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1、1成 绩大连民族大学化工原理课程设计说明书题 目 乙醇-水连续精馏设 计 人 邓嘉祺系 别 生物工程班 级 生物工程131指导教师 刘俏设计日期 2015年6 月282目录1、绪论. 3 2、设计概况简介.3 3、设计条件.43.1题目.43.2设计数据.4 3.3操作条件.44、工艺要求计算.5 41物料衡算及有关物性参数.5 4.2塔板数的计算.64.3塔的主要尺寸的设计计算.75、设计结果及评价.9 5.1主要设计结果汇总表.95.2结果评价.9附录参考资料31、 绪论化工原理课程设计是化工专业学生必修的一门课程。化工原理课程设计是化工原理学习的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修
2、课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中还应培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。通过化工原理课程设计的训练，我们应该建立工程的思想，在解决实际问题的时候把问题做近似合理的简化，从而使问题得到解决。2、 设计概况简介在做课程设计的过程中，应当充分查找相关资料，其中基本物性数据的查找相当关键。在选取经验关联式的时候，应该注意选取的关联式的适用范围。同时，在处理大量数据时，必须能够熟练的使用计算机。
3、比如用计算的方法求取理论板数时，当计算量很大时，可以根据已经总结的相平衡经验关联式编写程序求解。当需要将方程联系求解时，通过计算机求解将相当方便（特别是当方程为隐式方程时，计算机就能体现其优势）。本课程设计在手工计算的基础上加入了化工软件的模拟，模拟结果显示能达到分离的要求，也证实了之前的计算是合理的。 通过化工原理课程设计，也发现自己还欠缺很多方面的知识。比如CAD，ASPEN PLUS等软件不能熟练的应用。同时word排版方面的知识也很欠缺。43、 设计条件3.1题目乙醇水物系连续精馏塔的设计3.2设计数据生产能力：17500吨/年 生产时间：7200小时 料液质量百分数30% 分离要求：
4、产品质量百分数92.5% 残液质量百分数0.1%3.3操作条件操作压力 常 压 进料热状态 泡点进料 单板压降： 0.7 kPa 塔顶全凝，泡点回流。塔顶压强4kpa（表压）塔底间接加热，加热蒸气压力为200kPaR =（1.12）Rmin一年工作300天，每天24h连续运行3.4操作条件及设备选择(1)进料状态本设计选取将料液预热至泡点，以饱和液体状态进料。此时，精馏段和提馏段汽相流率相近，塔径便可相同，便于设计和制造，操作上也比较容易控制。(2)、加热剂和加热方式料液预热和精馏釜加热，通常选用水蒸汽作为加热剂是由于其潜热大，温度便于调节，价格低廉。而本次设计里釜底残夜也为水，故采取水蒸汽作
5、为加热剂。精馏物料乙醇溶于水，且水为难挥发组分，故采用直接加热方式。(3)、板式塔类型的选择通过塔板的几种性能分析，选取筛版塔进行设计54、工艺要求计算41物料衡算及有关物性参数一、料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分率XF=(0.3/M乙)/(0.3/M乙+0.7/M水）=（0.3/46)/(0.3/46+0.7/18)=0.144XD=(0.925/M乙)/(0.925/M乙+0.075/M水)= (0.925/46)/(0.925/46+0.075/18) =0.828Xw=（0.001/M乙/(0.001/M乙+0.999/M水）-（0.001/46)/(0.001/46+0.999/18
6、) =0.00041.平均分子量MF=XF*M乙+(1-XF)*M水=0.144*46+（1-0.144）*18=22.032 g/molMD=XD*M乙+（1-XD)*M水=0.828*46+（1-0.828）*18=41.184g/molMW=XW*M乙+（1-XW)*M水=0.0004*46+（1-0.0004）*18=18.011 g/mol2.物料衡算选取F= 2431kg/h=2.43*106 g/hD+W=F0.925D+0.001W=0.3F得D=1.64*106 g/h W=0.79*106 g/h得D=D/MD= 3.98*104mol/h=11.07mol/sW=W/MW
