化工原理课程设计分离醋酸水混合物常压精馏筛板塔的工艺设计.docx

课程编号化工原理课程设计.板式精馆塔设计院系:班级姓名:学号:学分:任课老师:课程成果:2013年8月11日书目、设计任务书3二、概述5三、设计条件与主要物性参数H四、工艺设计计算13五、精储塔的塔体工艺尺寸计算19六、塔板设计工艺设计21七、塔板的校核22八、塔板负荷性能I1.t1.28九、协助设备选型35十、设计结果汇总表42十一、对设计过程的评述和相关问题的探讨43十二、主要符号说明44一、设计任务书1、设计题目分别醋酸一一水混合物常压精镭（筛板）塔的工艺2、设计条件1）生产实力：年产量D=3万吨（每年生产口按330天计算）；2）原料：含醋酸30%（摩尔分数）的粗储冷凝液，以醋酸水二元体系：3）采纳干脆蒸汽加热：4）采纳泡点进料：5）塔顶镭出液中的酸含量大于等于99.9%；6）塔釜残出液中醋酸含量小于等于2%：7）其他参数（除给出外）可自选；8）醋酸一一水的相对挥发度为=1.65,醋酸密度为1.049,水的密度为0.998,混合液的表面张力=20mm;3、设计说明书的内容1）书目；2）设计题目与原始数据（任务”）：3）简述醋酸一水精馈过程的生产方法以与特点：4）论述精储塔总体结构的选择和材料的选择；5）精储过程的有关计算（物料衡算,理论塔板数，回流比，塔高,塔径，塔板设计管径等）：6）设计结果概要（主要设备尺寸，衡算结果等）；7）主体设备设计计算与说明：8）附属设备的选择：9）参考文献：后记与其他4、设计图要求1）绘制主要装置图，设备技术要求，主要参数，大小尺寸，部件明细表，标题栏：2）绘制设备流程图一张；3）用坐标纸绘制醋酸一一水溶液y-x图一张，并且用图解法求理论塔板数;4）用坐标纸绘制温度与气液相含量的关系图:二、概述蒸懦是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分别的方法。蒸储操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，驾驭气液相平衡关系，熟识各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分别过程中的各种参数是特别重要的。蒸播过程按操作方式可分为间歇蒸馈和连续蒸窗。间歇蒸馈是一种不稳态操作，主要应用于批量生产或某些有特殊要求的场合；连续蒸馆为稳态的连续过程，是化工生产常用的方法。蒸馀过程按蒸储方式可分为简洁蒸的、平衡蒸懒、精饰和特殊精储等。简洁蒸谣是一种单级蒸锵操作，常以间歇方式进行。'F衡蒸馀又称闪蒸，也是一种单级蒸馀操作，常以连续方式进行。简洁蒸镭和平衡蒸储一般用于较易分别的体系或分别要求不高的体系。对于较难分别的体系可采纳精储，用一般精微不能分别体系则可采纳特殊精馆。特殊精窗是在物系中加入第三组分，变更被分别组分的活度系数，增大组分间的相对挥发度，达到有效分别的目的。特殊精储存萃取精饰、恒沸精馆和盐溶精馆等。精馀过程按操作压强可分为常压精馀、加压精储和减压精的。一般说来，当总压强增大时，平衡时气相浓度与液相浓度接近，对分别不利，但对在常压下为气态的混合物，可采纳加压精储：沸点高乂是热敏性的混合液，可采纳减压精储。虽然工业生产中以多组分精儒为常见，但为简化起见，本书主要介绍两组分连续精溜过程的设计计兑。2.1精慵操作对塔设备的要求精僧所进行的是气（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，首先必须要能使气（汽）、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满意工业生产和须要，塔设备还得具备下列各种基本要求：（1）气（汽）、液处理量大，即生产实力大时，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。(2)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行稳定的操作并应保证长期连续操作所必需具有的牢靠性。(3)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。对于减压精储操作，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。(4)结构简洁，材料耗用量小，制造和安装简洁。(5)耐腐蚀和不易堵塞，便利操作、调整和检修。(6)塔内的滞留量要小。2.2板式塔的常用塔型与其选用板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按肯定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精福和汲取，有些类型(如筛板塔)也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时(以气液系统为例)，液体在重力作用下，自上而下依次流过各层塔板，至塔底排出；气体在压力差推动下，臼下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着肯定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。依据目前国内外实际运用的状况，主要塔型是泡罩塔、筛板塔与浮阀塔。2.2.1 泡罩塔泡罩塔是历史悠久的板式塔，长期以来，在蒸谯、汲取等单元操作所运用的塔设备中，曾占有主要地位，近三十年来由于塔设备有很大的进展，出现了很多性能良好的新塔型，才使泡罩塔的应用范围和在塔设备中所占的比重有所削减。但泡罩塔并不因此失去其应用价值，因为它具有如下优点。操作弹性较大，在负荷变动范围较大时仍能保持较高的效率。无泄漏。液气比的范围大。不易堵塞，能适应多种介质。泡罩塔的不足之处在于结构困难、造价高、安装修理麻烦以与气相压力降较大。然而，泡罩塔经过长期的实践，积累的阅历比其他任何塔型都丰富，常用的泡罩已经标准化。在处理非腐蚀性物料时，整个泡罩塔盘都可用碳钢制造。泡罩塔盘的蒸气压力降虽然高一些，但在常压或加压下操作时，并不是主要问题。