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1、,化工原理课程设计,板式精馏塔 2011级制药工程 第五组设计,设计时间：2014年1月15日至2014年4月15日,第一章 概 述,乙醇水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。 塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的
2、事项是非常必要的。,1.1 精馏操作对塔设备的要求,精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：（1）气、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。（2）操作稳定，弹性大，当塔设备的气、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。（3）流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降
3、还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。（4）结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。（6） 塔内的滞留量要小。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，不同的塔型各有各的的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，进行选型。,1.2 板 式 塔 类 型,气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本
4、世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。筛板塔是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：（1） 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为浮阀塔的80左右。（2） 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。（3） 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。（4）压降较低，每板压力比泡罩塔约低30左右。 筛板塔的缺点是：（1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。（2） 操作弹性较小(约23)。（3）小孔筛板容易堵塞。,第二章 设计方案确定及流程说明,2.1 设计依据与条件 设计依据
5、：依据教科书的设计实例，对所提出问题进行分析与讨论 设计条件：原料组成：35%的乙醇，泡点进料；产品组成：塔顶的乙醇含量不小于90%，塔 底的乙醇含量不大于0.5%; 操作压力： 塔顶压强为常压;可取回流比为最小回流比的1.45倍；每年按300天计算，每天24小时连续运行。,（1）设计内容确定精馏装置流程；工艺参数的确定：基础数据的查取与估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。主要设备工艺尺寸计算：板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置流体力学计算：流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 主要附属设备设计计算及选型。（2）设计任务：设计说明书一份 作图法求理论
6、塔板数图纸一张 带控制点工艺流程图(3#图纸)一张。,2.2 设 计 内 容 与 任 务,根 据 生 产 任 务：每 年 300 天，每 天 24小时运 行，产品流量为4.17th。 由于产品黏度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用筛板塔。,2.3 塔 型 选 择,2.4 精 馏 装 置 流 程,乙醇水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自
7、塔釜输入，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。乙醇水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。,精 馏 装 置 流 程 图,第三章 精馏塔工艺参数的确定,3.1基础数据的查取与估算,表一 乙醇-水系统气液平衡数据,3.1.1 温 度 计 算,3.1.2 精馏段、提馏段的平均摩尔质量,3.1.3 密 度 计 算,3.1.4 粘 度 计 算,3.1.5 混合液体表面张力计算,3.1.6 塔 的 物 性 数 据
8、 列 表,3.2 精 馏 塔 的 物 料 衡 算,3.2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率,3.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量,3.2.3 全 塔 物 料 衡 算,3.3 精 馏 塔 的 热 量 衡 算,3.3.1 塔 顶 冷 凝 器 的 热 量 衡 算,3.3.2 塔 釜 再 沸 器 的 热 量 衡 算,3.4.1 相 对 挥 发 度,3.4 塔 板 数 的 确 定,3.4.2 最 小 回 流 比 及 操 作 回 流 比 的 确 定,3.4.3 理 论 塔 板 数 的 求 取,3.4.3.1 捷 算 法 求 理 论 板 数,3.4.3.2 计 算 机 软 件 作 图 法 求
9、 理 论 板 数,3.4.4 精 馏 塔 总 板 效 率,3.4.5 实 际 塔 板 数,说明：图解法与捷算法计算结果存在较小差异，以上计算以图解法进行计算,第四章 主 要 设 备 工 艺 尺 寸 计 算,4.1 气 液 相 流 量 计 算,4.2 板间距的确定 4.3塔径的计算 4.4 塔高的计算,4.5 溢 流 装 置,4.5.1 堰 长,4.5.2 方形降液管的宽度和横截面,4.5.3 降 液 管 底 隙 高 度,4.6 塔 板 布 置,4.6.1 塔 板 分 布 4.6.2 开 孔 区 面 积,4.6.3 筛 板 的 筛 孔 和 开 孔 率,第五章 塔板的流体力学验算,5.1 气体通过
10、塔板的压力降5.1.1 干板阻力5.1.2 板上充气液层阻力5.1.3 由表面张力引起的阻力5.2 液 面 落 差,5.3 液 泛,5.4 液 沫 夹 带,5.5 漏 液,第六章 塔板操作负荷性能图,6.1 漏 液 线,6.2 液 沫 夹 带 线,6.3 液 相 负 荷 下 限 线,6.4 液 相 负 荷 上 限 线,6.5 液 泛 线,6.6 操 作 弹 性,操 作 负 荷 性 能 图,第七章 主要附属设备设计计算及选型,7.1 冷凝器 冷凝器的选择：强制循环式冷凝器 冷凝器置于塔下部适当位置，用泵向塔顶送回流冷凝水，在冷凝器和泵之间需设回流罐设回流罐，这样可以减少台架，便于维修、安装，而且
11、造价低。前面经热量衡算已得塔顶全凝器的热负荷： 取水为冷凝介质，进出冷凝器的温度分别25和45时，冷凝水用量为： 已知有机物蒸汽冷凝器设计选用的总体传热系数一般范围为 ：,7.2 再 沸 器,设计结果总表一览,说明：设 计 结 果 总 表 一 览 续 表,设 计 小 结,化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；同时，学会查找各工艺参数等信息，掌握各种结果的校核。设计过程，使我更加明白了在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。 在短短的几个月里，从开始的一头雾水，到同学讨论，再进行整个流
12、程的计算，再到对塔板的流体力学验算和后期的材料整理过程，我真切感受到利用所学到有限的理论知识去解决实际中各种问题的不易，明白了学无止境的道理，也体会到同学合作学习中的乐趣。总体上来说，通过本次课程设计的训练，让我对自己的专业有了更加感性和理性的认识，加强了我们工程设计能力。在此，还要感谢李传润老师对我的指导与帮助，也感谢我的组员刘博、刘亚伟、刘忍的支持。限于我们的水平，设计中难免有不足和谬误之处，恳请老师批评指正。,附图一 图解法求理论塔板数,附图二 带控制点工艺流程图,参 考 文 献,1夏清 陈常贵 化工原理（下册） 天津:天津大学出版社，2005.12 姚玉英 化工原理（下） 天津：天津科技出版社，1999 3 谭天恩 化工原理（下）北京：化学工业出版社，19944 崔鹏 魏凤玉 化工原理（第二版）合肥：合肥工业大学出版社，2007.85李功样 陈兰英 崔英德 常用化工单元设备设计 东南理工大学出版社 2003.4,设计时间：2014年1月15日至2014年4月15日,O(_)O 谢 谢 观 赏,