7、= 4.39*104mol/h=12.19mol/sF=F/MF=8.39*104mol/h=30.64mol/s3.主要悟性参数常压下纯乙醇在饱和温度78摄氏度时的有关数据如下6气相密度 v=1.597kg/m3 液相密度 l=742kg/m3液体表面张力 =17.6mn/mM乙醇= 46kg/kmolM水=18kg/kmol4.2塔板数的计算1、 确定最小回流比回流比是精馏操作中一个重要参数，增大回流比既加大精馏段的液汽比，也加大了提馏段的气液比。有利于精馏过程的传质，但增大回流比的同时能耗也增大，因此选择一个适当回流比很重要。本设计选定 R=32、操作线方程和q线方程精馏段操作线方程yn
8、+1=(R/R+1)*Xn+XD/R+1=0.75Xn+0.207提馏段操作线方程 （选取饱和液体进料，故q=1)RD+qF F-DYn+1 =-Xn- Xw(R+1)D-（1-q)F （R+1）D-（1-q）FYn+1=1.44Xn-1.77*10（-4）q线方程 X=XF=0.144V和V分别为精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流率L和L分别为精馏段和提馏段下降液体的摩尔流率可得出 V=（R+1）D=4*11.07=44.28kmol/h=2.04*103kg/h=565.8g/s7= 0.358m3/sL=RD=3*11.07=33.21kmol/h=597.78kg/h=166.05g/s=
9、0.0002m3/sV=V+(q-1)F=V=44.28kmol/hL=L+qF=33.21+30.64kmol/h=63.85 kmol/h3、塔板数的确定在下页xy图中在平衡线与操作线之间做塔板可得出理论版数N=13规定本设计中总版效率ET=0.6则可得出实际塔板数Np=N/ET=13/0.6=21即此设计中的精馏塔板数为 21 块4.3塔的主要尺寸的设计计算1.塔高初选塔板间距HT=0.4m塔高 H=Np*HT=21*0.4=8.4m2.塔径因为初选HT=0.4m 查参考资料知C20=0.077气体负荷因子C=C20（/20）0.2=0.077*(17.6/20)0.2=0.075液泛气
10、速Uf=1.615m/s操作气速U=0.7Uf=0.7*1.615=1.13m/s所需的气体流道截面积 A=Vs/U=0.682/1.13=0.604 m2选取单流型、弓形降液管塔板取Ad/AT=0.07 A/AT=1-Ad/AT=0.93塔板截面积 AT=A/0.93=0.604/0.93=0.65m2塔径 D=（4AT/）0.5=0.91 m 圆整取1m取整后塔板截面积AT=（/4)D2=0.785 m28降液管截面积Ad=0.07AT=0.055m2气体流道截面积A=0.93AT=0.73m2实际操作气速U=Vs/A=0.682/0.73=0.94m/s实际泛点率U/Uf=1.13/1.
11、615=0.6993.塔板结构设计（1）溢流堰的型式和高度选择本设计Ad/AT=0.07 得LW/D=0.65LW=0.65*D=0.65m堰上方液头高度how=2.84*0.001E(Lh/Lw)2/3=0.0115m取上清液层高度h=0.06mHw=h-how=0.0485m 取0.05m（2）安定区和边缘区宽度的选择入口和出口安定区 bs=0.06m边缘区bc=0.05m将液管宽度 bd=0.125D=0.125m（3）孔径do=4mm 塔板厚度2mm中心距t=3do=12mm95、设计结果及评价5.1主要设计结果汇总表塔板主要结构参数 数据 塔板主要结构参数 数据型式 筛板式 边缘区宽
12、度m 0.05塔高m 8,4 入口和出口区宽度m 0.06塔径m 1 操作气速m/s 1.13实际塔板数 21 泛点率 0.699塔板间距m 0.4 筛孔气速m/s 11.87塔板厚度mm 0.2 堰上方液头高度m 0.0115降液管截面积m2 0.055 降液管中液层高度m 0.06有效传质区面积m2 0.779 液体在降液管中停留时间s21.07溢流堰高m 0.05 稳定系数k 1.57溢流堰长m 0.78 气相负荷上限m3/s 1.54筛孔直径mm 4 气相负荷下限m3/s 0.58开孔率 0.1 操作弹性 2.66筛孔个数 6203 塔板阻力 0.067底隙 0.03105.2结果评价本次设计用于水-乙醇连续精馏塔的精馏操作。设计选用板式精馏塔中的筛板塔。每小时可处理含乙醇40%的料液1997kg。用塔顶为乙醇含量为93.5的产品。塔底残液中乙醇含量小于0.1%。设计采用的精馏塔在完成生产任务的同时可有效避免液泛、气沫夹带等问题。操作弹性为2.66.能够达到设计要求。本次设计的精馏塔是合适的。参考文献：1柴诚敬，王军，张缨. 化工原理课程设计M，天津科学技术出版社，2006致谢在此设计过程中，刘俏老师给予了大量的帮助，在设计完成之际向老师表示深深的谢意。11
