乙酸乙酯乙酸丁酯筛板精馏塔的设计.docx

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题 目
系〔院〕专 业
班 级
学生姓名学 号
指导教师
职 称
乙酸乙酯-乙酸丁酯分别板式精馏塔的设计化学与化工系
化学工程与工艺
2023级1班
毋瑞仙
2023010825
贾冬梅副教授
2023年十二月十日
一、课题名称
课程设计任务书
乙酸乙酯—乙酸丁酯分别板式精馏塔设计
二、课题条件〔原始数据〕
原 料:乙酸乙酯、乙酸丁酯溶液处理量:5万t/a
原料组成:23%〔乙酸乙酯的质量分率〕料液初温:25℃
操作压力、回流比、单板压降:自选进料状态:冷液体进料
塔顶产品浓度:98%〔质量分率〕
塔底釜残液乙酸丁酯回收率为96%〔质量分率〕塔顶:全凝器
塔釜:饱和蒸汽间接加热塔板形式:筛板
生产时间:300天/年,每天24h运行冷却水温度:20℃
设备形式:筛板塔厂址:滨州市
三、设计内容〔包括设计、计算、论述、试验、应绘图纸等依据名目列
出大标题即可〕
1、设计方案的选定
2、精馏塔的物料衡算
3、塔板数确实定
4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算〔加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数〕
5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算
6、塔板主要工艺尺寸的计算
7、塔板的流体力学验算
8、塔板负荷性能图〔精馏段〕
9、换热器设计
10、馏塔接收尺寸计算
11、制生产工艺流程图〔带把握点、机绘,A2图纸〕
12、绘制板式精馏塔的总装置图〔包括局部构件〕〔手绘,A1图纸〕
13、撰写课程设计说明书一份〔设计说明书的根本内容:⑴课程设计任务书;⑵课程设计成绩评定表;⑶中英文摘要;⑷名目;⑸设计计算与说明;⑹设计结果汇总;⑺小结;⑻参考文献〕
14、有关物性数据可查相关手册
15、留意事项
写出具体计算步骤,并注明选用数据的来源
每项设计完毕后列出计算结果明细表
设计最终需装订成册上交
四、进度打算〔列出完成工程设计内容、绘图等具体起始日期〕
设计发动,下达设计任务书
收集资料,阅读教材,拟定设计进度
初步确定设计方案及设计计算内容

