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1、个人资料整理仅限学习使用 化工原理课程设计报告 正戊烷 -正己烷分离 日产量 100吨 正己烷 年级三年级 专业化工 091 设计者姓名林桂鹏 设计单位化学化工学院 完成日期2018年 12月 31日 目录 一、概述4 个人资料整理仅限学习使用 1.1 设计依据 4 1.2 技术来源 4 1.3 设计任务及要求5 1.4 操作压力 5 二、流程的确定和说明 5 2.1 加料方式 5 2.2 进料状态 6 2.3 冷凝方式 6 2.4 加热方式 6 三、设计计算 6 3.1 最小回流比及操作回流比的确定7 3.2 进料液量、釜残液量及加热蒸汽量的计算7 3.3 理论塔板层数的确定8 3.4 全塔
2、效率的估算8 3.5 实际塔板数.9 四、精馏塔主题尺寸的计算9 4.1 精馏段与提馏段的体积流量9 4.1.1精馏 段 .10 4.1.2提馏 段 .11 4.2 塔径的计算11 4.3 塔高的计算13 五、塔板结构尺寸的确 定 14 5.1 溢流装置计算14 5.1.1 堰长： 14 5.1.2 溢流堰高度：14 5.1.3 弓形降液管宽度和截面积：.14 5.1.4 降液管底隙高度：15 5.2 塔板布置 15 5.2.1塔板的分 块： 15 5.2.2边缘区宽度确 定： 15 5.2.3开孔区面积计 算： 16 5.2.4筛孔计算及其排 列： .16 六、筛板的流体力学验 算 17 6
3、.1 塔板压降 17 个人资料整理仅限学习使用 6.1.1 干板阻力计算：17 6.1.2 气体通过液层的阻力计算：17 6.1.3 液体表面张力的阻力计算：17 6.2 液面落差 18 6.3 液沫夹带 18 6.4 漏液 18 6.5 液泛 19 七、塔板负荷性能图19 7.1 漏液线 19 7.2 液沫夹带线20 7.3 液相负荷下限线21 7.4 液相负荷上限线21 7.5 液泛线 21 八、设计一览表23 九、参考资料23 一、概述 筛板精馏塔是化学工业中常用的传质设备之一。它具有结构简单、造价低； 板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率高的 优点。板式塔内
4、设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液 层，进行传质与传热。在正常操作状况下，气相为分散相，液相为连续相，气 相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。气体在压差推动下，经均布在 塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每块塔板上皆贮有一定 的液体，气体穿过板上液层时两相接触进行传质。在生成的气相中，混合物的 组成将发生改变，相对挥发度大的轻相在气相中得到富集，而相对挥发度小的 重相则在液相中富集，从而达到分离提纯的目的。整个过程熵增为负，需外界 提供能量。 在化工、炼油和石油化学工业生产中,塔设备作为分离过程工艺设备,在蒸 馏、精馏、萃取、吸收和解吸等传质单元操作中有着
5、重要的地位。据统计,在整 个化工工艺设备总投资中塔设备所占的比重,在化肥厂中约为 21%,石油炼厂中约 为 20 一 25%,石油化工厂中约占10。若就单元装置而论 ,塔设备所占比重往往更 大,例如在成套苯蒸馏装置中 ,塔设备所占比重竟高达75.7%。此外,蒸馏用塔的能 量耗费巨大 ,也是众所周知的。故塔设备对产品产量、质量、成本乃至能源消耗 都有着至关重要的影响。因而强化塔设备来强化生产操作是生产、设计人员十 分关心的课题。 个人资料整理仅限学习使用 1.1 设计依据 本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计 算。 1.2 技术来源 目前，精馏塔的设计方法以严格计算为
