3°
(1)汽相密度:
ρVD=(MVD/22.4)×
(TO/T)×
(p/po)=(19.11/22.4)×
[273.15/(273.15+90.56)]
=0.6407kg/m3
(2)液相密度:
C,查常用溶剂相对密度表可得:
ρ正丁醇=810kg/m3
表七不同温度下水的密度
温度t/°
密度ρ/(kg/m3)
90
965.304
ρ水
958.345
内插法求解可得ρ水=964.914kg/m3
1/ρLD=xD’/ρ水+(1-xD’)/ρ正丁醇,ρLD=950.910kg/m3
(3)液相粘度:
C,查有机化合物液体粘度表可得,µ
丁醇=0.576mPa∙s
可得µ
水=0.27mPa∙s
,µ
LD=0.3417mPa∙s
(4)液体表面张力:
tD=90.56°
C,查醇类水溶液表面张力图可得,σ正丁醇=22.07mN/m
可得σ水=30mN/m
σLD=σ水×
xD+σ正丁醇×
(1-xD)=30×
0.9801+22.07×
(1-0.9801)=29.842mN/m
表十精馏塔顶部数据结果列表
MLD
MVD
ρVD
ρLD
µ
LD
σLD
19.11
kg/kmol
0.6407
kg/m3
950.910
kg/m3
0.3417
mPa∙s
29.842
mN/m
2、塔底条件下的流量及物性参数:
xw’=1.5%,xW=5.89%,MVW=MLW=31.47kg/kmol,
W’=509.4kg/h,tW=117°
ρVW=(MVW/22.4)×
(p/po)=(31.47/22.4)×
[273.15/(273.15+115.56)]
=0.987kg/m3
tW=117°
C,
ρ正丁醇=767.49kg/m3
ρ水=947.52kg/m3
ρLw=778.09kg/m3
C,查饱和水的物性参数表可得,µ
水=0.16mPa∙s
LW≈µ
tLW=117°
C,查物性参数表可得,σ水=28mN/m
σ正丁醇=19.94mN/m
σLw=σ水×
xw+σ醇×
(1-xw)=20.41mN/m
表十一精馏塔底部数据结果列表
MLW
MVW
ρVW
ρLW
LW
σLW
31.47
0.987
778.09
0.16
20.41
3、进料条件下的流量及物性参数:
xF’=20%,xF=50.68%,MLF=45.62kg/kmol,
F=98.03kmol/h,F’=1764.54kJ/h,tF=92.2°
(1)汽相平均相对分子量:
根据汽液相平衡方程,xF=0.5068,可得yF=0.755
MVF=0.755×
18+(1-0.755)×
74=31.72kg/kmol
(2)汽相密度:
ρVF=(MVF/22.4)×
(p/po)=(31.72/22.4)×
[273.15/(273.15+100.83)]
=1.034kg/m3
(3)液相密度:
tF=92.2°
C,查常用溶剂相对密度表可得:
ρ醇=781.43kg/m3
同以上塔顶温度下水的密度求解,利用内插法可得:
ρ水=964.73kg/m3
1/ρLF=xF’/ρ水+(1-xF’)/ρ醇,可得ρLF=812.30kg/m3
(4)液相粘度:
醇=0.6136mPa∙s
同理用内插法可得:
水=0.28mPa∙s
LF=0.4123mPa∙s
(5)液体表面张力:
C,查醇类水溶液表面张力图可得,σ正丁醇=21.33mN/m
σ水=29mN/m
σLF=σ水×
xF+σ醇×
(1-xF)=29×
0.5068+21.33×
(1-0.5068)=25.22mN/m
表十二精馏塔进料数据结果列表
MLF
MVF
ρVF
ρLF
LF
σLF
45.62
31.72kg/kmol
1.034
812.30
0.4123
25.22mN/m
4、精熘段的流量及物性参数:
(1)汽相平均相对分子质量
MV1=(MVD+MVF)/2=(19.11+31.72)/2=25.415kg/kmol
(2)液相平均相对分子质量
ML1=(MLD+MLF)/2=(19.11+45.62)/2=32.365kg/kmol
(3)汽相密度ρV1=(ρVD+ρVF)/2=(0.6407+1.034)/2=0.8374kg/m3
(4)液相密度ρL1=(ρLD+ρLF)/2=(950.910+812.30)/2=1763.21kg/m3
(5)液相粘度µ
L1=(µ
LD+µ
LF)/2=(0.3417+0.4123)/2=0.377mPa∙s
(6)汽相流量V1=(R+1)D=69.73×
2.64=184.09kmol/h
V1’=184.09×
25.415=4678.65kg/h
(7)液相流量L1=RD=1.64×
69.73=114.36kmol/h
L1’=114.36×
32.365=3701.26kg/h
(8)体积流量:
Vs=184.09×
25.415/0.8374/3600
=1.552m3/s
5.提馏段的流量及物性参数:
MV2=(MVW+MVF)/2=(31.47+24.303)/2=27.89kg/kmol
(2)液相平均相对分子质量
ML2=(MLW+MLF)/2=(31.47+31.72)/2=31.595kg/kmol
(3)汽相密度ρV2=(ρVW+ρVF)/2=(0.588+1.034)/2=0.811kg/m3
(4)液相密度ρL2=(ρLW+ρLF)/2=(778.09+812.30)/2=795.20kg/m3
L2=(µ
LW+µ
LF)/2=(0.16+0.4123)/2=0.2862mPa∙s
(6)汽相流量V2=V1=184.09kmol/h
V2’=184.09×
27.89=5134.27kg/h
(7)液相流量L2=L1+F=114.36+98.03=212.39kmol/h
L2’=212.39×
31.595=6710.462kg/h
27.89/0.811/3600
=1.759m3/s
表十三精熘段,提熘段数据结果表
精熘段
提熘段
汽相平均相对分子质量
25.415kg/kmol
27.89kg/kmol
液相平均相对分子质量
32.365kg/kmol
31.595kg/kmol
汽相密度
0.8347kg/m3
0.811kg/m3
液相密度
1763.21kg/m3
795.20kg/m3
液相粘度
0.377mPa∙s
0.2862mPa∙s
汽相摩尔流量
184.09kmol/h
184.09kmol/h
汽相质量流量
4678.65kg/h
5134.27kg/h
液相摩尔流量
114.36kmol/h
212.39kmol/h
液相质量流量
3701.26kg/h
6710.462kg/h
体积流量
1.552m3/s
1.759m3/s
(六、精馏塔塔体工艺尺寸计算
1、塔径的计算
已知塔径为600mm
泛点气速采用贝恩-霍根关联式计算,即
查得,DN25金属环矩鞍散装填料,
m2/m3,
,
(4)最小喷淋密度的校核
填料塔中汽液两相间的传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。
要形成液膜,填料表面必须被液体充分润湿,而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的表面润湿性能。
液体喷淋密度是单位塔截面积上,单位时间内喷淋的液体体积量,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化工 原理 课程设计 说明书