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1、分类号 学校代号 UDC 密级 学 号化工原理课程设计酒精连续精馏塔的设计设计者指导老师专业名称 食品科学与工程所在学院 提交日期酒精连续精馏板式塔的设计 2目目 录录第一部分 设计任务书.3 1.1 题目.3 1.2 原始数据.3 1.3 任务.3 1.4 作业份量.3 第二部分 工艺流程图流程方案的说明与论证.4 2.1 工艺流程图.4 2.2 设计方案的确定.5 2.3 方案的说明.5 第三部分 设计计算与论证.6 3.1 工艺条件和物性参数计算.6 1)物料衡算,求最小回流比,适宜回流比,理论塔板数6 2)计算全塔效率并算出实际塔板数.6 3)塔的工艺条件及物料数据计算.7 3.2 塔
2、的主要工艺尺寸计算12 1)计算塔径12 2)溢流装置设计12 3)塔板布置及浮阀数目与排列14 3.3 浮阀塔板的流体力学验算17 1)气相通过浮阀塔板的压强降17 2)淹塔17 3)雾沫夹带18 3.4 塔板负荷性能图19 1)雾沫夹带线19 2)漏液线19 3)液相负荷上限19 4)液相负荷下限19 5)液泛线20 6)作出负荷性能图20 3.5 塔的辅助设备设计21 1)预热器21 2)冷却器22 3)全凝器23 4)全凝器的校核23 5)进料泵24 6)冷却水泵24 3.6 主要接管尺寸计算25 1)进料管25 2)回流管25 3)釜液出口管25 4)塔顶蒸汽管26酒精连续精馏板式塔
3、的设计 35)塔釜蒸汽管26 3.7 塔总体结构27 1)塔封头的确定27 2)塔壁厚27 3)塔高27 3.8 塔具体结构设计28 3.9 鼓泡管设计29 3.10 除沫器的选择.29 第五部分 设计心得31 第六部分 参考资料32 第七部分 附录33 7.1 VB 程序界面及运行结果.33 1)界面33 2)运行结果34 7.2 VB 程序源代码.35酒精连续精馏板式塔的设计 4第一部分第一部分 设计任务书设计任务书1.11.1 题目题目酒精连续精馏板式塔的设计1.21.2 原始数据原始数据1)乙醇水混合物，含乙醇 33（质量） ，温度 330C; 2)产品：馏出液含乙醇 92（质量） ，
4、温度 350C; 3)生产能力：日产酒精（指馏出液）36000kg; 4)热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为 3.6kgf/cm2; 0.294 5)釜底液浓度 0.04（质量）1.31.3 任务任务1)确定精馏的流程，绘出流程图，标明所需的设备、管线及其有关观测或控制 所必需的仪表和装置。 2)精馏塔的工艺设计和结构设计：选定塔板型，确定塔径、塔高及进料板的位 置：选择塔板的结构型式、确定塔板的结构尺寸；进行塔板流体力学的计算 （包括塔板压降、淹塔的校核及雾沫夹带量的校核等） 。 3)作出塔的操作性能图、计算其操作弹性。 4)确定与塔身相连的各种管路的直径。 5)计算全塔装置所用蒸汽
5、量和冷却水用量，确定每个换热器的传热面积并进行 选型，若采用直接蒸汽加热，需确定蒸汽鼓泡管的形式和尺寸。 6)其它。1.41.4 作业份量作业份量1)设计说明书一份，说明书内容见化工过程及设备设计的绪论，其中设计 说明结果概要一项具体内容包括：塔板数、塔高、塔径、板间距、回流比蒸 汽上升速度、热交换面积、单位产品热交换面积、蒸汽用量、单位产品蒸汽 用量、冷却水用量、单位产品冷却水用量、操作压强、附属设备的规格、型 号及数量等。 2)塔装配图（1 号图纸） ；塔板结构草图；工艺流程图酒精连续精馏板式塔的设计 5第二部分第二部分 工艺流程图流程方案的说明与工艺流程图流程方案的说明与 论证论证2.1
6、2.1 工艺流程图工艺流程图酒精连续精馏板式塔的设计62.22.2 设计方案的确定设计方案的确定1)塔板类型：选用 F1 型重阀浮阀塔. 浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点，而且操作弹性大，操作灵活，板间压 降小，液面落差小, 浮阀的运动具有去污作用，不容易积垢赌塞，操作周期长， 结够简单容易安装，操作费用较小，又因为轻阀泄漏量大，故采用重阀。 2)操作压力：常压精馏 对于酒精水体系，在常压下已经是液态，且不是热敏性物质，所以选用常 压精馏。因为高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加， 尤其是真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气 体体积增大，需要的塔径增
7、加，因此塔设备费用增加。综上所述，我们选择常 压操作。 3)进料状态：泡点进料 泡点进料的操作容易控制，而且不受季节的影响；另外泡点进料时精馏段 和提馏段塔径相同，设计和控制比较方便。 4)加热方式：采用直接蒸汽加热 直接蒸汽加热只能用于塔底产物基本是水，且在低浓度时的相对挥发度较大 的体系，这样就适用于酒精水体系。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力 较低的蒸汽加热，塔釜只需要安装鼓泡管，可以节省设备费用和操作费用，满 足经济上的要求。 5)回流方式：泡点回流 泡点回流易于控制,设计和控制时比较方便,而且可以节约能源. 6)热能的利用：塔釜残液作为原料预热热源。2.32.3 方案的说明方案的说
