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1、化工原理课程设计任务书设计时间： 设计题目： 乙醇水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场） 设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压） 。2. 原料来至上游的粗馏塔，为 9596的饱和蒸汽。因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为 90。3. 塔顶产品为浓度 92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为40 吨/日。4塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于 0.03%（质量分率） 。5塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选） ；塔顶采用全凝器，泡点回流。6操作回流比 R=（1.12.0）Rmin。设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。2画出带
2、控制点的工艺流程图，t-x-y 相平衡图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。3写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。指导教师： 时间1 1 设计任务设计任务1.11.1 任任 务务1.1.11.1.1 设计题目设计题目 乙醇水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒精生产现场）1.1.21.1.2 设计条件设计条件 1.常压操作，P1 atm（绝压） 。2原料来至上游的粗馏塔，为 9596的饱和蒸 气。因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为 90。3塔顶产品为浓度 92.41%（质量分率）的药用乙 醇，产量为 40 吨/日。4塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大
3、于 0.03(质量分率)。 5塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选） ；塔 顶采用全凝器，泡点回流。6操作回流比 R=(1.12.0) 。minR1.1.3 设计任务设计任务 1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口 接管的计算和选型。2画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y 相平衡 图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条 件图。3写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总 和对自己设计的评价。 1.21.2 设计方案论证及确定设计方案论证及确定1.2.11.2.1 生产时日生产时日设计要求塔日产 40 吨 92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作 8 小时， 每 天 24 小
4、时连续正常工作。1.2.21.2.2 选择塔型选择塔型精馏塔属气液传质设备。气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大 类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较1知：板式塔直径放 大时，塔板效率较稳定,且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设 备选择板式塔。筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，它与泡罩塔相比较具有 下列优点：生产能力大 10-15%，板效率提高 15%左右，而压降可降低 30%左右， 另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少 40%左右，安装容易， 也便于清洗检修2。因此，本设计采用筛板塔比较合适。1.2.31.2.3 精馏方式精馏方式由设计要求知，本精馏塔
5、为连续精馏方式。1.2.41.2.4 操作压力操作压力常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用， 提高经济效益, 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下 操作。1.2.51.2.5加热方式加热方式在本物系中，水为难挥发液体，选用直接蒸汽加热，可节省再沸器。1.2.61.2.6 工艺流程工艺流程原料槽中的原料液先由离心泵送到预热器预热，再进精馏塔，精馏塔塔顶 蒸汽经全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品输送进乙醇贮存罐，而再沸器则加热 釜液，塔釜产品流入釜液贮存罐。 2 2 筛板式精馏塔的工艺设计筛板式精馏塔的工艺设计2.12.1 精馏塔的工艺计算精馏塔的工艺计算
6、2.1.12.1.1 乙醇和水的汽液平衡组成乙醇和水的汽液平衡组成相对挥发度的计算：塔顶产品浓度为 92.4%，因此，可近似看成纯乙醇溶液；同理，塔底浓度为 0.02%可近似看成纯水溶液。所以，塔顶温度为乙醇沸点为 78.3oC，塔底温度为水的沸点 96.0oC表表 2-12-1 查得：不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示：2书液相摩尔 分数 x气相摩尔分 数 y温度/液相摩尔 分数 x气相摩尔分 数 y温度/0.000.001000.32730.582681.50.01900.170095.50.39650.612280.70.07210.389189.00.50790.656479.
7、80.09660.437586.70.51980.659979.70.12380.470485.30.57320.684179.30.16610.508984.10.67630.738578.740.23370.544582.70.74720.781578.410.26080.558082.30.89430.894378.15 根据以上数据画出以下乙醇-水的 t-x（y）相平衡图，以及乙醇-水的 x-y 图乙醇-水t-x(y)图0510152025303540455055606570758085909510010500.10.20.30.40.50.60.70.80.91 x(y)温度t()
8、通过试差法求出塔顶、塔底、进料处、加料板的乙醇气相组成17. 05 .9590 3891. 017. 00 .895 .95 进料板Y0190. 05 .9590 0721. 00190. 00 .895 .95 进料板X解得 X进料板=0.0639Y进料板=0.355乙醇-水x-y相平衡图00.10.20.30.40.50.60.70.800.10.20.30.40.50.60.70.8xy计算塔顶、塔底、进料处相对挥发度计算公式为： XaYa1Xa1Ya ）（）（顶Y 8943. 03 .7815.78 8943. 07815. 015.7841.78Y顶=0.82928943. 015.
