食品工程原理课程设计.doc

食品工程原理
课程设计说明书
甲醇、水填料精馏塔的设计
姓 名:
学 号:
班 级:
指导老师:
目 录
一 、设计任务书……………………………………………………………………3
二 、设计方案简介…………………………………………………………………3
三 、工艺计算 ……………………………………………………………………5
1.基础物性数据……………………………………………………………………5
(1)液相物性的数据 ……………………………………………………………5
(2)气相物性数据 ………………………………………………………………5
(3)气液相平衡数据 ……………………………………………………………5
(4)物料衡算………………………………………………………………………6
2.填料塔的工艺尺寸的计算………………………………………………………7
(1)塔径的计算 …………………………………………………………………7
(2)填料层高度计算 ……………………………………………………………9
(3)填料塔附属高度及总高计算 …………………………………………11
(4)填料层压降计算 ……………………………………………………………11
(5)液体分布器简要设计 ………………………………………………………12(6)吸收塔接管尺寸计算 ………………………………………………………13
四、设计一览表……………………………………………………………………13
五、主要符号说明…………………………………………………………………14
六、参考文献………………………………………………………………………15
七、附图……………………………………………………………………………
食品工程原理课程设计任务书
设计题目:分离甲醇-水混合物的填料精馏塔
第一章 流程的确定和说明
一、加料方式
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,可以节省一笔动力费用。但由于多了高位槽,建设费用相应增加,采用泵加料,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;如采用自动控制泵来控制泵的流量和流速,其控制原理较复杂,且设备操作费用高。本次实验采用高位槽加料。
二、进料状况
进料状况一般有冷夜进料、泡点进料。对于冷液进料,当组成一定时,流量一定,对分离有利,节省加料费用。但冷液进料受环境影响较大,对于沈阳地区来说,存在较大温差,冷液进料会增加塔底蒸汽上升量,增大建设费用。采用泡点进料,不仅对稳定塔操作较为方便,且不受季节温度影响。综合考虑,设计上采用泡点进料。泡点进料时,基于恒摩尔流假定,精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等,股精馏段和提馏段塔径基本相等,制造上较为方便。
三、塔顶冷凝方式
塔顶冷凝采用全凝器,用水冷凝。甲醇和水不反应,且容易冷凝,故使用全凝器。塔顶出来的气体温度不高,冷凝后回流液和产品温度不高,无需进一步冷却,此次分离也是希望得到甲醇,选用全凝器符合要求。
四、回流方式
回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小型塔,回流冷凝器一般装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支撑结构,其缺点是回流冷凝器回流控制较难。如果需要较高的塔处理量或板数较多时,回流冷凝器不宜安装在塔顶。而且塔顶冷凝器不宜安装、检修和清理。在这种情况下,可采用强制回流,塔顶上升蒸汽采用冷凝器冷却以冷回流流入塔中。由于本次设计为小型塔,故采用重力回流。
五、加热方式
加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热直接由塔底进入塔内。由于重组分是水,故省略加热装置。但在一定的回流比条件下,塔底蒸汽对回流液有稀释作用,使理论塔板数增加,费用增加。间接蒸汽加热是通过加热器使釜液部分汽化。上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质,其优点是使釜液部分汽化,维持原来的浓度,以减少理论塔板数,缺点是增加加热装置,本次设计采用间接蒸汽加热。
六、加热器
采用U形管蒸汽间接加热器,用水蒸汽作加热剂。因为塔较小,可将加热器放在塔
即再沸器。这样釜液部分汽化,维持了原有浓度,减少理论塔板数。
第二章 精馏塔的设计计算
第一节 操作条件及基础数据
一、操作压力
精馏操作按操作压力可分为常压、加压和减压操作。精馏操作中压力影响非常大。当压力增大时,混合液的相对挥发度减小,对分离不利;当压力减小时,相对挥发度将增大,对分离有利。但当压力太低时,对设备要求较高,设备费用增加。因此再设计时一般采用常压精馏。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。
二、气液平衡时x、y、t数据
气液平衡时,x、y、t数据如表1所示
表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
0 0
73.8
46.20 77.56
92.9
5.31 28.34
72.7
52.92 79.71
90.3
7.67 40.01
71.3
59.37 81.83
88.9
9.26 43.53
70.0
68.49 84.92
85.0
13.15 54.55
68.0
85.62 89.62
81.6
20.83 62.73
66.9
87.41 91.94
78.0
28.18 67.75
64.7
100 100
76.7
33.33 69.18
注:摘自《化工工艺设计手册》下册P710 表19-38(2)
第二节 精馏塔工艺计算
一、物料衡算
1.物料衡算图
2.物料衡算
已知:=15000kg/h,质量分数:=20%,=95%,=0.2%
=30.04kg/kmol,=18.02kg/kmol
进料液、馏出液、釜残液的摩尔分数分别为、、:
进料平均相对分子质量:kg/h
原料液:kmol/h
总物料:
易挥发组分:
代入数据解得:
塔顶产品的平均相对分子质量:
kg/kmol
塔顶产品质量流量:
kg/kmol
塔釜产品平均相对分子质量:
kg/kmol
塔釜产品质量流量:
kg/h
3.物料衡算结果
表2 物料衡算结果表
塔顶出料
塔底出料
进料
质量流量/(kg/h)
3127.986
11875.52
15000
质量分数/%
95
0.2
20
摩尔流量/(kmol/h)
101.446
658.434