食品工程原理课程设计

食品工程原理课程设计填料吸收塔的设计姓名：学号：班级：-2目录一、设计任务书------------------------------------------------------------------------------3二、第一章:流程的确定和说明----------------------------------------------------------41．加料方式---------------------------------------------------------------42．进料方式---------------------------------------------------------------43．冷凝方式---------------------------------------------------------------44．回流方式---------------------------------------------------------------45．加热方式---------------------------------------------------------------46．加热器------------------------------------------------------------------4三、第二章：精馏塔的设计计算---------------------------------------------------------5第一节：操作条件与基础数据------------------------------------------------------5第二节：精馏塔工艺计算-----------------------------------------------------------51、物料衡算-----------------------------------------------------------------52、热量衡算----------------------------------------------------------------83、理论塔板数计算--------------------------------------------------------10第三节：精馏塔主要数据计算-----------------------------------------------------101、精馏塔设计的主要依据和条件--------------------------------------102、塔径设计计算-----------------------------------------------------------123、填料层高度计算----------------------------------------------------------15四、第三章：附属设备及主要附件的选型计算----------------------------------------17第一节：冷凝器--------------------------------------------------------------------------17第二节：再沸器-------------------------------------------------------------------------18第三节：塔内其他构件----------------------------------------------------------------181、接管的计算与选择----------------------------------------------------------182、液体分布器-------------------------------------------------------------------203、除沫器-------------------------------------------------------------------------214、液体再分布器---------------------------------------------------------------215、填料支撑板选择------------------------------------------------------------226、塔底设计---------------------------------------------------------------------227、他的顶部空间高度---------------------------------------------------------22第四节：精馏塔高度计算--------------------------------------------------------------23五、第五章：结束语------------------------------------------------------------------------24六、参考文献----------------------------------------------------------------------------------24-3食品工程原理课程设计任务书一、设计题目：填料精馏塔设计二、设计任务：苯与甲苯填料精馏塔设计三、设计条件进料组成苯甲苯分离要求塔顶苯含量0.96塔底0.02完成日期2010年1月4日进料状态025C四、设计的内容和要求序号设计内容要求1工艺计算物料衡算，热量衡算，回流比，理论塔板数等2结构设计塔高，塔径，溢流装置及塔板布置，接口管的尺寸等3流体力学验算塔板负荷性能图4冷凝器的传热面积和冷却介质的用量计算5再沸器的传热面积和加热介质的用量计算6计算机辅助设计绘制负荷性能图7编写设计说明书目录，设计任务书，设计计算及结果，流程图，参考资料等-4第一章流程的确定和说明一确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：(1)满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。(2)满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最佳方案。例如，在缺水地区，冷却水的节省就很重要；在水源充足及电力充沛、价廉地区，冷却水出口温度就可选低一些，以节省传热面积。(3)保证安全生产例如酒精属易燃物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。二、加料方式加料分两种方式：泵加料和高位槽加料。高位槽加料通过控制液位高度，可以得到稳定流量，但要求搭建塔台，增加基础建设费用；泵加料属于强制进料方式，泵加料易受温度影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，影响传质效率。靠重力的流动方式可省去一大笔费用。本次加料可选泵加料，泵和自动调节装置派和控制进料。三、进料状态进料方式一般有冷夜进料、泡点进料、气液混合物进料、露点进料、加热蒸汽进料等。冷夜进料对分离有利，但会增加操作费用。泡点进料对塔操作方便，不受季节气温影响。泡点进料基于恒摩尔流，假定精馏段和提留段上升蒸汽量相等，精馏段和提留段塔径基本相等。由于泡点进料时塔的制造比较方便，而其他进料方式对设备的要求高，设计起来难度相对加大，所以采用泡点进料。四、冷凝方式-5选全凝器，塔顶出来的气体温度不高。冷凝后回流液和产品温度不高，无需再次冷凝，且本次分离式为了分离苯和甲苯，且制造设备较为简单，为节省资金，选全凝器。五、回流方式宜采用重力回流，对于小型塔，冷凝液由重力作用回流入塔。优点：回流冷凝器无需支撑结构；缺点：回流控制较难安装，但强制回流需要用泵，安装费用、电耗费用大，故不用强制回流，塔顶上升蒸气采用冷凝冷却器以冷凝回流入塔内。六、加热方式采用间接加热，因为对同一种进料组成，热状况及回流比得到相同的馏出夜组成及回收率时，利用直接蒸气加热时，所需理论塔板数比用间接蒸气是要多一些，若待分离的混合液为水溶液，且水是难挥发组分，釜液近于纯水，这时可采用直接加热方式。由于本次分离的是苯-甲苯混合液，故采用间接加热。七、加热器选用管壳式换热器。只有在工艺物料的特征性或工艺条件特殊事槽考虑选用其他型式。例如，热敏性物料加热多采用降膜式或者波纹管式换热器或者换热器流路均匀、加热效率高的加热器。第二章精馏塔的设计计算第1节操作条件与基础数据一、操作压力精馏操作按操作压力可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。一般采用常压精馏，压力对挥发度的影响不大。在常压下不能进行分离或达不到分离要求时，采用加压精馏；对于热敏性物质采用减压精馏。当压力较高时，对塔顶冷凝器有利，对塔底加热不利，同时压力升高，相对挥发度降低，管径减小，壁厚增加。本次设计选用常压101.325kPa作为操作压力。二、气液平衡关系及平衡数据表1常压下苯-甲苯的气液平衡与温度关系温度t/℃110.6106.1102.298.695.292.189.486.884.482.381.280.2气相苯y/(mol%)021.237.050.061.871.078.985.391.495.797.9100.0液相苯x/(mol%)08；.820.030.039.748.959.270.080.390.395.0100.0注：摘自《化工手册》P174三、回流比通常R=（1.1~2）minR，此设计去取R=1.2minR第2节精馏塔工艺计算一、物料衡算1．物流示意图（略）2．物料衡算已知：F’’=4000kg/h'Fx=0.43'Dx=0.96'Wx=0.02M苯-6=78.11kg/kmol,M甲苯=92.14kg/kmol,进料液、馏出液、釜残液的摩尔分数分别为苯Fx=错误!未找到引用源。=0.4709Dx=错误!未找到引用源。=0.9659Wx=错误!未找到引用源。=0.0235进料液平均相对分子质量：FMM苯FxM甲苯(1)Fx=78.11*0.4709+92.14*(1-0.4709)=85.53kg/kmolF=400085.53FM错误!未找到引用源。=46.77kmol/h据物料