1-2天
5-6天

2-3天
,撰写设计说明书
2天

1天
目录
摘要 1
第一章概述 1
精馏操作对塔设备的要求 1
板式塔类型 1
其次章设计方案确实定 2
操作条件确实定 2
确定设计方案的原则 4
第三章塔的工艺尺寸得计算 5
精馏塔的物料衡算 5
摩尔分率 5
平均摩尔质量 5
物料衡算 5
回收率 5
塔板数确实定 6
理论板层数N的求取 6
精馏塔有关物性数据的计算 8
操作压力计算 8
操作温度计算 9
平均摩尔质量计算 9
平均密度计算 10
液体平均外表张力计算 10
液体平均黏度计算 11
精馏塔的塔体工艺尺寸设计 11
塔径的计算 11
精馏塔有效高度的计算 11
塔板主要工艺尺寸的计算 14
溢流装置计算 14
塔板布置 17
筛板的流体力学验算 19
塔板压降 20
液面落差 21
液沫夹带 22
22
23
塔板负荷性能图 23
漏液线 23
液沫夹带线 23
液相负荷下限线 24
液相负荷上限线 25
液泛线 26
第四章塔附属设计 29
塔附件设计 29
筒体与封头 32
塔总体高度设计 32
塔的顶部空间高度 32
塔的底部空间高度 33
塔体高度 33
附属设备设计 33
冷凝器的选择 33
泵的选择 34
设计小结 35
附录 36
参考文献 43
摘要
化工生产过程中所处理的原料,中间产物,粗产品几乎都是由假设干组分组成的混合物,而且其中大局部都是均相物质。生产中为了满足存储、运输。加工和使用的要求,时常将这些混合物分别为较纯洁的物质。
精馏是分别液体混合物最常用的一种单元操作,在化工、炼油、石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量驱动下,使气、液两相屡次接触和分别,利用各组分挥发度的不同,使挥发组分由液相向气相转移,实现原料混合物中各组分分别,该过程是同时进展传热传质过程。本次设计任务为设计确定处理量的分别乙酸乙酯-乙酸丁酯混合物的精馏塔。
板式精馏塔也是很早消灭的一种板式塔,20世纪50年月起对板式精馏塔进展了大量工业规模的争论,逐步把握了筛板塔的性能,并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比,板式精馏塔具有以下优点:生产力气〔20%——40%〕塔板效率〔10%——50%〕而且构造简洁,塔盘造价削减40%左右,安装,修理都较简洁。而在板式精馏塔中,筛板塔有构造比浮阀塔更简洁,易于加工,造价约为泡罩塔的60%,为浮阀塔的80%左右,处理力气大等优点,综合考虑更符合本设计的要求。
化工原理课程设计是培育我们化工设计力气的重要教学环节,通过课程设计使我们初步把握化工设计的根底学问、设计原则及方法;学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧;把握各种结果的校核,能画出工艺流程、塔板构造等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性,还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
本课程设计的主要内容是过程的物料衡算,工艺计算,构造设计和校核。
关键词:板式精馏塔 浮阀 计算 校核
第一章概述
塔设备是最常承受的精馏装置,无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用,在此我们作板式塔的设计以生疏单元操作设备的设计流程和应留意的事项是格外必要的。
精馏操作对塔设备的要求
精馏所进展的是气(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,首先必需要能使气(汽)、液两相得到充分的接触,以到达较高的传质效率。但是,为了满足工业生产和需要,塔设备还得具备以下各种根本要求:
气(汽)、液处理量大,即生产力气大时,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(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展稳定的操作并应保证长期连续操作所必需具有的牢靠性。
流体流淌的阻力小,即流体流经塔设备的压力降小,这将大大节约动力消耗,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。
构造简洁,材料耗用量小,制造和安装简洁。
耐腐蚀和不易堵塞,便利操作、调整和检修。
塔内的滞留量要小。
实际上,任何塔设备都难以满足上述全部要求,况且上述要求中有些也是相互冲突的。不同的塔型各有某些独特的优点,设计时应依据物系性质和具体要求,抓住主要冲突,进展选型。
板式塔类型
气-液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可承受板式塔,也可承受填料塔,填料塔的设计将在其他分册中作具体介绍,故本书将只介绍板式塔。
板式塔为逐级接触型气-液传质设备,其种类繁多,依据塔板上气-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
五十年月以后,随着石油、化学工业生产的快速进展,相继消灭了大批型塔板,如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波浪塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用状况看,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,因此,本章只争论筛板塔的设计。
筛板塔也是传质过程常用的塔设备,它的主要优点有:
构造比浮阀塔更简洁,易于加工,造价约为泡罩塔的60%,为浮阀塔的80%左右。
处理力气大,比同塔径的泡罩塔可增加10~15%。
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2~3)。
小孔筛板简洁堵塞。
其次章设计方案确实定
本设计任务为乙醇—水混合物。对于二元混合物的分别,应承受连续精馏流程。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。塔顶上升蒸气承受全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一局部回流至塔内,其余局部经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分别物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜承受间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
操作条件确实定
确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的构造型式和某些操作指标。例如组分的分别挨次、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式等。下面结合课程设计的需要,对某些问题作些阐述。
操作压力
蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进展。确定操作压力时,必需依据所处理物料的性质,兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进展考虑。例如,承受减压操作有利于分别相对挥
发度较大组分及热敏性的物料,但压力降低将导致塔径增加,同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料,则应在加压下进展蒸馏。当物性无特别要求时,一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径一样的状况下,适当地提高操作压力可以提高塔的处理力气。有时应用加压蒸馏的缘由,则在于提高平衡温度后,便于利用蒸汽冷凝时的热量,或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝,从而削减蒸馏的能量消耗。
进料状态
进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有亲热的联系。在实际的生产中进料状态有多种,但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中,这主要是由于此时塔的操作比较简洁把握,不致受季节气温的影响。此外,在泡点进料时,精馏段与提馏段的塔径一样,为设计和制造上供给了便利。
加热方式
蒸馏釜的加热方式通常承受间接蒸汽加热,设置再沸器。有时也可承受直接蒸汽加热。假设塔底产物近于纯水,而且在浓度淡薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液),便可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是:可以利用压力较低的蒸汽加热;在釜内只须安装鼓泡管,不须安置浩大的传热面。这样,可节约一些操作费用和设备费用。然而,直接蒸汽加热,由于蒸汽的不断通入,对塔底溶液起了稀释作用,在塔底易挥发物损失量一样的状况下,塔底残液中易挥发组分的浓度应较低,因而塔板数稍有增加。但对有些物系(如酒精与水的二元混合液),当残液的浓度淡薄时,溶液的相对挥发度很大,简洁分别,故所增加的塔板数并不多,此时承受直接蒸汽加热是适宜的。
值得提及的是,承受直接蒸汽加热时,加热蒸汽的压力要高于釜中的压力,以便抑制蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于本试验溶液,~〔表压〕。
冷却剂与出口温度
冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度打算。假设塔顶蒸汽温度低,可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。假设能用常温水作冷却剂,是最经济的。水的入口温度由气温打算,出口温度由设计者确定。冷却水出口温度取得高些,冷却剂的消耗可以削减,但同时温度差较小,传热面积将增加。冷却水出口温度的选择由当地水资源确定,但一般不宜超过50℃,否则溶于水中的无机盐将析出,生成水垢附着在换热器的外表而影响传热。
确定设计方案的原则
确定设计方案总的原则是在可能的条件下,尽量承受科学技术上的最成就,使生产到达技术上最先进、经济上最合理的要求,符合优质、高产、安全、低消耗的原则。
满足工艺和操作的要求
所设计出来的流程和设备,首先必需保证产品到达任务规定的要求,而且质量要稳定,这就要求各流体流量和压头稳定,入塔料液的温度和状态稳定,从而需要实行相应的措施。其次所定的设计方案需要有确定的操作弹性,各处流量应能在确定范围内进展调整,必要时传热量也可进展调整。因此,在必要的位置上要装置调整阀门,在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时,也应考虑到生产上的可能波动。再其次,要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计,流量计等)及其装置的位置,以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常,从而帮助找出不正常的缘由,以便实行相应措施。
满足经济上的要求
要节约热能和电能的消耗,削减设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热,就能节约很多生蒸汽和冷却水,也能削减电能消耗。又如冷却水出口温度的凹凸,一方面影响到冷却水用量,另方面也影响到所需传热面积的大小,即对操作费和设备费都有影响。同样,回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。
保证安全生产
例如酒精属易燃物料,不能让其蒸汽布满车间,也不能使用简洁发生火花的设备。又如,塔是指定在常压下操作的,塔内压力过大或塔骤冷而产生真空,都会使塔受到破坏,因而需要安全装置。
以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中,对第一个原则应作较多的考虑,对其次个原则只作定性的考虑,而对第三个原则只要求作一般的考虑。