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1、辽宁石油化工大学继续教育学院论文1目 录 第一部分 总论 .4 第二部分 工艺计算 .6 一、原始数据 .25 二、平衡数据 .25 三、物料横算 .25 四、理论塔板数的计算 .25 五、相关物性数据的计算 .25 六、实际塔板数的确定 .25 第三部分 精馏塔的主要工艺尺寸计算 .8 一、塔径的设计 .25 二、塔高的设计 .25 三、塔板结构尺寸的设计 .25 第四部分 筛板的流体力学验算 . 第五部分 操作负荷性能图 . 第六部分 计算结果表 . 第七部分 辅助设备的计算及选型 .18一、原料贮罐 .25二、产品贮罐 .26三、原料预热器 .26四、塔顶全凝器 .27五、塔底再沸器 .
2、27六、产品冷凝器 .28七、管径的设计 .29八、泵的计算及选型 .29第八部分 结论 .21 参考文献 .24辽宁石油化工大学继续教育学院论文2第一部分第一部分 总论总论乙醇又称酒精，分子式为 CH3CH2OH，相对分子质量 46.07。为无色透明、易燃易挥发的液体，有酒的气味和刺激性辛辣味，溶于水、甲醇、乙醚和氯仿，能溶解许多有机化合物和若干无机化合物，具有吸湿性，能与水形成共沸混合物。乙醇水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇
3、燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在公交、出租车行业内被采用。 。长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇水体系的精馏设备是非常重要的。塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算
4、也采用严格计算法。一、设计目的一、设计目的 综合运用“化工原理”和相关选修课程的知识，联系化工生产的实际完成单 元操作的化工设计实践，初步掌握化工单元操作的基本程序和方法。 熟悉查阅资料和标准、正确选用公式，数据选用简洁，文字和工程语言正确 表达设计思路和结果。 树立正确设计思想，培养工程、经济和环保意识，提高分析工程问题的能力。 二、设计内容： (1) 精馏塔的物料衡算； (2) 塔板数的确定： (3) 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算； (4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； (5) 塔板主要工艺尺寸的计算； (6) 塔板的流体力学验算：辽宁石油化工大学继续教育学院论文3(7) 塔板负荷性
5、能图； (8) 精馏塔接管尺寸计算； (9) 绘制生产工艺流程图； (10) 绘制精馏塔设计条件图； (11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。三、设计方案选定三、设计方案选定 本设计任务为分离水乙醇混合物。原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热后送入连续板式精馏塔，塔 顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为 产品经冷却后送至产品槽；塔釜采用直接水蒸气加热，塔釜残液送至废热锅炉。1 精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连 续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于 所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而
6、无须采用特殊精馏。 2 操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适 用于乙醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。 3 塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的浮阀 塔，浮阀塔处理能力大，塔板效率高，压降较低，在乙醇和水这种黏度不大的 分离工艺中有很好表现。 4 加料方式和加料热状态：加料方式选择加料泵打入。加料热状态为直接 水蒸气加热。 5 由于蒸汽质量不易保证，采用直接蒸汽加热。 6 冷凝冷却器安装在较低的框架上，通过回流比控制期分流后，用回流泵 打回塔内，馏出产品进入储罐。塔釜产品接近纯水，一部分用来补充加热蒸汽， 其余储槽备稀释其他工段污
7、水排放。辽宁石油化工大学继续教育学院论文4第二部分第二部分 工艺计算工艺计算一、原始数据一、原始数据1、进料量 F： skgF/763. 1360024300100045000 （年工作日：300天） 2、进料组成（质量分数）wF： wF=0.35 3、塔顶产品的乙醇含量（质量分数）wD： wD=0.90 4、塔底产品的乙醇含量（质量分数）wW：wW=0.01 5、泡点进料：q=1；操作压力：常压 二、平衡数据：二、平衡数据：温度 /液相中乙醇 的摩尔分数汽相中乙醇 的摩尔分数温度 /液相中乙醇 的摩尔分数汽相中乙醇 的摩尔分数1000081.50.32730.582695.50.0190.1
8、780.70.39650.6122890.07210.389179.80.50790.656486.70.09660.437579.70.51980.659985.30.12380.470479.30.57320.684184.10.16610.508978.740.67630.738582.70.23370.544578.410.74720.781582.30.26080.55878.150.89430.8943绘制 txy 图00.10.20.30.40.50.60.70.80.917580859095100图一 乙醇水溶液 txy 图辽宁石油化工大学继续教育学院论文5三、物料衡算三、物料
9、衡算1、原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率 乙醇的摩尔质量为：46 kg/kmol 水的摩尔质量为：18 kg/kmol174. 018/65. 046/35. 046/35. 0 1水乙醇乙醇Mw MwMwxFFFF7788. 018/10. 046/90. 046/90. 01水乙醇乙醇Mw MwMwxDDDD0039. 018/99. 046/01. 046/01. 0 1水乙醇乙醇Mw MwMwxWWWW2、原料的处理量： 原料液的平均分子量： MF=460.17418(10.174)=22.87kg/molF=45000/(3002422.87)=273.25kmol/h=0.075
10、9 kmol/s 3、最小回流比 Rmin的确定： 绘制相平衡 xy 图（图二） ，从平衡数据中科查出相对应的泡点温度。 tD=78.62、 tF=83.83、 tW=99.32在 xy 图上找到 q 线（q=1）和 xD点,过 xD点做平衡线的切线即可，见图 三。 切点坐标：yq=0.642、xq =0.482856. 0482. 0642. 0642. 0779. 0minqqqD xyyxR4、操作回流比 R 的确定： 取操作回流比为：R=1.17Rmin=1 5、对全塔作物料衡算：VOF=DW F xF= D xDW xw W=L=LqF 解得： D=59.36kmol/h、W=332
11、.64kmol/h、VO=118.74kmol/h辽宁石油化工大学继续教育学院论文6四、理论塔板数的计算四、理论塔板数的计算 因为乙醇与水属于理想物系，可采用图解法求解。 1、塔内的气、液相负荷：L=RD=59.36kmol/h=0.0165 kmol/s V=(R1)D=259.36=119.02kmol/h=0.033 kmol/sL=W=332.64kmol/h=0.0924 kmol/s V=VO=119.02kmol/h=0.033 kmol/s 2、精馏段、提馏段操作线方程：39. 05 . 011 11nDnDnnxxRxRRxVDxVLyC、提馏段操作线：011. 08 . 2
12、1mWmmxxVWxVLy3、图解法求理论塔板层数 NT 在 xy 图上画出操作线，然后在操作线和平衡线间画阶梯，与平衡线的交 点个数就是塔板数。(见图四) 从图四可看出结论为： 总理论塔板数 NT为 18 块(包括再沸器) 进料板位置 NF为自塔顶数起第 13 块。 五、相关物性数据求解五、相关物性数据求解 1、从 txy 图中可查到塔内的温度00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91图二 乙醇水溶液的 xy 图图三 最小回流比的确定辽宁石油化工大学继续教育学院论文7塔顶温度：tD=78.62 、塔底温度：tW=99.32、进料温度：tF=83.83 精馏段平均温度 tm=(78.62+83.83)/2=81.25 提馏段平均温度：tm=(99.32+83.83)/2=91.582、平均分子量
