乙醇-水精馏塔浮阀塔课程设计

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1、燕京理工学院课程设计 化工原理课程设计化工原理课程设计 乙醇水混合液精馏塔设计 刘入菡 应用化学专业 应化 1104 班 学号 110130106 指导教师 顾明广 摘摘 要要 本设计为分离乙醇-水混合物，采用筛板式精馏塔。精馏塔是提供混合物气、 液两相接触条件，实现传质过程的设备。它是利用混合物中各组分挥发能力的 差异，通过液相和气相的回流，使混合物不断分离，以达到理想的分离效果。 选择精馏方案时因组分的沸点都不高所以选择常压，进料为泡点进料，回 流是泡点回流。塔顶冷凝方式是采用全凝器，塔釜的加热方式是使用再沸器。 精馏过程的计算包括物料衡算，热量衡算,塔板数的确定等。然后对精馏塔 进行设计

2、包括：塔径、塔高、溢流装置。最后进行流体力学验算、绘制塔板负 荷性能图。 乙醇精馏是生产乙醇中极为关键的环节，是重要的化工单元。其工艺路线 是否合理、技术装备性能之优劣、生产管理者及操作技术素质之高低，均影响 乙醇生产的产量及品质。工业上用发酵法和乙烯水化法生产乙醇，单不管用何 种方法生产乙醇，精馏都是其必不可少的单元操作。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。 关键词：关键词：乙醇水精馏 浮阀塔 连续精馏 塔板设计 燕

3、京理工学院课程设计 I 目 录 前 言 1 第一章 设计任务书2 1.1、设计条件2 1.2、设计任务2 1.3、设计内容3 第二章 设计方案确定及流程说明5 第三章 塔板的工艺设计7 3.1、全塔物料衡算 7 3.2、塔内混合液物性计算 8 3.3、适宜回流比 15 3.4、溢流装置 21 3.5、塔板布置与浮阀数目及排列 22 3.6、塔板流体力学计算 25 3.7、塔板性能负荷图 29 3.8、塔高度确定 33 第四章 附属设备设计35 4.1、冷凝器的选择 35 4.2、再沸器的选择 36 第五章 辅助设备的设计38 5.1、辅助容器的设 计38 燕京理工学院课程设计 II 5.2、管

4、道设 计39 燕京理工学院课程设计 III 第六章 控制方案42 第七章 设计心得与体会42 附录一 主要符号说明43 附录二 塔计算结果表45 附录三 管路计算结果表47 文 献 综 述48 燕京理工学院课程设计 0 前前 言言 乙醇（C2H5OH） ，俗名酒精，是基本的工业原料之一，与酸碱并重，它作为 再生能源犹为受人们的重视。工业上常用发酵法（C6H10O5）n 和乙烯水化法制 取乙醇。乙醇有相当广泛的用途，除用作燃料，制造饮料和香精外，也是一种 重要的有机化工原料，如用乙醇制造乙酸、乙醚等；乙醇又是一种有机溶剂， 用于溶解树脂，制造涂料。 要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续

5、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。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

6、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、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。 燕京理工学院课程设计 1 燕京理工学院课程设计 0 一一 设计任务书设计任务书 1.11

7、.1 设计条件设计条件 处理量：106000 吨/年 操作条件： 精馏塔塔顶压强：1. 03 atm（绝对压强) 进料液状态：自选 回流比：自选 加热蒸汽压力：低压蒸汽 单板压降：75mm 液柱 乙醇-水平衡数据自查 液料组成（质量分数）：45% 塔顶产品质量组成（质量分数）：93% 塔顶易挥发组分回收率：99% 每年实际生产天数：330 天 1.21.2 设计任务设计任务 精馏塔的物料衡算 塔板数的确定 精馏塔的工艺条件及有关数据的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸的计算 塔板主要工艺尺寸的计算 塔板的流体力学验算 塔板负荷性能图 精馏塔接管尺寸的计算 燕京理工学院课程设计 1 1.3 设计内容设计

8、内容 工艺设计 选择工艺流程和工艺条件 1) 加料方式：贮罐 加料泵 精馏塔。 2) 进料热状态：泡点进料，进料根据能量充分合理利用和节能原则，可利 用塔顶蒸汽的冷凝热对料液进行预热至沸点。 3) 塔顶蒸汽冷凝方式：在分凝器中利用塔顶蒸汽的冷凝热对料液进行预热， 饱和液体进入回流罐，饱和气体然后在全凝器中进一步冷凝成饱和液体进入回 流罐。 4) 再沸器加热方式：间接加热。 5) 塔顶产品的出料状态：塔顶产品冷却至常温后进产品贮槽。塔底采出物 流的能量另作它用。 精馏工艺计算 物料衡算确定各物料流量。 确定适宜回流比。 精馏塔设备设计 塔板设计和流体力学计算 对精馏段和提馏段分别进行塔板设计和流

