化工原理课程设计(修订版).

第一章 流程确定和说明1.1流程的确定和说明1.1.1加料方式-----高位槽进料加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速，通过重力加料，可以减少一笔动力费用，但是由于多了高位槽，建设费用相应增加。采用泵直接加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单，安装方便。如果采用自动控制泵的流量和流速，其控制原理复杂，且设备操作费用高，本设计采用高位槽进料。1.1.2进料状况-----泡点进料进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。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容易控制，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相同，为设计和制造上提供了方便。对于沈阳地区来说，存在较大温差，综合分析，采用泡点进料。1.1.3塔顶冷凝方式-----采用全凝器，使用水冷凝1.1.4回流方式------重力回流回流方式有重力回流和强制回流。对于小型塔，一般安装在塔顶优点是无需支撑结构，缺点是控制较难。如需较高的塔处理量或塔板数较多时，不适宜塔顶安装，且不易安装，检修和清理，此时可采用强制回流，塔顶上升蒸汽采用冷凝器以冷回流流入塔内。本次设计采用重力回流。1.1.5加热方式-----间接蒸汽加热蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀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，不须安置庞大的传热面。这样，可节省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相同的情况下，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)，当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易分离，故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。值得提及的是，采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于酒精水溶液，一般采用0.4~0.7KPa(表压)。饱和水蒸汽的温度与压力互为单值函数关系，其温度可通过压力调节。同时，饱和水蒸汽的冷凝潜热较大，价格较低廉，因此通常用饱和水蒸汽作为加热剂。但若要求加热温度超过180℃时，应考虑采用其它的加热剂，如烟道气或热油。当采用饱和水蒸汽作为加热剂时，选用较高的蒸汽压力，可以提高传热温度差，从而提高传热效率，但蒸汽压力的提高对锅炉提出了更高的要求。同时对于釜液的沸腾，温度差过大，形成膜状沸腾，反而对传热不利。本次设计采用间接水蒸气加热。1.1.6再沸器形式-----U型管式再沸器选择再沸器时，首先应满足工艺要求，即在相同的传热面积下要首选体积小的，可以节省费用。本次设计选用U型管式再沸器，因为与其它形式再沸器相比，它的塔和再沸器之间标高差较小，允许气化率高，操作弹性大，而且本身有蒸发空间。第二章 精馏塔的设计计算2.1 操作条件及基础数据2.1.1操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根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行考虑。例如，采用减压操作有利于分离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，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，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，从而减少蒸馏的能量消耗。综合以上因素并考虑到甲醇—水系统在常压下挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压精馏。2.1.2气液平衡时，x、y、t数据表2-1-1 气液平衡关系表温度t/℃甲醇摩尔分数温度t/℃甲醇摩尔分数液相x/％气相y/％液相x/％气相y/％100.00.000.0073.846.2077.5692.95.3128.3472.752.9279.7190.37.6740.0171.359.3781.8388.99.2643.5370.068.4984.9285.013.1554.5568.085.6289.6281.620.8362.7366.987.4191.9478.028.1867.7564.7100.00100.0076.733.3369.18注：摘自《化工工艺设计手册》下册P710表19-38(2)图2-1-1 甲醇-水溶液的t-x-y图图