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1、吉林化工学院化工原理课程设计说明书吉林化工学院 化工原理 课 程 设 计 题目 乙醇丙醇溶液连续精馏塔设计教 学 院 专业班级 化工0905 学生姓名 学生学号 指导教师 2011 年 12 月 22 日 化工原理课程设计任务书1. 设计题目 乙醇丙醇溶液连续精馏塔设计2. 设计条件1. 操作压力：P=1atm(绝压)2. 进料组成：=0.25（摩尔分率），进料状态：q=0.963. 塔顶产品组成：=0.98（摩尔分率）4. 塔釜残液中浓度0.0355. 产量：F=856. 最宜回留比与最小回流比的比值：R/Rmin=(1.1-2.0 )7. 塔顶采用全凝器，泡点回流8. 塔板采用筛板3. 设
2、计任务1. 精馏塔工艺计算（物料衡算，热量衡算，设备计算与选型）2. 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算3. 热量衡算及板式塔的结构与附属设备的计算4. 精馏塔设备结构图和带控制点的工艺流程图5. 撰写设计说明书-42-目录化工原理课程设计任务书II摘 要1 绪 论2设计流程2设计思路3第1章 精馏塔的工艺计算41.1产品浓度的计算41.11平均相对挥发度的计算41.2最小回流比的计算和适宜回流比的确定61.4物料衡算61.4.1全塔物料衡算61.5精馏段与提馏段操作线方程71.6理论板数及进料位置的确定71.7全塔效率81.8实际板数和实际加料位置的确定8第2章 精馏塔主要工艺尺寸的设计计算102
3、.1塔的有关物性数据计算102.1乙醇和丙醇各种物性数据102.1.2操作压强122.1.3操作温度122.1.4平均分子量122.1.5平均密度132.1.6液体表面张力142.1.7液体粘度152.1.8体积流率的计算152.2精馏塔主要工艺尺寸的计算162.2.1精馏段塔体工艺尺寸的计算182.2.2提馏段塔体工艺尺寸的计算182.2.3塔的有效高度的计算192.3塔板流动性能的校核192.3.1精馏段192.3.2提馏段192.4塔板负荷性能图222.4.1精馏段232.4.2提馏段23第3章 热量衡算273.1进入系统的热量273.2离开系统的热量273.3热量蘅算式28第4章 板式
4、塔的结构与附属设备的计算294.1冷凝器设计计算294.2试算并初选换热器的规格294.2.1确定流体通入的空间294.2.2计算传热负荷Q294.2.3选换热器。304.2.4板式列管换热器校核304.3主要接管尺寸的选取334.3.1进料管334.3.2釜液出口管334.3.3塔顶蒸汽管334.4泵的选取344.5储罐的计算35设计结果汇总表36结 束 语37参考文献38主要符号说明39附录142摘 要筛板精馏塔的设计是化工原理课程的重要部分是化工生产中主要的气液传质设备。连续精馏是依据多次部分汽化、多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。本次课程设计是分离乙醇丙醇二元物系，通过对筛板精
5、馏塔及附属结构（换热器，泵等）的设计，使我们初步掌握化工设计的基本原理和方法.塔顶冷凝装置采用全凝器，用来准确控制回流比；塔底采用直接蒸汽加热，以提供足够的热量。通过逐板计算得出理论板数17，回流比为5.0,塔效率0.658，实际板数43，进料位置29，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径1.2m，有效塔高20.3m，筛孔数（精馏段2652个，提馏段2652个）。通过的流体力学验算，精馏段与提馏段操作都正常，证明筛板塔各指标数据均符合标准。并对冷凝器作了热量衡算，选出了合适的型号G-700-149.1-21-4，其传热面积为149.1m2.并对泵作了合适的选型，型号为IS 50-32-20
6、0，扬程为10m,这些运算结果合理，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。关键词：二元精馏；筛板精馏塔；逐板计算；物料衡算 绪 论在本设计中我们使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单，造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性，而且效率高。采用筛板可解决堵塞问题并可以控制漏液。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之一，精馏是最常用的一种蒸馏方式，也是组成化工生产过程的主要单元操作之一。为了培养同学们独立思考，综合运用所学知识，解决实际问题的能力,学
