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1、南京工程学院化工原理课程设计成绩 南京工程学院课程设计说明书（论文）题目 乙醇水连续精馏塔的设计 课 程 名 称 化工原理 院 (系、部、中心) 环境工程系 专 业 环境工程 班 级 环境081 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 实验楼D201 ，文理楼A404 指 导 教 师 设计起止时间：2010年12月20日至 2010 年12月31日第一章 绪论2一、目的：2二、已知参数：3三、设计内容：3第二章 课程设计报告内容3一、精馏流程的确定3二、塔的物料衡算4三、塔板数的确定4四、塔的工艺条件及物性数据计算6五、精馏段气液负荷计算10六、塔和塔板主要工艺尺寸计算10七、筛板的流体力学验
2、算16八、塔板负荷性能图18九、筛板塔的工艺设计计算结果总表22十、精馏塔的附属设备及接管尺寸23第三章 总结23.乙醇水连续精馏塔的设计第一章 绪论一、目的：通过课程设计进一步巩固课本所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调节技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书。在常压连续精馏塔中精馏分离含乙醇25%的乙醇水混合液，分离后塔顶馏出液中含乙醇量不小于94%，塔底釜液中含乙醇不高于0.1%（均为质量分数）。二、已知参数：（1）设计任务l 进料乙醇 X =
3、25 %（质量分数，下同）l 生产能力 Q = 80t/dl 塔顶产品组成 94 %l 塔底产品组成 0.1 % （2）操作条件 l 操作压强：常压l 精馏塔塔顶压强：Z = 4 KPal 进料热状态：泡点进料l 回流比：自定待测l 冷却水： 20 l 加热蒸汽：低压蒸汽，0.2 MPal 单板压强： 0.7l 全塔效率：ET = 52 %l 建厂地址：南京地区l 塔顶为全凝器，中间泡点进料，筛板式连续精馏三、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计算（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）（4）
4、 设计结果概要或设计一览表（5） 精馏塔工艺条件图（6） 对本设计的评论或有关问题的分析讨论第二章 课程设计报告内容一、精馏流程的确定乙醇、水混合料液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沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。二、塔的物料衡算(一) 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数(二) 平均摩尔质量(三) 物料衡算总物料衡算 易挥发组分物料衡算 日生产能力Y=90吨 联立以上三式得 三、塔板数的确定(一) 理论塔板数的求取 乙醇、水属理想物系，可采用M.T.图解法求1.根据乙醇、水的气液平
5、衡数据作y-x图附表 乙醇水气液平衡数据液相中乙醇的摩尔分数气相中乙醇的摩尔分数液相中乙醇的摩尔分数气相中乙醇的摩尔分数0.00.00.250.5510.010.110.300.5750.020.1750.40.6140.040.2730.50.6570.060.340.60.6980.080.3920.70.7550.10.430.80.820.140.4820.8940.8940.180.5130.950.9420.20.5251.01.0 图：乙醇水的y-x图及图解理论板2. 乙醇水体系的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a（）作平衡线的切线并延长与y轴相交，截距 取操作回流比故精馏段操
6、作线方程 即3.作图法求理论塔板数得（包括再沸器）。其中精馏段理论板数为22层，提留段为5层（包括再沸器），第18层为加料板。(二)全塔效率已知=52%(三)实际塔板数N精馏段层提留段层四、塔的工艺条件及物性数据计算以精馏段为例进行计算（一）操作压强Pm塔顶压力取每层塔板压强降则进料板压强精馏段平均操作压强（二）温度tm 依据操作压力，通过方程试差法计算出泡点温度，其中水、乙醇的饱和蒸汽压由安托尼方程计算。 方程为式中：溶液中组分的摩尔分数；溶液上方的总压，Pa；同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa。（下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分） 安托因方程为式中：在温度为T时的饱和蒸汽压，mmHgT
7、温度，A,B,CAntoine常数，其值见下表。附表 Antoine常数组分ABC乙醇8.044961554.3222.65水7.966811668.21228计算结果如下：塔顶温度公式：进料板温度公式：则精馏段平均温度（三）平均摩尔质量Mm塔顶 查气液平衡曲线，可得2进料板 即查气液平衡曲线，可得 则精馏段平均摩尔质量：（四） 平均密度1.液体密度 附表 乙醇与水的密度温度/2030405060708090100110乙醇密度/kg/m3795785777765755746735730716703水密度/kg/m3998.2995.7992.2988.1983.2977.8971.8965.
8、3958.4951.0已知：（为质量分数）塔顶 因为 所以 进料板 由加料板液相组成因为所以 故精馏段平均液相密度2.气相密度（五）液体表面张力附表 乙醇与水的表面张力温度/2030405060708090100110乙醇表面张力103/N/m22.321.220.419.818.81817.1516.215.214.4水表面张力103/N/m72.671.269.667.766.264.362.660.758.856.9塔顶 因为 所以 进料板 因为 所以 则精馏段平均表面张力为（六）液体黏度已知： 乙醇的A=686.64 B=300.88塔顶 水的黏度 进料板 水的黏度 则精馏段平均液相黏
9、度为五、精馏段气液负荷计算六、塔和塔板主要工艺尺寸计算（一） 塔径D参考表4-1，初选板间距,取板上液层高度表4-1 板间距与塔径的关系塔径D/m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板间距HT/mm200300250350300450350600400600 图4-5 Sminth关联图查图4-5可知，依照下式校正C取安全系数为0.70，则故按标准，塔径圆整为1.6m，则空塔气速（二）溢流装置 采用单溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。各项计算如下。1.溢流堰长 为0.66D，即 2.出口堰高由 ，图4-9 液流收缩系数计算图查图4-9，知E =1 则
10、故 3.管滴宽度与降液管滴面积 由 图4-11 弓形降液管的宽度和面积查图4-11，得 ，故 由下式计算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积，即 (符合要求)4.降液管底隙高度取液体通过降液管底隙得流速 ，依下式计算降液管底隙高度 （符合要求）（三）塔板布置1.取边缘区宽度，安定区宽度2.依下式计算开孔区面积其中 其中:出口堰高 how堰上液层高度 降液管底隙高度 进口堰与降液管的水平距离 进口堰高 降液管中清液层高度 板间距 堰长 弓形降液管高度 无效周边高度 安定区宽度 D塔径 R鼓泡区半径 x鼓泡区宽度的1/2 t同一横排的阀孔中心距 (单位均为m) （四）筛孔数n与开孔率取筛孔的孔径
11、，正三角形排列，一般碳钢的板厚，取，故孔中心距依下式计算塔板上的筛孔数n，即依下式计算塔板上的开孔区的开孔率，即 （在5%15%范围内）每层塔板上的开孔面积为气体通过筛孔的气速 （五）塔有效高度Z（精馏段）(六) 塔高计算七、筛板的流体力学验算（一）气体通过筛板压强降的液柱高度 依式 1. 干板压强降相当的液柱高度依 图4-13 干筛孔的流量系数查图4-13， 2. 气流穿过板上液层压强降相当的液柱高度 图4-14 充气系数关系图由图4-14查取板上液层充气系数为0.6。 依右式 3. 克服液体表面张力压强降相当的液柱高度依式（4-41）故 单板压强降0.7kPa(设计允许值)（二）雾沫夹带量的验算 依式（4-41） 式中，塔板上鼓泡层高度，可按泡沫层相对密度为0.4考虑，即=（0.4）=2.5=2.50.07=0.175故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。（三）漏液的验算筛板的稳定性系数 故在设计负荷下不会产生过量漏液。（
