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1、第 1 页，共 44 页化工原理课程设计说明书设计题目 :乙醇-水溶液连续精馏塔设计学生姓名：谭盛福所在班级：化工 092 学号： 200900601077 设计时间：2012 年 6 月 11-27 日设计成绩：指导教师：罗建平审阅时间：化工原理课程设计第 2 页 共 44 页化工原理课程设计说明书设计题目 : 乙醇 - 水溶液连续精馏塔设计设计者 : 班级姓名日期年月指导教师 : (签字 ) 设计成绩 : 日期附任务说明书化工原理课程设计任务书（精馏塔设计 ）一、 设计名称：乙醇 - 水溶液连续精馏塔设计二、 设计条件1.进精馏塔的料液含乙醇25%（质量） ，其余为水；2.产品乙醇含量不得
2、低于94%（质量） ；3.残液中乙醇含量不得高于0.1%（质量） ；4.生产能力为日产94%（质量）乙醇产品（ 200 +5X） 注： X 代表学号最后两位数吨/天；5.操作条件：（1）塔顶操作压力 4kPa（表压） ；（2）进料热状况（自选）；（3）回流比（自选）；（4）加热蒸气为低压蒸汽；（5）全塔效率 60% 。（6）单板压力降 0.7 kPa6工作日：每年 330 天，每天 24 小时连续运行。三、设备形式：筛板塔四、设计内容：1 设计方案的确定及流程说明；2 塔的工艺计算：（1）物料衡算；（2）计算塔顶、塔底及加料板温度；（3）计算平衡数据；（4）计算塔板数：作X-Y 图；求最小回流
3、比及适宜回流比；求理论塔板数和实际塔板化工原理课程设计第 3 页 共 44 页数。3 塔 和塔板的主要工艺尺寸计算：（1）塔体和塔板主要尺寸的确定：塔径；溢流装置（溢流堰长、出口堰高、降液管的宽度及面积、降液管下端与塔板间距离） ； 塔板设计（塔板布置：包括开孔区、 溢 流区 、安定区、无效区；筛孔数或浮阀数：包括孔径、塔板厚度、开孔面积、开孔率 、孔数或浮阀数、浮阀的选型；排列方式及孔心距） 。（2）塔板的液体力学验算：塔板压力降；雾沫夹带；漏液点气速；液泛（即淹塔）。（3）塔板负荷性能图。4 设计结果一览表5 板式塔的结构：（1）塔体结构：塔顶空间；塔底空间；人孔；视镜；支座；塔高；封头及
4、容器法兰。（2）塔板结构及安装方式。6 附属设备的计算及选型（1）再沸器（即蒸馏釜） ；（2）塔顶回流冷凝器；（3）料液预热器；（4）塔顶 、塔底产品冷凝器；（5）主要接管尺寸及法兰：包括塔顶蒸气出口管、回流液管、料液排出管、加料管、饱和水蒸气管的管径及各接管的法兰。（6）蒸气喷出器。7 绘图：生产工艺流程图、精馏塔的工艺图、塔板构造图。8 对本设计的评述和有关问题的分析讨论。化工原理课程设计第 4 页 共 44 页目录第一章设计方案简介 ,7 第二章设计方案的确定及流程说明,8 2.1 设计方案的确定 ,8 2.2 精馏流程说明 ,8第三章塔的工艺计算 ,9 3.1 精馏塔全塔物料衡算 ,9
5、 3.2 计算塔顶、塔底及加料板温度,11 3.3 密度,12 3.4 混合液体表面张力 ,14 3.5 相对挥发度 ,15 3.6 混合物的粘度 ,15 3.7 计算平衡数据 ,16 3.8 计算塔板数 ,16 3.9 计算平均压强 ,19 第四章塔和塔板的主要工艺尺寸计算,19 4.1 塔体和塔板主要尺寸的确定,19 4.1.1 气液相体积流量计算 , 19 4.1.2 塔径, 20 4.1.3 精馏塔有效高度的计算 , 21 4.1.4 溢流装置计算 , 21 4.1.5 塔板布置 , 23 4.2 塔板的液体力学验算 ,25 化工原理课程设计第 5 页 共 44 页4.2.1 塔板压力
6、降,25 4.2.2 雾沫夹带,27 4.2.3 漏液点气速,27 4.2.4 液泛（即淹塔）,28 4.3 塔板负荷性能图,28 4.3.1 漏液线 ,28 4.3.2 过量液沫夹带线,29 4.3.3 液相负荷上限线,30 4.3.4 液相负荷下限线,30 4.3.5 液泛线 ,30 第五章设计结果一览表 ,33 第六章板式塔的结构 ,34 6.1 管尺寸的选择,34 6.1.1 进料管,34 6.1.2 回流管,34 6.1.3 塔底出料管 ,34 6.2 法兰 ,34 6.3 筒体 ,35 6.4 封头 ,35 6.5 裙座 ,35 6.6 塔的顶部及底部空间高度,35 6.7 人孔
