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1、成 绩大连民族学院化工原理课程设计说明书题 目： 乙醇水连续精馏塔的设计 设 计 人： 1104 系 别： 生物工程 班 级： 生物工程121班 指导教师： 老师 设计日期：2014 年 10 月21 日 11月3日温馨提示：本设计有一小部分计算存在错误，但步骤应该没问题非物质文化遗产是指各族人民世代传承的，与群众生活密切相关的各种传统文化表现形式和文化空间，包括民俗活动、表演艺术、传统知识和技能以及与之相关的器具、实物、手工制品等1化工原理课程设计任务书一、设计题目乙醇水精馏塔的设计。二、设计任务及操作条件1.进精馏塔的料液含乙醇30%（质量），其余为水。2.产品的乙醇含量不得低于92.5%
2、（质量）。3.残液中乙醇含量不得高于0.1%（质量）。4.处理量为17500t/a，年生产时间为7200h。5.操作条件（1）精馏塔顶端压强 4kPa（表压）。（2）进料热状态 泡点进料。（3）回流比 R=2Rmin。（4）加热蒸汽 低压蒸汽。（5）单板压降 0.7kPa。三、设备型式设备型式为筛板塔。四、厂址厂址为大连地区。五、设计内容1.设计方案的确定及流程说明2.塔的工艺计算3.塔和塔板主要工艺尺寸的设计（1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定。（2）塔板的流体力学验算。（3）塔板的负荷性能图。4.设计结果概要或设计一览表5.辅助设备选型与计算6.生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图7.对本设
3、计的评述或有关问题的分析讨论目录前言1第一章 概述11.1塔型选择11.2操作压强选择11.3进料热状态选择11.4加热方式21.5回流比的选择21.6精馏流程的确定2第二章 主要基础数据22.1水和乙醇的物理性质22.2常压下乙醇水的气液平衡数据32.3 A,B,CAntoine常数4第三章 设计计算43.1塔的物料衡算43.1.1 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分率43.1.2 平均分子量43.1.3 物料衡算43.2塔板数的确定43.2.1 理论塔板数NT的求取43.2.2 全塔效率ET的求取53.2.3 实际塔板数N63.3塔的工艺条件及物性数据计算63.3.1操作压强Pm63.3.2
4、温度tm63.3.3平均摩尔质量Mm63.3.4平均密度m73.3.5液体表面张力m83.3.6液体粘度Lm83.4气液负荷计算93.5塔和塔板主要工艺尺寸计算93.5.1塔径D93.5.2溢流装置113.5.3塔板布置123.5.4筛孔数n与开孔率133.5.5塔有效高度Z133.5.6塔高计算133.6筛板的流体力学验算143.6.1气体通过筛板压强降的液柱高度hp143.6.2雾沫夹带量eV的验算153.6.3漏液的验算153.6.4液泛的验算153.7塔板负荷性能图163.7.1雾沫夹带线（1）163.7.2液泛线（2）173.7.3液相负荷上限线（3）183.7.4漏液线（气相负荷下
5、限线）（4）183.7.5液相负荷下限线（5）183.8筛板塔的工艺设计计算结果总表203.9精馏塔附属设备选型与计算203.9.1冷凝器计算203.9.2预热器计算213.9.3各接管尺寸计算21第四章 设计评述与心得234.1设计中存在的问题及分析234.2设计心得23参考文献24前言化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中大部分是均相混合物。生产中为满足要求需将混合物分离成较纯的物质。蒸馏是分离均相混合物的单元操作，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。精馏是一种最常用的分离方法，它依据多次部分汽化、多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。
6、精馏是同时进行传热和传质的过程，为实现精馏过程，需要为该过程提供物料的贮存、输送、传热、分离、控制等设备和仪表。精馏塔是化工生产中十分重要的设备。乙醇在工业、医药、民用等方面，都有广泛的应用，是一种重要的化工原料。在很多不同的方面，要求乙醇有不同的纯度，甚至是无水乙醇。而因为乙醇极具挥发性，想得到高纯度的乙醇很困难。要把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，可以用连续精馏的方法。精馏是同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，可使混合液得到几乎完全的分离。此次化工原理设计是乙醇水精馏塔的设计。第一章 概述精馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜（再沸器）、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输