6、主，也有一些简化的模型，但是严格 计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算也采用严格计算 法。 1.3 设计任务及要求 原料：正戊烷 -正己烷 正乙烷含量：料液含量0.5对全塔效率进行估算： 个人资料整理仅限学习使用 由相平衡方程式可得 根据乙醇 水体系的相平衡数据可以查得： (塔顶第一块板 (加料板 (塔釜 因此可以求得： 全塔的相对平均挥发度： 全塔的平均温度： 在温度下查得 因为 所以， 全塔液体的平均粘度： 全塔效率 3.5 实际塔板数 块(含塔釜 个人资料整理仅限学习使用 其中，精馏段的塔板数为：块 四、精馏塔主题尺寸的计算 4.1 精馏段与提馏段的体积流量 4.1.1
7、精馏段 整理精馏段的已知数据列于表3，由表中数据可知： 液相平均摩尔质量： 液相平均温度： 表 3 精馏段的已知数据 位置进料板塔顶 4.2 塔径的计算 塔径可以由下面的公式给出： 由于适宜的空塔气速，因此，需先计算出最大允许气速 。 取塔板间距，板上液层高度，那么分离空间： 功能参数： 从史密斯关联图查得：，由于，需先求平均表面 张力： 精馏段： 个人资料整理仅限学习使用 乙醇表面张力： 水表面张力： 因为，所以 联立方程组 代入求得： 所以： 根据塔径系列尺寸圆整为 塔截面积： 空塔气速： 个人资料整理仅限学习使用 4.3 塔高的计算 精馏段有效高度为： 提馏段有效高度为： 实际塔板数为块
8、，板间距由于料液较为清洁，无需经常清 洗，可取每隔 8块板设一个人孔，则人孔的数目S为： 个 人孔的高度为，故精馏塔的有效高度为： 五、塔板结构尺寸的确定 5.1 溢流装置计算 因塔径，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。 5.1.1 堰长： 取 个人资料整理仅限学习使用 5.1.2 溢流堰高度： 由，选用平直堰，堰上液层高度的计算： 近似取, 则 取板上清液层高度，故 5.1.3 弓形降液管宽度和截面积： 由, 查图得：， 验算液体在降液管中停留时间，即： 故降液管设计合理。 5.1.4 降液管底隙高度： 取降液管底隙的流速，则 故降液管底隙高度设计合理。 个人资料整理仅限学习使用 选用
9、凹形受液盘，深度。 5.2 塔板布置 5.2.1 塔板的分块： 因，故塔板采用分块式。查表得，塔极分为5 块。 5.2.2 边缘区宽度确定： 取，。 5.2.3 开孔区面积计算： 5.2.4 筛孔计算及其排列： 本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径 。筛孔按正三角形排列，取孔中心距为： 个人资料整理仅限学习使用 筛孔数目为： 个 开孔率为： 气体通过筛孔的气速为： 筛孔气速： 六、筛板的流体力学验算 6.1 塔板压降 6.1.1 干板阻力计算： 由，查图得： 故液柱 个人资料整理仅限学习使用 6.1.2 气体通过液层的阻力计算： 查图得， 故液柱 6.1.3 液体表面张力的阻力
10、计算： 液柱 气体通过每层塔板的液柱高度为： 液柱 气体通过每层塔板的压降为： 3.5693 19 筛孔直径 /m 0.005 4 液相流量 Ls/(m 3/s 0.0033 20 筛孔数目10991 5 塔的有效高度 Z/m 16.4 21 孔中心距 /m 0.015 6 实际塔板数43 22 开孔率 /% 10.1 7 塔径/m 2 23 空塔气速 /(m/s 1.1367 8 板间距0.40 24 筛孔气速 /(m/s 16.5046 9 溢流形式单溢流25 稳定系数1.7930 10 降液管形式弓型26 单板压降 /kPa 0.5938 11 堰长/m 1.4 27 负荷上限液泛控制 12 堰高/m 0.0481 28 负荷下限漏液控制 13 板上液层高度 /m 0.06 29 液沫夹带 /(kg 液/kg 气 0.0481 14 堰上液层高度 /m 0.0119 30 气相负荷上限 /(m3/s 4.4050 个人资料整理仅限学习使用 15 降液管底隙高度 /m 0.0239 31 气相负荷下限 /(m3/s 1.9375 16 安定区宽度 /m 0.070 32 操作弹性2.2735 九、参考资料 1化工原理课程设计中国石化出版社 2化工原理 下册）化学工业出版社