化工原理课程设计---利用浮阀塔分离正戊烷与正己烷的工艺设计 - 副本.docx

安徽型EiK化工原理课桎设计安徵理工存假薛程微科说朗书设计题目：化工原理课程设计学院、系：机械工程学院专业班级：过程装配与限制工程学生姓名：王旦指导老师：李雪斌成绩：2013年12月27日设计任务书（一）设计题目：利用浮阀塔分别正戊烷与正己烷的工艺设计分别要求：试设计一座正戊烷一正己烷连续精慵浮阀塔，要求年产纯度99%的正己烷4.5万吨，塔顶馆出液中含正己烷不得高于1%,原料液中含正己烷55%（以上均为质量分数）。（二）操作条件：塔顶压力：4kPa（表压）进料状态：泡点进料回流比：1.4Rmin塔釜加热蒸汽压力：0.5MPa（表压）单板的压降：0.7kPa全塔效率：52%（3）塔板类型，浮阀塔板（F1.型）（4）工作日：330天/年（一年中有一个月检修）（5）厂址：淮南地区（六）设计内容精憎塔的物料衡算塔板数的确定精馆塔的工艺条件及有关物性数据的计算塔体工艺条件尺寸塔板负荷性能图书目第1章序言第2章精馆塔的物料蕾算62.1. 物料衡尊62.2. 常压下正戊烷一正己烷气、液平衡组成与温度的关系7第3章塔板数的确定83.1. 理论板数Nr的确定«3.2. 实际板数的确定9第4章精僧塔的工艺条件及有关物性数据4.1. 操作压力的计算94.2. 密度的计算104.3. 表面张力的计算I1.4.4. 混合物的粘度124.5. 相对挥发度12第5章塔体工艺条件尺寸5.1. 气、液相体积流量计算135.2. 塔径的初步设计145.3. 溢流装画.155.4. 塔板布置及浮阀数目与排列17第6K塔板负荷4能图206.1. 物沫夹带我206.2. 液泛战216.3. 液相负荷上限226.4. 踊液线22液相负荷下限第7章结束语正戊烷一正己烷连续精储浮阀塔的设计第1章序言精馀是分别液体混合物，一种利用回流是液体混合物得到高度分别的蒸懒方法，是工业上应用最广的液体混合物分别悚作，广泛应用与石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精储过程在能量剂的驱动下,使气液两相多次干脆接触和分别，利用液和混合物中各组分挥发度不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分分别。该过程是同时进行传质传热过程。精储塔分为板式塔填料塔两大类。板式塔乂有筛板塔、泡罩塔、浮阀塔等。本次设计任务是设计双组份连续精懒浮阀塔，实现从正戊烷、正己烷的混合溶液中分别出肯定纯度的正己烷。本次设计选用浮阀塔。本次设计基本流程：原料液（正戊烷、正己烷混合液，泡点进料），经过预热器预热达到指定温度后，送入精锚塔的进料板上，进料中的液体和上塔段下来的液体逐板溢流,最终流入塔底再沸器中，经过再沸港得到汽化，蒸汽沿塔上升,余下的液体作为塔底产品。进料中的蒸汽和下塔段来的蒸汽一起沿塔逐板上升，上升的蒸汽进入冷凝器，部分蒸汽得到冷凝返回塔顶，其余锚出液作为塔顶产品。在整个精储塔中，气液两相逆流接触，进行相互传侦。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。在每层板上，回流液与上升蒸气相互接触，进行使热和使质过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（斧残液），部分液体气化，产生生升蒸气，依次通过各层塔板,塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液送【可塔顶作为回流液体,其余部分经冷却器冷却后被送出作为塔顶产品（储出液）。本次设计主要内容是物料衡算、塔板数的确定、精馀塔的工艺条件及有关物性数据的计算、塔板负荷性能图和生产工艺流程图。精储塔工艺流程图基础数据表1.组分的饱和蒸汽压Pi"(mmHg)温度(636.14045505560656«.7P/正戊烷101.33115.62136.05159.16185.18214.35246.89273.28正己烷31.9837.2645.0254.0564.6676.36«9.96101.33X10.K20.620.450.310.180.070y10.930.830.710.570.380.170表2.钮分的液相密度P(kgm')温度(IC)20406080100P正戊烧626.2605.5583.7560.3535.0正戊烧657.2638.9620600.25793表3.表面张力(mNIm)温度B)020406080100正戊烧18.2016.0013.8511.769.7197.752正己烧20.1018.0215.9913.2312.0610.18表4.混合物的粘度(mpa.s)温度(P)0255075100正戊烷6.236.807.377.968.50正己烷6.006.547.107.668.20第2章精谯塔的物料衡算2.1.