2.2.2 筋板塔筛板塔也是很早出现的一种板式塔。20世纪50年头起对筛板塔进行了大量工业规模的探讨，逐步驾驭了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡革塔相比，筛板塔具有下列优点：生产实力大（20%40%）,塔板效率高（10%15%）,压力降低（30%50%）,而且结构简洁，塔盘造价削减40%左右，安装、修理都较简洁。从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用。近年来对筛板塔盘的探讨还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达2025mm）、导向筛板等多种型式。筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰与降液管等几部分。工业塔常用的筛孔孔径为38mm,按正三角形排列，孔间距与孔径的比为2.55。近年来有用大孔径（1025mm）筛板的，它具有制造简洁、不易堵塞等优点，只是漏液点稍高，操作弹性较小。与泡甲.塔操作状况类似，液体从上一层塔盘的降液管流下，横向流过塔盘，经溢流堰进入降液管，流入下一层塔盘。依靠溢流堰来保持塔盘上的液层高度。蒸气自下而上穿过筛孔时，分散成气泡,穿过板上液层。在此过程中进行相际的传热和传质。筛板塔盘的特点如下。（1）结构简洁，制造修理便利。（2）生产实力较大。（3）塔板压力降较低。（4）塔板效率较高，但比浮阀塔盘稍低。（5）合理设计的筛板塔可具有适当的操作弹性。（6）小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、黏性大的和带有固体粒子的料液。2.2.3浮阀塔20世纪50年头起，浮阀塔己大量用于工业生产，以完成加压、常压、减压下的精储、汲取、脱吸等传质过程。大型浮阀塔的塔径可达IOm,塔高达83m,塔板数有数百块之多。浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可依据气体流量上下浮动，自行调整，使气健速度稳定在某一数值。这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产实力以与设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘硼度大的物料方面，乂不与泡罩塔牢嵬。浮阀塔广泛用于精饰、汲取以与脱吸等传质过程中。塔径从20Omm到640Omnb运用效果均较好。国外浮阀塔径，大者可达IOm,塔高可达80m,板数有的多达数百块。浮阀塔之所以广泛应用，是由于它具有下列特点。（1）处理实力大浮阀在塔盘上可支配得比泡罩更紧凑。因此浮阀塔盘的生产实力可比圆形泡革塔盘提高20%40%°（2）操作弹性大浮阀可在肯定范围内臼由升降以适应气量的变更，而气缝速度几乎不变，因之能在较宽的流量范围内保持高效率。它的操作弹性为35,比筛板和舌形塔盘大得多。（3）塔板效率高由于气液接触状态良好，且蒸气以水平方向吹入液层，故雾沫夹带较少。因此塔板效率较高，一般状况下比泡革塔高15%左右。（4）压力降小气流通过浮阀时，只有一次收缩、扩大与转弯，故干板压力降比泡罩塔低。在常压塔中每层塔盘的压力降一般为400666.6Pao浮阀的型式很多，国内已采纳的浮阀，如VT型、V-4型、V-6型、十字架型和A型，其中常用的是VT型和VY型。浮阀塔盘操作时的气液流程和泡罩塔相像；蒸气自阀孔上升，顶开阀片，穿过环形缝隙，以水平方向吹入液层，形成泡沫。浮阀能够随着气速的增减在相当宽广的气速范围内自由调整、升降，以保持稳定操作。2.3塔设备的用材塔设备与其他化工设备一样，置于室外、无框架的自支承式塔体，绝大多数是采纳钢材制造的。这是因为钢材具有足够的强度和溺性，制造性能较好，设计制造的阅历也较成熟。特殊是在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的优点，因而被广泛地采纳。为此,有些场合为了满意腐蚀性介质或低温等特殊要求，采纳有色金属材料（如钛、铝、铜、银等）或非金属耐腐蚀材料，也有为了削减有色金属的耗用量而采纳渗铝、镀银等措施，或采纳钢壳衬砌、衬涂非金属材料的。用这类材料制成的塔设备，塔径一般都不大，当尺寸稍大时，就得在塔外用钢架结构加强。此外，这些材料在制造、运输、安装等方面都各有特点，在设计时还应参阅其他有关资料，仔细加以考虑。可供制作塔设备内件的材料，比之塔体用材，选择余地更大了。板式塔中的塔盘，以与浮阀、泡罩一类气液接触元件，由于结构较为困难，加之安装工艺和运用方面的要求（如浮阀应能自由浮动），所以仍是以钢材为主，其他材料（如陶瓷、铸铁等）为辅。填料的用材，往往只考虑制造成型方面的性能，所以可用多种材料制=S(X)61+0.7251-().(X)6F+1.23×=0.(X)61.+0.725×().(M-0.(X)6x1.694+1.23X10278=().06930.77由筛板漏液点关联图(参见化工原理下册，B135图10-49),查得漏液点的干板压降灯=0.0205m液柱，由此求出漏液点孔速为(2gh必C；Ws2×9.8×0.0205×954.1.1.×0.84821,5,7.UZ&)-()',6-7fwn/v此计算值与假定值相接近，故”算结果正确V1.1.=16.76X三X)×0.()S)6=4863.08n*/Ii则两点可得漏液线(附图3：线2)(d)过量液沫夹带线第一点：取=0.0340令4=0.1W1.=1.809J1.5Wv=1.7O5Js=om三+0,由液沫夹带关联图(参见化工原理下册,PI液图10-47),得泛点百分率为077U,=3.007"j'sUiI=0.77x3.0)7=2.315?/$匕=U“xA×36=2.(X)IX0.8686×3600=6257m-/hO.(X)I9ONCUr=X6257=6.84TIh1.738其次点：取条=2F1.v=2=2J81=0.0641ev=0.1WVVPtV34.11U,=2.696w'/sU"=0.85X2.606=2.292misV=U××36(X)=2.292×0.8686X36(X