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1、化学与环境工程学院 班课题名称：化工课程设计任务书系 别：化环学院 专 业：化工2班 学 号： 姓 名： 指导教师： 时 间：2011年12月01-16日 附化工原理化工设备机械基础 课程设计任务书-1专业 化工 班级 设计人 1. 设计题目 分离乙醇水混合液的筛板精馏塔设计二. 原始数据及条件 生产能力：年处理量8万吨（开工率300天/年），每天工作24小时； 原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体； 分离要求：塔顶，乙醇含量不低于90%， 塔底，乙醇含量不高于 8%； 塔顶压强进料热状况回流比塔釜加热蒸汽压力单板压降建厂地址4 KPa（表压）饱和液体1.5 Rmin0.5MP
2、a（表压）0.7KPa重庆 操作条件： 三. 设计要求： （一）编制一份设计说明书，主要内容包括： 1. 前言 2. 设计方案的确定和流程的说明 3. 塔的工艺计算 4. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计 a. 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定 b. 塔板的流体力学验算 c. 塔板的负荷性能图 5. 附属设备的选型和计算 6. 设计结果一览表 7. 注明参考和使用的设计资料 8. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。 （二）绘制一个带控制点的工艺流程图（2#图） （三）绘制精馏塔的工艺条件图（1#图纸） 四. 设计日期：2011年 12月01日 至 2011 年12 月16日 五. 指导教师：谭志斗、
3、石新雨推荐教材及主要参考书：1.王国胜, 裴世红，孙怀宇. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，20052.贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，2002.3、马江权，冷一欣. 化工原理课程设计. 北京：中国石化出版社，2009.4、化工工艺设计手册，上、下册;5、化学工程设计手册；上、下册;6、化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-塔设备；化学工业出版社：北京. 2004，017、化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-换热器；化学工业出版社：北京. 2004，018、化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-管道；化学工业出版社：北京.
4、 2004，019.陈敏恒. 化工原理(第三版). 北京：化学工业出版社，2006 目录第一章 设计方案简介6第二章工艺流程图及说明7第三章 塔板的工艺计算83.1 精馏塔全塔物料衡算83.2 乙醇和水的物性参数计算83.2.1温度83.2.2密度93.2.3混合液体表面张力113.2.4相对挥发度123.2.5混合物的粘度133.3理论塔板和实际塔板数的计算13第四章 塔体的主要工艺尺寸计算154.1塔体主要尺寸确定154.1.1塔径的初步计算154.1.2溢流装置计算174.2 筛板的流体力学验算204.2.1气相通过浮阀塔板的压降204.2.2淹塔21精馏段21提留段224.2.3物沫夹
5、带22精馏段22提留段234.2.4漏液点气速234.3塔板负荷性能曲线244.3.1物沫夹带线244.3.2液泛线244.3.3液相负荷上限254.3.4漏液线254.3.5液相负荷下限26第五章 板式塔的结构285.1塔总高的计算285.1.1塔的顶部空间高度285.1.2塔的底部空间高度285.1.3人孔285.1.4 裙座285.1.5筒体与封头295.2.1进料管295.2.2回流管305.2.3塔底出料管305.2.4塔顶蒸汽出料管305.2.5塔底进气管315.3法兰31第六章 附属设备的计算336.1 热量衡算336.2附属设备的选型346.2.1再沸器346.2.2塔顶回流冷
6、凝器356.2.3塔顶产品冷凝器356.2.4塔底产品冷凝器366.2.5原料预热器366.2.6蒸汽喷出器36第七章 设计评述37精馏塔工艺设计计算结果总表38主要符号说明40参考文献42第一章 设计方案简介精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等,本次课程设计是筛板塔。精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较
7、高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。精馏广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法本次课程设计是分离乙醇水二元物系。在此我选用连续精馏筛板塔。具有以下特点： (1) 筛板塔的操作弹性小，对物料的流量要求非常平稳精确，不利于实际生产中使用 (2) 筛板塔盘较浮阀塔盘的优点是结构简单抗堵，压降较小，造价便宜。 (3) 筛板塔盘现在很少用了，比浮阀塔的效率低，
8、操作弹性小。(4) 筛板塔盘也有溢流堰和降液管。优点是结构简单，压降较小，造价便宜，抗堵性强。 本次设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精馏设计过程。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件、物性参数及接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。工科大学生应具有较高的综合能力，解决实际生产问题的能力，课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，
9、我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为将来打下一个稳固的基础。而先进的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是我们所应坚持的设计方向和追求的目标。第二章工艺流程图及说明首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入乙醇的储
10、罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成乙醇与水的分离。 冷凝器塔顶产品冷却器乙醇储罐乙醇 回流原料原料罐原料预热器精馏塔 回流 再沸器 塔底产品冷却器水的储罐水第三章 塔板的工艺计算3.1 精馏塔全塔物料衡算F:进料量(kmol/s) XF:原料组成D:塔顶产品流量(kmol/s)XD:塔顶组成W:塔底残液流量(kmol/s)XW:塔底组成XF= +8018 =0.XD= +1018 =0.X
11、w= +9218 =0.总物料衡算 F=D+W易挥发组分物料衡算 F XF=D XD+W XW日生产能力（处理）联立以上三式得F=0.1506kmol/sD=0.0110kmol/sW=0.1390kmol/s3.2 乙醇和水的物性参数计算3.2.1温度 常压下乙醇水气液平衡组成与温度的关系温度T液相中乙醇的摩尔分率%气相中乙醇的摩尔分率%1000.000.0095.50.01900.170089.00.07210.389186.70.09660.437585.30.12380.470484.10.16610.508982.70.23370.544582.30.26080.558081.60.
12、32730.582680.70.39650.612279.80.50790.0656479.70.51980.659979.30.57320.684178.740.67630.738578.410.74720.781578.150.89430.8943利用表中数据由内差可求得tF tD tW tF :（9.66-8.90）+ 89.0 tF =88.29 tD:（89.43-77.43）+ 78.41 tD =78.21 tW:（72.1-3.29） + 95.5 tW =90.70 精馏段平均温度:=83.25 提留段平均温度:=88.4953.2.2密度已知:混合液密度: 混合气密度:塔顶温度: tD=78.21气相组成yD: yD=80.750%进料温度: tF=88.29气相组成yF: yF=42.256%塔底组成: tW=90.70气相组成yw: yw=0.2273 %(1)精馏段液相组成x1:气相组成y1:所以 (2)提留段液相组成x2:气相组成y2:所以由不同温度下乙醇和水的密度,内差法求tF tD tW下的乙醇和水的密度温度T,708090100110,KG/M3754.2742.3730.1717.4704.3,KG/M3977.8971.8965.3958.4951.6tF=88.29 tD=78.21 tW=97.70 所以