7、,36 6.8 塔体高度,36 化工原理课程设计第 6 页 共 44 页第七章附属设备的计算及选型,36 7.1 再沸器 ,36 7.2 塔顶回流冷凝器,38 7.3 原料预热器,38 7.4 塔顶产品冷凝器,39 7.5 塔底产品冷凝器,39 第八章设计评述 ,39 第九章精馏塔的工艺图、带控制点的流程图,40 第十章参考文献 , ,40 第十一章 附录,41 化工原理课程设计第 7 页 共 44 页第一章设计方案简介精馏是分离液体混合物 （含可液化的气体混合物） 最常用的一种单元操作， 在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一
8、种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔
9、、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛，本次课程设计是分离乙醇水二元物系，因此，本章只讨论筛板塔的设计。它的主要优点有：() 结构比浮阀塔更简单，易于加工，安装维修都比较容易，造价约为泡罩塔的 60，为浮阀塔的80左右。() 处理能力大（提高2040） ，比同塔径的泡罩塔可增加1015。() 塔板效率高（提高1015） ，比泡罩塔高 15左右。() 压降较低（降低 3050） ，每板压力比泡罩塔约低30左右。筛板塔的缺点是：() 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。() 操作弹性较小 ( 约 23) 。() 小孔筛板容易堵塞。化工原理课程设计第 8 页 共 44 页第二章设计方案的确定
10、及流程说明2.1 设计方案的确定1. 塔型选择根据生产任务，若按年工作日330 天，每天开动设备24 小时计算，产品流量为410t/d ，由于产品粘度较小，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. 操作压力的选择精馏操作可在常压，加压，减压下进行。一般，除热敏性物料外，凡通过常压蒸馏不难实现分离要求，并能用循环水将馏出物冷凝下来的系统都应采用常压蒸馏。本次设计为乙醇 - 水物系，因此，采用常压操作，塔顶操作压力4kPa（表压） 。3. 进料状态的选择进料状态有五种：过冷液，饱和液，气液混合物，饱和气，过热气。但为使塔的操作稳定，免受气温影响，
11、本次设计采用泡点进料。4. 加热方式精馏大多采用间接加热方式，设置再沸器，加热蒸汽为低压蒸汽。5. 冷却方式塔顶的冷却方式通常水冷却，应尽量使用循环水。如果要求的冷却温度较低，可考虑使用冷却盐水来冷却。6. 热能利用精馏过程的特性是重复进行气化和冷凝。因此，热效率很低。可采用一些改进措施来提高热效率。因此，根据上叙设计方案的讨论及设计任务书的要求，本设计采用常压操作，泡点进料，间接蒸汽加热以及水冷的冷却方式，适当考虑热能利用。2.2精馏流程说明首先，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
12、。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化工原理课程设计第 9 页 共 44 页中，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。最终，完成乙醇与水的分离。即：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板式精馏塔流程图第三章塔的工艺计算3.1 精馏塔全塔物料衡算化工原理课程设计第 10 页 共 44 页表 1：水和乙醇的物理性质名称分 子式相对分子质量密度(20) 3/kgm沸点(101.3kPa) 比热容(20) Kg/(kg.) 黏度(20) mPa.s 导 热 系数(20 )/(m.) 表面张力(20) N/m 水2H O18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8 乙醇25CHOH46.07 789 78.3 2.39 1.1