9、783 .78 8943. 07472. 015.7841.78顶XX顶=0.809417. 05 .9596 17. 005 .95100 顶Y0190. 05 .9596 019. 005 .95100 底X塔顶：顶顶=1.123 塔底：底底=8.957=8.957加料板：加料板加料板=8.063 计算乙醇水的平均相对挥发度： 乙醇水的相对挥发度一般应用各温度下的挥发度的几何平均值或者算术平均值表示，本设计中使用各温度下的几何平均值来表示。=2.32底顶2.1.22.1.2 全塔物料衡算全塔物料衡算 原料液中：设 A 组分乙醇; B 组分水查和得: 6书7书乙醇的摩尔质量：M乙=46.07
10、 kg/kmol水的摩尔质量： M水=18.02 kg/kmol826.002.18/0759.007.46/9241.007.46/9241.0Dx0000782. 002.18/98. 007.46/02. 007.46/02. 0Wx因为入口的原料液是上游为 9596的饱和蒸汽冷却至 90oC 所得，因此，x F的液相组成就是95.5 oC 的气相组成。经查表得，95.5 oC 的饱和蒸汽进料液的摩尔组成为：x F = 0.17根据产量和所定工作时间，即日产 40 吨 92.41%乙醇，每天 24 小时连续正常工作，则原料处理量：D=340 1040.51(/ )24 (0.8265 4
11、6.070.17 18.02)kmol h206. 000000782. 0826. 00000782. 017. 0WDWF XXXX FDhkmol/196.650F hkmolDFW/156.14040.51196.650求 q 值由表 2-1 乙醇-水的平衡数据用内差法求得原料进入塔时90时的气液相组成为：=0.0639 =0.3554xAyA由 F= L + V 和 F = L + V 得 L = 125.26（kmol/h） ，FxxAyAq = L /F = 0.6360则：q线方程为 y = = -1.747x+0.46711Fxqxqq塔顶和塔釜温度的确定塔顶和塔釜温度的确定
12、由 t-x-y 图可知: 塔顶温度 t =78.30，塔底温度 t = 96.00，Dwt=1/2(tD+tw)=87.15回流比和理论塔板的确定回流比和理论塔板的确定用内差法求得进料板的气液相组成（用内差法求得进料板的气液相组成（900进料）进料）进料板位于平衡线上,则： 355. 00639. 0进料板进料板YyXxqq618. 10639. 0355. 0355. 0826. 0minqqqD xyyxRR=1.5*Rmin=1.5*1.618=2.427操作方程的确定操作方程的确定精馏段：hkmolDRL/318.9851.40427. 2hkmolDRV/828.13851.40)
13、1427. 2() 1(提馏段：hkmolqFLL/387.223650.196*636. 0318.98hkmolFqVV/247.67650.196*)636. 01 (828.138)1 (、精镏段操作方程：b292. 0708. 0826. 0*828.13851.40 828.138318.981nDnnxXnxVDxVLy提镏段操作线方程：000182. 0322. 30000782. 0*247.67140.156 247.67387.2231nwnnxXnxVWxVLy相平衡方程为：nnnnnn nyy yyXnxxy32. 132. 2) 1() 1(1板效率及实际塔板数的确
14、定板效率及实际塔板数的确定 （1）求 L平均温度 =87.15 ( C)下 t0A= 0.449mpas B=0.3281 mpas则 L=xFA（1xF）B=0.170.449（10.17）0.3281=0.3487mpasL=2.350.3487=0.8194（2）求板效率ET由 L=0.8194，由化工原理(下)164 页图 10-20 查得 ET=51%，偏低；实际工作ET有所提高,因此取ET =70%.（3）求实际板数由 得TT ENN1精馏段实际板数： N精 =21/0.70=30（块）提馏段实际板数： N提 =7/0.70=10（块）全塔板数： N=40 块2.22.2 精馏段物
15、性衡算精馏段物性衡算2.2.12.2.1物料衡算物料衡算操作压强操作压强 P = 101.325温度温度 t t t =78.30 C t =90 C t =96.00 CmD0 F0 w0t =Cm015.8429030.78 2FDtt定性组成定性组成(1)塔顶 y = X = 0.826 查平衡曲线得到 x =0.8101D1(2)进料 y =0.355 x =0.0639ff平均分子量平均分子量 查附表知:mM(1)塔顶：=0.826 46.07+(1-0.826) 18.02=41.189（）MVDmmolg /=0.810 46.07+(1-0.810) 18.02=40.730（）MLDmmolg /(2)进料: =0.355 46.07+(1-0.355)18.02=27.978（）MVFmmolg /=0.0639 46.07+(1-0.0639) 18.02=19.810（）MLFmmolg /平均分子量=34.584（）=MV