7、校和老师为我们提供了一个让我们展示才华、思维和能力的良好机会,也就是本次课程设计。培养我们综合运用所学知识来解决化工实际问题的能力。做到能独立进行化工设计初步训练，为今后工作打下坚实的基础 设计思路（1）精馏方式的选定本设计采用连续精馏操作方式。（2）选取操作压力本设计采用常压操作，大部分物质都可常压操作，这样可以免去加压或减压的费用。（3）选择加料状态 q=0.96混合液进料。（4）加热方式 本设计采用直接蒸汽加热。蒸汽可由冷却后的水获得。(5)回流比的选择 一般经验值为R=(1.1-2.0)Rmin.(6)塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择塔顶选用全凝器，因为后继工段产品以液相出料。塔顶
8、冷却介质采用江河，方便、实惠、经济。(7)板式塔的选择筛板塔的优点很多例如结构简单，造价低，制造方便，塔板开孔率大，生产能力大等。由于筛板塔具有上述优点，且加工方便。近年来与筛板塔一直成为化工生中主要的传质设备。实际操作表明，筛板在一定程度的漏夜状态下操作使其板效率明显下降其操作的负荷范围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到2-3，因此本设计采用筛板塔。第1章 精馏塔的工艺计算1.1物料衡算1.11平均相对挥发度表2-1气液相组成 1乙醇摩尔分数温度（）液相X气相Y0.000.0097.160.1260.240 93.850.1880.31892.660.2100.33391.60 0
9、.3580.55088.320.4610.65086.250.5460.7184.980.6000.76084.130.6630.79983.060.84140.91480.591.00001.00073.8插值法求进料温度 塔顶温度塔底温度= =90.71 同理可得=78.66 =96.26 带入数据得Antoine公式 t() （mmhg）查表得：乙醇 Antoine常数为 A=7.58670 ， B=1281.590 ， C=193.768 丙醇 Antoine常数为 A=8.37895 , B=1788.020 ， C=227.483有安托因方程得：塔顶 log=7.58670- =7
10、62.78mmhg =101.6956Kpa同理得 =344.83mmhg =45.97Kpa又=2.21塔釜 =1470.6 =196.07 =715.98 =95046=2.05进料口=1207.81 =161.03 =573.98 =76.52 =2.1精馏段平均相对挥发度 =（+）/2=2.155提馏段平均相对挥发度 =（+）/2=2.0753所有相对挥发度=2.131.2最小回流比的计算和适宜回流比的确定由上可得： q=0.96进料线：平衡线： 由上两式联立：Xe =0.164 Ye =0.487则: 计算回流比R值：利用吉利兰图求理论板数N做出N-R曲线或N(R+1)-R曲线 ，从
11、中找出适宜R.倍数RN1.13.61924.071.23.94820.941.34.27719.251.44.60617.801.54.93517.161.65.26415.981.75.59314.951.85.92214.721.96.25113.632.06.5812.56得R=4.935=5.0 经检验R/ =1.73符合 （1.1-2.0）1.4物料衡算1.4.1全塔物料衡算总物料衡算方程： 带入数据得精馏段：L=RD=5.00.00537=0.02685 kmol/s V=（R+1）D=（5.0+1）0.00537=0.03222 kmol/s提馏段： =L+qF=0.02685+
12、0.960.0236=0.0495 kmol/s =- W=0.0495-0.028329=0.0313 kmol/s1.5精馏段与提馏段操作线方程精馏段操作线方程：=提馏段操作线方程;1.6理论板数及进料位置的确定 得：由逐板法算得： X10.9583Y10.9800X20.9208Y20.9612X30.8618Y30.9300X40.8162Y40.8808X50.7157Y50.8428X60.5968Y60.7592X70.4769Y70.6601X80.3742Y80.5602X90.2979Y90.4747X100.2469Y100.4112X110.2152Y110.3687X120.1751Y120.3114X130.1351Y130.2496X140.0981Y140.1881X150.0661Y150.1311X160.0401Y160.0818X170.0201Y170.0418本设计所需理论板数为17，其中第12块加料,精馏板数为11块，提馏段板数为5（不包塔釜）。1.7全塔效率实际板数和实际加料位置的确定依据公式4：精馏段：已知 =0.495可算出：1=0.4026精馏段板数：N1=体馏段：已知 可算出：提馏段板数：N2=全塔