物料衡:F:原料液流液(kmo1.h)xp:原料组成(mo1.%>D:塔顶产品流S(kmo1.h)xi»塔顶31成(mo1.%)W：塔底残液流量(kn>1.h)Xw：塔底组成(no1.%)正戊烷一正己烷的相对摩尔质量分数分别为72kgkmo1.和86kg/kmo1.1.原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率正戊烷的摩尔质殳M=72kgZkmo1.正己烷的摩尔质量M11-86kg/k>1.0.45/720.45/72+0.55/86=0.4940.99/720.99/72+0.01/86=0.9920.01/720.01/72+0.99/86=0.0122 .原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔班量Mf=0.494X72+(1-0.494)x86=79.084kg!kmo1.M=0.992X72+(1-0.992)×86=72.112kg/kmo1.Mw=O.OI2×72+(1.-O.OI2)86=85.832kg/kmo1.3 .物料衡算原料处理量总物料衡算W=T1.=662)kmo1.h330x24x85.832正戊烷物料衡算0.494F=0.992D+0.012x66.20联立解得D=64.07kno1.hF=130.27kmo1.h2.2.常压下正戊烧一正己烷气、液平衡蛆成与温度的关系湿度:利用表I中的数据由拉格朗日插值可求得用、S、tw50-45=(F-450.45-0.620.494-0.62t48.7C4()-36.1S-400.82-1-0.992-0.82tD=36.27,C68.7-65(w-68.7tw=0-0.070.012-0精储段的平均温度：tw=68.()7C_If+6f'=2=4249C提镯段的平均温度：,'=42.49C时的Xi及y45-4042.49-400.62-0.82-X1.-0.8245-4()42.49-400.83-0.93y1-0.93X1=0.72yi=0.88=58.39C时的X3及y:60-555839-55。18-。31-占一。3160-5558.39-550.38-0.57K-0.57X2=0.22y2=0.44取边缘区宽度W1.0.030m.安定区宽度叱=°°55z”开孔区面枳A1=2fxT*+-sin1"1180R=¾0.513JO.772-0.5132+.772sin-1=1.453n2118()0.77其中，R-We=0.8-0.030=0.77,2.x=-(Vd+Wj=0.8-(O.232+O.Q55)=0.513m(3)浮阀数与升孔率伊F1.型浮阀的阀孔直径为39mmFoU1.1.=1阀孔气速其中取FO=IO浮阀数目。/，兀/4开孔率D210精情段'3.%5.31""S4×1.42n5.31×0.039×0.039×11=224块224o三×0o391.6×1.6=13.31%=YU=486w/S4x1.4=242i提留段、/4.23n=4.86×().039X0.039×3.1442、幽生蟠=3.38%1.6×1.6浮脚排列方式采纳等腰三角形叉排,取向一横排的孔心距t=0075m,则排间距，'为t,='=0.08IsW=81.8"”精镭段m224x0.075'=I'"-().0801J=80.mm提留段,r242x0.075考虑到塔的直径较大，故采纳分块式塔板，而各分快板的支撑与连接将占去一部分鼓泡区面枳，因此排间距应小于计算值，故取1.'=80mm=0.08m重新计算孔速及阀数Au1.375n=-=230精福段t,O.O75×O.O8Un=5.1.7,“sV1.42x4nJ/423()×0.039×0.039×3.14R1=5.1754=9.73=23O×0.039x0.0391.6×1.6=13.66%提留段An"7=1.4530.075x0.08=243Un=1.4x42430.0390.039×3.1.4=4.83"»/SR.=4.83X423=9.93Cc0.039x0.039=243X-=14.44%1.6×1.6由此可知，阀孔动能因数改变不大第6章塔板负荷性能图6.1. 物沫夹带线匕+1.36X1.SXZ£=Pi-Pv泛点率KaA据此可作出负荷性能图中的物沫夹带线，按泛点率80%计算:精储段：Z1.D-QWd=1.6-2×0.232=1.136m查物性系数K=1.oG=O.125A.=Ar-2Ar=2.01-2X0.1407=1.7286VS0.8="354+1.36×.x1.1360.125x1.7286613.5-3.54整理得.0.07618VS+IX51.s=0.17286Vs=2.269120.284由上式可知物沐夹带线为直线，则在操作