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1、化化工工原原理理课课程程设设计计题目：题目：乙醇乙醇- -水精馏塔及其主要附属设备的设计水精馏塔及其主要附属设备的设计院（系院（系）： 专专 业：业： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 2011 年年 6 月月 25 日日1目录目录一 概述.4 1.1 设计依据4 1.2 技术来源.4 1.3 设计内容.4 1.4 工艺条件.5 1.5 塔型选择.5 二 塔板的工艺设计.5 2.1 物料衡算 5 2.2 精馏塔内各物性参数.6 2.2.1 温度.6 2.2.2 密度.7 2.2.3 粘度8 2.2.4 相对挥发度9 2.2.5 混合液体表面张力.9 2.2.6 气液体积流量
2、 11 2.3 理论塔板数12 2.3.1 最小回流比 Rmin 及操作回流比 R 的确定.12 2.3.2 操作线方程.13 2.4 实际塔板数13 2.4.1 精馏段.13 2.4.2 提馏段.13 2.4.3 全塔效率14 2.5 塔径的初步计算.142.5.1 精馏段.142.5.2 提馏段14 2.6 塔有效高度的计算15 2.7 溢流装置.152.7.1 堰长 152.7.2 方形降液管的宽度和横截.1522.7.3 降液管底隙高度.16 2.8 塔板布置及复发数目与排列.162.8.1 踏板分布162.8.2 浮阀数目与排 列.16 三 塔板的流体力学计算17 3.1 气相通过浮
3、阀塔板的压降.173.1.1 精馏段.173.1.2 提馏段.17 3.2 淹塔.173.2.1 精馏段.183.2.2 提馏段18 3.3 雾沫夹带183.3.1 精馏段.193.3.2 提馏段19 3.4 塔板负荷性能图.193.4.1 雾沫夹带线.193.4.2 液泛线.203.4.3 液相负荷上限.213.4.4 漏液线.21 3.4.5 液相负荷下限线.21 四 接管尺寸的确定23 4.1 进料管23 4.2 回流管.23 4.3 塔釜出料管.23 4.4 塔顶蒸汽出料管24 4.5 塔釜进气管24 五 附属设备设计24 5.1 冷凝器24 5.2 再沸器25 六 总结 .25 七
4、参考文献263八 附件.26一、概述一、概述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，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。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
5、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。1.11.1 设计依据设计依据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。1.21.2 技术来源技术来源4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也采用严格计算法。1.31.3 设计内容设计内容1、确定精馏装置流程，绘出流程示意图。2、工艺参数的确定基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。3、主要设备的工艺尺寸计算板间距，塔径，塔高，溢流装
6、置，塔盘布置等。4 、流体力学计算流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。5、主要附属设备设计计算及选型塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。料液泵设计计算：流程计算及选型。1.41.4、工艺条件、工艺条件生产能力：40000 吨/年（料液）年工作日：300 天原料组成：40%乙醇，60%水（摩尔分率，下同）产品组成：馏出液 70%乙醇，釜液 0.04%乙醇操作压力：塔顶压强为常压进料温度：泡点5进料状况：泡点加热方式：直接蒸汽加热回流比： 自选1.5.1.5. 塔型选择塔型选择根据生产任务，若按年工作日 300 天，每天开动设备 24 小时计算，由于产品粘度较小，流量较
7、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，选用浮阀塔。二、二、 塔板的工艺设计塔板的工艺设计 1 1、物料衡算、物料衡算 依题意0.4Fx 0.7Dx 0.0004Wx340000 10190/7200 29.24Fkmol h108.52/81.48/FDWFxDxWxDkmol hFDWWkmol h0.4 46.070.6 18.0229.24/FMkg h0.7 46.070.3 18.0237.66/DMkg mol2 2、精馏塔内各物性参数计算、精馏塔内各物性参数计算表 1 常压下乙醇和水气液平衡组成（摩尔）与温度的关系3温度/。C液相中乙醇的 含量 x
8、%气相乙醇的含 量 y%0.0004 46(1 0.0004) 1818.03/WMkg mol610000 95.51.917 897.2138.91 86.79.6643.75 85.312.3847.04 84.116.6150.89 82.723.3754.45 82.326.0855.8 81.532.7359.26 80.739.6561.22 79.850.7965.64 79.751.9865.99 79.357.3268.41 78.7467.6373.85 78.4174.7278.15 78.1589.4389.432.12.1、温度、温度根据表 1 绘制常压下乙醇和水液
9、相平衡组成（摩尔）与温度的关系曲线7图 1 常压下乙醇和水液相平衡组成（摩尔）与温度的关系曲线由此图可以读出不同摩尔分数下对应的温度 t80.56F78.76Dt 99.99Wt精馏段的平均温度：180.5678.7679.662t提馏段的平均温度：280.5699.9990.282t2.22.2、密度：、密度：已知：混合液密度：（ 为质量分率，为平均相对1ABLABaa aM分子质量）混合气密度：0 V 0Tv 22.3T（1）精馏段液相组成 ： 1x179.779.379.6679.3 51.9857.3257.32x1x52.51%8气相组成 ： 1y179.779.379.6679.3
10、 65.9968.4168.41y1y66.23%所以1LM46 0.5251 18 (1 0.5251)32.7/kg kmol1VM46 0.6623 18 (1 0.6623)36.54/kg kmol（2）提馏段2t90.28液相组成 ：2x295.58990.2889 1.97.217.21x2x6.16%气相组成 ：2y295.58990.2889 1738.9138.91y2y34.60%所以2LM46 0.0616 18 (1 0.0616)19.7/kg kmol2VM46 0.346 18 (1 0.346)27.69/kg kmol表 2 不同温度下乙醇和水的密度3温度/
11、7080859095乙745735730724720 水997.8971.8968.6965.3961.8 5求得在 与下的乙醇和水的密度1t2t1t79.6632807079.6670 735745745CH CH OH323735.34/CH CH OHkg m9223807079.6670972.68/971.8997.8997.8H O H Okg m2t90.2832323959090.2890723.78/720724724CH CH OH CH CH OHkg m223959090.2890965.1/961.85965.3965.3H O H Okg m精馏段：3 1 110.5251 46/32.71 0.739785.6/735.34972.68L Lkg m气相密度：3 136.54 273.151.263/22.4 (79.66273.15)Vkg m提馏段：3 2 210.0616 46/19.71 0.144821.1/723.78965.1L Lkg m气相密度：3 227.69 273.150.929/22.4 (90.28273.15)Vkg m2.32.3、黏度、黏度表 3 不同温度下溶液黏度3t()水（mPa.s