9、体力学计算。确定溢流装置的设 计，塔盘布置，塔盘流动性能的校核。 绘制塔板汽液负荷性能图 分别画出精馏段和提馏段的塔板汽液负荷性能图。 精馏塔机械结构和塔体附件 a.接管规格：根据流量和流体性质，选取经验流速，确定进料管、塔顶蒸 汽管、回流液管、塔釜再沸器进液管和蒸汽管的接管规格。 b.全塔高度：包括上下封头、裙座高度。 附属设备设计和选用 燕京理工学院课程设计 2 完成塔底再沸器的详细设计计算。 泵选型。 换热器选型：对原料预热器、塔顶产品冷却器等进行选型。 塔顶冷凝器设计选型：根据换热量、回流管内流速、冷凝器高度对塔顶 冷凝器设计选型。 原料和产品储罐的设计计算。 输送管路的设计计算。 控

10、制仪表的选择参数。 编写设计说明书 设计说明书是将本设计的详细介绍和说明。设计说明书应根据设计指导思 想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技 术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果，对所选 用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。 设计说明书应附有带控制点的工艺流程图，精馏塔、塔板结构和再沸器工 艺条件图，计算机程序框图和源程序。 设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操 作条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计 算；设计结果概览；附录；参考文献；设计体会等。 图纸 用 2#图纸绘制

11、带控制点的工艺流程图 1 张； 燕京理工学院课程设计 3 第二章第二章 设计方案确定及流程说明设计方案确定及流程说明 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据 塔内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆 流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能 力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小结构简单、设备取材面 广等。 本设计的任务为分离乙醇水二元混合物，采用连续精馏流程。本设计采 用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采 用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产

12、品冷却器冷 却后送至储罐之中。回流比根据经济核算得到，且最适宜回流比与最小回流比 的关系范围为。塔底采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却 minopt R)0 . 21 . 1 (R 后送至储罐。 塔板类型选择 浮阀塔的优点是结构简单、制造方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力 大；由于阀片可以随气量的变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹 入液层，气液接触时间长，塔板效率高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物性 时，阀片易于塔板粘结，故操作过程中有时会发生阀片脱落和卡死等现象，导 致塔板效率下降。但乙醇水物系属于不易结焦、低粘度物系，因而不存在上 述问题。综合考虑各类塔板的优缺点和待分离物系特点

13、，确定选择浮阀塔，类 型为常用的 F1型。 操作压力的选择 条件设定塔顶操作压力为常压，不需设置真空设备或加压设备。塔底压力 略高于常压，但非常压下物系平衡数据较难获得，故在计算过程中不考虑压力 变化引起的物系组成变化和温度变化，这是本设计的一个不足之处。 进料热状况的选择 本设计采用泡点进料，此时，进料热状态参数 q=1，精馏段和提馏段气体 燕京理工学院课程设计 4 摩尔流量相同，体积流量也相近，塔径基本相同。 加热方式的选择 本设计采用间接蒸汽加热，塔底设再沸器，加热蒸汽温度 120。 能量的利用问题 精馏塔塔底再沸器输入的能量大部分被塔顶冷却剂带走，能量利用率较低， 故利用温度较高的产品

14、（乙醇）或副产品（水）以及冷凝后的加热蒸汽对原料 液进行余热，也可通过别的方式利用余热。 图 21 乙醇-水精馏塔工艺流程简图 燕京理工学院课程设计 5 第三章第三章 塔板的工艺设计塔板的工艺设计 3.13.1 全塔物料衡算全塔物料衡算 3.1.13.1.1 原料液原料液 质量组成（乙醇，下同）0. 45 F 摩尔组成 0. 45 / 46 0. 2425 0. 45 / 460. 55 / 18 F x 质量流量 3 10600010 13383. 8384 (/) 33024 m F qkgh 平均摩尔质量 0. 2425460. 75751824. 79 (/)FMkgkm ol 摩尔流量 13383. 8384 539. 89 (/) 24. 79 nF qkm olh 3.1.23.1.2 塔顶采出液塔顶采出液 质量组成 0. 93 D 摩尔组成 0. 93 / 46 0. 8387 0. 93 / 460. 07 / 18 D x 质量流量 0. 99 13383. 83840. 456411. 29 (/)