8、明 本流程采用直接蒸汽加热，使用 25水作为冷却剂，通入全凝器和冷却器 对塔顶蒸汽进行冷凝和冷却。从预热器、全凝器、冷却器出来的液体温度分别 在 50-60、35和 35左右，可以用于民用热澡水系统或输往锅炉制备热蒸 汽重复利用。料液先通过离心泵送往高位槽，再通过阀门和转子流量计控制流 量使其满足工艺要求。 该精馏塔利用高温的釜液与进料液作热交换，以同时完成进料液的预热和 釜液的冷却，经过热量与物料衡算，设想合理。釜液完全可以把进料液加热到 泡点，且釜液排出时的温度约为 35，可用与其他用途，即使直接排放也不会 造成热污染。 用此方法加热的好处：热能损失少；加热蒸汽用量少；釜液热能得到回收 利
9、用；不用再沸器减少设备费用等。 本设计在塔顶安装除沫器，减少雾沫夹带提高产品质量。 设计的封头采用蝶型，虽塔径为 800mm，不安装人孔，酒精连续精馏板式塔的设计7第三部分第三部分 设计计算与论证设计计算与论证3.13.1 工艺条件和物性参数计算工艺条件和物性参数计算1)1)物料衡算物料衡算, ,求最小回流比求最小回流比, ,适宜回流比适宜回流比, ,理论塔板数理论塔板数采用 VB 程序运算得出,现列出结果如下: D=12000Kg/day=14.062kmol/h F=93.526kmol/h W=79.464 kmol/h 原料液 xF=0.12643 馏出液 xD=0.83868 釜残液
10、 xW=0.0003915 最小回流比 Rmin1.7 取回流比为 3.0 理论塔板数为 22 块(包括再沸器)：精馏段 17 块，提馏段 5 块，加料板为第 18 块2)2)计算全塔效率并算出实际塔板数计算全塔效率并算出实际塔板数 a.计算平均相对挥发度和平均粘度 塔顶：xD=0.83868 时，yD=0.84838t178.34,挥发度1.0756,C1smPa46. 01进料：xF=0.12643 时，yF0.4711t285.38,挥发度6.1544,C2smPa42. 02塔釜：xW=0.0003915 时，yw0.00357根据物料衡算 和 VB 程序得 出查传质与分 离工程P35
11、1 根据 x，用内 差法求得 y，t 用公式)1 ()1 ( yxxy 酒精连续精馏板式塔的设计8求算挥发度 t3 99.99(由于考虑到实际情况常用 103)CC挥发度9.1831,3smPa32. 03平均相对挥发度：9320. 31831. 91544. 60756. 132133m平均粘度：smPam4 . 032. 042. 046. 033321b.计算全塔效率ET =0.49(l)=0.49l245. 04385. 04 . 09320. 3245. 0c.计算实际塔板数 Np=（NT1）/ET（22-1）/0.4385=47.89 精馏段： N1=P/0.4385=17/0.4
12、385=38.77 提馏段： N2=Np-N1取实际总板数 Np=48 块板，精馏段板数取 39 块，进料板在第 40 块 3)3)塔的工艺条件及物料数据计算塔的工艺条件及物料数据计算a.操作压强mP采用常压精馏。塔顶压强：，取每层压强降为KPaPD3 .1012KPaP5 . 0塔底压强：KPaPPPDW3 .125485 . 03 .10148进料板压强：KPaPPPDF8 .120395 . 03 .10139全塔平均操作压强：KPaPPPWD m3 .11323 .1253 .101 2精馏段平均操作压强：KPaPPPFD m1 .11128 .1203 .101 2提馏段平均压强：K
13、PaPPPWF m1 .12323 .1258 .1202b.温度查流体力学 与传热P257 液体年度共线 图求粘度酒精连续精馏板式塔的设计9塔顶：34.78DtC进料板：38.85FtC塔釜：103WtC全塔平均温度：67.90210334.78 2WD mtttC精馏段平均温度：86.81238.8534.78 2FD mtttC提馏段平均温度：19.94210338.85 2WF mtttCc.平均分子量 塔顶第一块板：y1=xD=0.83868,查表得 x8256. 01气相0.836846（10.83868）18VDMM41.4830molg /液相0.825646（10.8256）
14、1841.1168LDMMmolg /进料板：xF=0.12643,查表得 yF0.4711气相0.471146（10.4711）1831.1908VDMMmolg /液相0.1264346（10.12643）18 LDMM21.5400molg /塔釜： xW0.0003915,查表得 yW0.00357气相0.0035746（10.00357）18VDMM18.1000molg /液相0.000391546（10.0003915）18LDMM11酒精连续精馏板式塔的设计108.0109molg /精馏段平均分子量：(41.4830+31.1908)/ 2=36.3369VMMmolg /(41.1168+21.5400)/2=31.3284LMMmolg /提馏段平均分子量：(31.1908+18.1000)/224.6454VMMmolg /(21.5400+18.0109)/2=19.7755LMMmolg /d.平均密度 液相：液相：塔顶：78.34查得(液)0.97281tC水3/cmg(液)0.754乙醇3/cmg0.838680.754（10.83868）0.97280.78931L=789.33/cmg3/mkg进料：查得(液)0.9681Ct38.852水3/cmg(液)0.755乙醇3/cmg0.126430.755（10.12643）0.96810.9
