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1、课题名称： 系 别：专 业：学 号：姓 名：指导教师：时 间： 摘 要本次任务是要求设计能够分离乙醇水混合液的筛板精馏塔，本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。本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。通过对精馏塔的各种要求，得出了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，能够保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高，对于我们第一次接触到这种设计任务，是一种很好的锻炼。目录摘 要2第一章 设计方案简
2、介5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123.3理论塔板和实际塔板数的计算12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154.1.1.1气液相体积流量计算154.1.1.2精馏段塔径计算154.1.1.3提馏段塔径计算164.1.2溢流装置计算174.1.2.3弓形降液管宽度和截面积184.2 筛板的流体力学验算194.2.1气相通过浮阀塔板的压降194.2.2淹塔20精
3、馏段20提馏段214.2.3物沫夹带21精馏段21提馏段224.2.4漏液点气速224.3塔板负荷性能曲线234.3.1物沫夹带线234.3.2液泛线234.3.3液相负荷上限244.3.4漏液线244.3.5液相负荷下限24第五章 板式塔的结构275.1塔总高的计算275.1.1塔的顶部空间高度275.1.2塔的底部空间高度275.1.3人孔275.1.4 裙座275.1.5筒体与封头285.2.1进料管285.2.2回流管295.2.3塔底出料管295.2.4塔顶蒸汽出料管295.2.5塔底进气管305.3法兰30第六章 附属设备的计算326.1 热量衡算326.2附属设备的选型336.2
4、.1再沸器336.2.2塔顶回流冷凝器346.2.3、塔顶产品冷凝器346.2.4、塔底产品冷凝器346.2.5、原料预热器356.2.6、蒸汽喷出器35第七章 设计评述36第一章 设计方案简介在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。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
5、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，筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学
6、研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修；另外还具有操作弹性小；结构简单抗堵。 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
7、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，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。由于这是第一次课程设计，水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望老师指出，以便订正。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
8、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。
9、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= 20462046+8018 =0.089109XD= 90469046+1018 =0.778846Xw= 846846+9218 =0.032907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/
10、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%1000.000.0095.50.01900.170089.00.07210.389186.70.09660.437585.30.12380.470484.10.16610.508982.70.23370.544582.30.26080.558081.60.32730.582680.70.39650.612279.80.50790.0656479.70.51980.659979.30.57320.68417
11、8.740.67630.738578.410.74720.781578.150.89430.8943利用表中数据由内差可求得tF tD tW tF :（9.66-8.90）+ 89.0 =88.29 tD:（89.43-77.43）+ 78.41 =78.21 tW:（72.1-3.29） + 95.5 =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: y
12、w=0.2273 %(1)精馏段液相组成x1:气相组成y1:所以 (2)提馏段液相组成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 3.2.3混合液体表面张力 由内差法求得在tF tD tW下的乙醇和水的表面张力乙醇表面张力：温度，2030405060708090100110，m N/m22.321.220.419.818.81817
13、.1516.215.214.4水表面张力温度，020406080100，m N/m75.6472.7569.6066.2462.6758.91乙醇表面张力 CF=16.36mN/m CD=17.30mN/m CW=16.13mN/m 水表面张力 wF=59.55mN/m wD=62.99mN/m wW=58.65mN/m塔顶表面张力 D=23.90mN/m原料表面张力 F=53.91mN/m塔底表面张力 w=56.55mN/m(1)精馏段的平均表面张力 1=(23.90+53.91)/2=38.905mN/m(2)提馏段的平均表面张力：2=（56.55+53.91）/2=55.23mN/m3.2.4相对挥发度由 xF=8.9% yF=58.41% 得由 xD=77.88% yD=80.75% 得由 xW=3.29% yw=22.73% 得(1)
