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1、化工原理课程设计题 目 乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计 目 录1. 设计任务书2. 英文摘要前言 3. 前 言14. 精馏塔优化设计55. 精馏塔优化设计计算56. 设计计算结果总表227. 参考文献238. 附 录239. 致 谢10.课程设计心得精馏塔优化设计任务书一、设计题目乙醇水溶液连续精馏塔优化设计二、设计条件1处理量： 40000 （吨/年）2料液浓度： 35 （wt%）3产品浓度： 90 （wt%）4易挥发组分回收率： 99.5% 5每年实际生产时间：7200 小时/年6. 操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强：1.03 atm（绝对压强）进料热状况:泡点进料三、设计任务a) 流程的
2、确定与说明；b) 塔板和塔径计算；c) 塔盘结构设计 i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；ii. 流体力学验算；iii. 塔板负荷性能图。 d) 其它 i. 加热蒸汽消耗量； ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配 图，编写设计说明书。乙醇水溶液连续精馏塔优化设计摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。（Department of Chemistry,Universit
3、y of South China,Hengyang 421001）Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillatio
4、n process and equipment design theme.Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.前 言乙醇在工业、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
5、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。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。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。浮阀塔与 20 世纪 50 年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是 F1 型和 V-4 型。F1 型浮阀的结果简单、
6、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内， F1 型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。精馏塔优化设计计算在常压连续浮阀精馏塔中精馏乙醇水溶液，要求料液浓度为 35%，产品浓度为 90%，易挥发组分回收率 99.5%。年生产能力 40000 吨/ 年操作条件：直接蒸汽加热 塔
7、顶压强：1.03atm（绝对压强）进料热状况：泡点进料一 精馏流程的确定乙醇水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。工艺流程图见图二 塔的物料衡算1. 查阅文献，整理有关物性数据1 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101.33kPa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 2HO18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8乙醇5C46.07 78
8、9 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表常压下乙醇水系统 txy 数据如表 16 所示。表 16 乙醇水系统 txy 数据乙醇摩尔数/% 乙醇摩尔数/%沸点 t/液相 气相 沸点 t/ 液相 气相99.9 0.004 0.053 82 27.3 56.4499.8 0.04 0.51 81.3 33.24 58.7899.7 0.05 0.77 80.6 42.09 62.2299.5 0.12 1.57 80.1 48.92 64.7099.2 0.23 2.90 79.85 52.68 66.2899.0 0.31 3.725 79.5 61
9、.02 70.2998.75 0.39 4.51 79.2 65.64 72.7197.65 0.79 8.76 78.95 68.92 74.6995.8 1.61 16.34 78.75 72.36 76.9391.3 4.16 29.92 78.6 75.99 79.2687.9 7.41 39.16 78.4 79.82 81.8385.2 12.64 47.49 78.27 83.87 84.9183.75 17.41 51.67 78.2 85.97 86.4082.3 25.75 55.74 78.15 89.41 89.41乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：1825时的乙
10、醇和水的混合液的表面张力与乙醇浓度之间的关系为： 584532 103.108.016.964.072.8364.7 xxxx 式中 25时的乙醇和水的混合液的表面张力，N m；x乙醇质量分数，。其他温度下的表面张力可利用下式求得 2.121TC式中 1温度为 T1时的表面张力；Nm； 2温度为 T2时的表面张力；Nm；TC混合物的临界温度， TCx iTci ，K；xi组分 i 的摩尔分数； TCi组分 i 的临界温度， K。2. 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数XF= 0.1740.3546.070.3546.07+0.6518.02=XD=0.946.070.946.07+0.118.02
11、=0.779X = =0.0019W0.00546.070.00546.07+0.99518.023. 平均摩尔质量M =0.174 46.07+（1-0.174） 18.02=22.90 kg/kmolFM = 0.779 46.07+ (1-0.779) 18.02=39.87kg/kmolDM =0.0019 46.07+（1-0.0019） 18.02=18.07kg/kmolW4. 物料衡算 已知：F= =199.55400001000720027.84 /kmolh总物料衡算 F+S=D+W=kmol/h易挥发组分物料衡算 FX=+联立以上二式得 D= W= S= 三 塔板数的确定
12、1. 理论塔板数 的求取TN根据乙醇水气液平衡表 1-6，作图XDXY(77.9,77.9)(0,32)+1求最小回流比 Rmin 和操作回流比 R。因为乙醇-水物系的曲线是不正常的平衡曲线,当操作线与 q 线的交点尚未落到平衡线上之前,操作线已经与平衡线相切,如图 g 点所示. 此时恒浓区出现在 g 点附近, 对应的回流比为最小的回流比. 最小回流比的求法是由点 a( ,Dx)向平衡线作切线，再由切线的斜率或截距求Dx minR作图可知 b=0.32 b= =0.32 Rmin =1.431Dx由工艺条件决定 R=1.6R min故取操作回流比 R=2.29（2）理论板数 塔顶，进料，塔底条
13、件下纯组分的饱和蒸气压TN iptD= 78.578.478.679.8275.99=78.677.975.99=tF= 83.7583.7585.217.4112.64=85.217.412.64=tW= 99.3199.299.50.230.12=99.50.190.12=lgp=A-B/(t+c)饱和蒸气压/kpa组分塔顶 进料 塔底水 44.6 55.04 98.85乙醇 102.03 125.17 220.08求平均相对挥发度塔顶 = = =2.29DABP102.0344.6进料 = =2.27F125。 1755.04塔底 = =2.23W220.0898.85全塔平均相对挥发度
14、为= =2.26 = D2.232.29= = =2.28mFD2.272.29理论板数 N由芬斯克方程式可知N = = =8.23min 1lX1lmgWDg0.77910.77910.00190.00192.261且 1 +1=2.291.432.29+1=0.26由吉利兰关联图曲线近似式 +1=0.750.75(+1)0.5668即 +1=0.400解得 N=14.38 取整数 N=15（包括蒸馏釜）进料板2.42=11 1=0.77910.77910.1740.1742.281=前已经查出即 0.4+1=0.42.42+1=解得 N=4.7故进料板为从塔顶往下的第 5 层理论板 即 =5FN总理论板层数 =15（包括蒸馏釜）TN进料板位置 =5F2、全塔效率 TE因为 =0.49( )0.245根据塔顶、塔釜液组成，