7、入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大；（2）传质传热效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。1.1塔型选择任何塔设备都难以满足上述所有要求，设计者应根据塔型特点、物系性质、生产工艺条件、操作方式、设备投资操作与维修费用等技术经济评价以及设计经验等因素，依矛盾的主次，综合考虑，选择适宜的塔型。1筛板塔具有结构简单，制造维修方便，造价低，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近
8、浮阀塔的优点。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的，脏的和带固体粒子的料液。而乙醇水料液完全可以避免这一缺点，故本设计塔型选择筛板塔。1.2操作压强选择精馏操作压强常取决于冷凝温度。一般，除热敏性物料以外，凡能通过常压蒸馏不难实现分离要求，并能通过江河水或循环水将馏分冷凝下来的系统都应采用常压蒸馏。故本设计操作压强为常压。1.3进料热状态选择原则上，在供热量一定情况下，热量应尽可能由塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用，即宜冷进料。但为使塔操作稳定，免受季节气温影响，精、提馏段采用相同塔径以便于制造，则常采用泡点进料，需增设原料预热器。本设计即采用泡点进料。 1.4
9、加热方式蒸馏大多采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽，例如蒸馏釜残液中的主要组分是水，有时也可采用直接蒸汽，例如蒸馏釜残液中主要组分是水，且在低浓度下轻组分的相对挥发度较大时可采用直接蒸汽加热，利用压强较低的加热蒸汽以节省操作费用，并省掉间接加热设备。但由于直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下，釜液浓度相应降低，故需在提馏段增加塔板以达到生产要求。本设计采用应用更广泛的间接蒸汽加热。1.5回流比的选择选择回流比，主要从经济观点出发，力求使设备费和操作费用之和最低。一般经验值R =（1.12.0）Rmin 式R 为操作回流比；Rmi
10、n为最小回流比。对特殊物系与场合，则应根据实际需要选定回流比。本设计参考同类生产的R 经验值选定，确定回流比R = 2Rmin。1.6精馏流程的确定乙醇、水混合料经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。流程简图如图1所示。图1 连续精馏装置流程简图第二章 主要基础数据2.1水和乙醇的物理性质乙醇和水的基本参数见表1，液相密度见表2，液体表面张力见表3。表1 水和乙醇的基本参数名称分子式分子量沸点/临界温度/临界压强/kPa水H2O18.02100373.91
11、22.05乙醇C2H5OH46.0778.3240.776.148表2 乙醇和水液相密度温度/2030405060708090100110乙醇密度kg/m3795785777765755746735730716703水密度kg/m3998.2995.7992.2988.1983.2977.8971.8965.3958.4951.0表3 乙醇和水液体表面张力温度/2030405060708090100110乙醇表面张力103/N/m22.321.220.419.818.818.017.1516.215.214.4水表面张力103/N/m72.671.269.667.766.264.362.660
12、.758.856.92.2常压下乙醇水的气液平衡数据常压下乙醇水的气液平衡数据如表4所示表4乙醇水系统txy数据沸点t，乙醇分子，%液相乙醇分子，%液相沸点t，乙醇分子，%液相乙醇分子，%液相99.90.0040.0538227.356.4499.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.642.0962.2299.50.121.5780.148.9264.7099.20.232.9079.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568
13、.9274.6995.81.6116.3478.7572.3676.9391.34.1629.9278.675.9979.2687.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.412.3 A,B,CAntoine常数A,B,CAntoine常数，其值见表5。表5 A,B,CAntoine常数组分ABC乙醇8.044961554.3222.65水7.966811668.21228第三章 设计计算3.1塔的物料衡算3.1.1 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分率3.1.2 平均分子量3.1.3 物料衡算年处理量 F=17500t/a总物料衡算 F=D+W易挥发组分物料衡算 FXF = DXD + WXW联立总物料衡算和易挥发组分物料衡算解得：W=91.18 kmol/hD=19.14 kmol/h3.2塔板数的确定
