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1、山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计化工原理课程设计分离乙醇-水混合物精馏塔设计学 院： 化学工程学院 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 时 间： 2012年6月13日星期三 化工原理课程设计任务书 一、设计题目：分离乙醇-水混合物精馏塔设计二、原始数据：a） 原料液组成：乙醇 20 % 产品中： 乙醇 含量 94% 残液中 4%b） 生产能力：6万吨/年 c）操作条件 进料状态：自定 操作压力：自定 加热蒸汽压力：自定 冷却水温度：自定三、设计说明书内容：a）概述b）流程的确定与说明c）塔板数的计算（板式塔）； 或填料层高度计算（填料塔）d) 塔径的计算e）1）塔板结构计算；
2、a 塔板结构尺寸的确定； b塔板的流体力学验算；c塔板的负荷性能图。 2）填料塔流体力学计算； a 压力降； b 喷淋密度计算 f）其它（1） 热量衡算冷却水与加热蒸汽消耗量的计算（2） 冷凝器与再沸器传热面的计算与选型（板式塔）（3） 除沫器设计g）料液泵的选型h）计算结果一览表第一章 课程设计报告内容一、精馏流程的确定乙醇、水混合料液经原料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后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。二、塔的物料衡算(一) 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数(二) 平均摩尔质量(三
3、) 物料衡算总物料衡算 易挥发组分物料衡算 联立以上三式得 三、塔板数的确定(一) 理论塔板数的求取 根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x图乙醇水气液平衡数据液相中乙醇的摩尔分数气相中乙醇的摩尔分数液相中乙醇的摩尔分数气相中乙醇的摩尔分数0.00.00.250.5510.010.110.300.5750.020.1750.40.6140.040.2730.50.6570.060.340.60.6980.080.3920.70.7550.10.430.80.820.140.4820.8940.8940.180.5130.950.9420.20.5251.01.0乙醇水图解法求理论塔板数2. 乙醇水
4、体系的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a（）作平衡线的切线并延长与y轴相交，截距 取操作回流比故精馏段操作线方程 即3.作图法求理论塔板数得（不包括再沸器）。第16层为加料板。 (四) 物性参数和实际塔板数的计算4.1温度 常压下乙醇水气液平衡组成与温度的关系温度T液相中乙醇的摩尔分率%气相中乙醇的摩尔分率%1000.000.0095.50.01900.170089.00.07210.389186.70.09660.437585.30.12380.470484.10.16610.508982.70.23370.544582.30.26080.558081.60.32730.582680.70
5、.39650.612279.80.50790.0656479.70.51980.659979.30.57320.684178.740.67630.738578.410.74720.781578.150.89430.8943利用表中数据由内差可求得tF tD tW tF := tF=87.39 tD: := tD =78.21 tW := tW =96.21 精馏段平均温度:=82.8 提留段平均温度:=91.84.2气液组成塔顶温度: tD=78.21气相组成yD: yD=0.8683进料温度: tF=87.39气相组成yF: yF=0.4230塔底温度: tW=99.91气相组成yw: yw
6、=0.04923(1)精馏段液相组成x1:气相组成y1:所以 (2)提留段液相组成x2:气相组成y2:所以4.3液体粘度（一）乙醇的粘度1），塔顶温度: tD=78.21 查表，得乙醇=0.45mpas, 2), 进料温度: tF=87.39 查表，得乙醇=0.38mpas, 3），塔底温度: tW=99.91 查表，得乙醇=0.335mpas,（二）水的黏度1），塔顶温度: tD=78.21 2), 进料温度: tF=87.39 3），塔底温度: tW=99.91 4), 5)全塔平均液相黏度为4.4相对挥发度由 xF=0.0892 yF=0.4230 得由 xD=0.86 yD=0.086
7、83 得由 xW=0.016 yw=0.04923 得4.5全塔效率的估算（1）用对全塔效率进行估算：全塔平均液相黏度为全塔效率 （2） 实际塔板数 块 其中，精馏段的塔板数为：块4.6 操作压力（1）操作压力计算 塔顶操作压力 101.3 kPa每层塔板压降 P0.7 kPa进料板压力101.30.715125.72kPa塔底操作压力=101.30.742130.7kPa精馏段平均压力 kPa提馏段平均压力 kPa（2）密度乙醇与水的密度温度/2030405060708090100110乙醇密度/kg/m3795785777765755746735730716703水密度/kg/m3998.
8、2995.7992.2988.1983.2977.8971.8965.3958.4951.0已知：（为质量分数）1, 液相密度(1) 塔顶 因为 tD =78.21 所以 (2) 进料板 因为 所以 （3）塔釜 因为tW =96.21所以 （4）精馏段平均液相密度（5）精馏段平均液相密度2.气相密度（1）精馏段 （1）提馏段 4.7 液体表面张力乙醇表面张力：温度，2030405060708090100110，m N/m22.321.220.419.818.81817.1516.215.214.4水表面张力温度，020406080100，m N/m75.6472.7569.6066.2462.
9、6758.91(1) 塔顶 因为 tD =78.21 所以 (2) 进料板 因为 所以 （3）塔釜 因为tW =96.21所以 （4）塔顶表面张力 （5）进料板表面张力（6）塔底表面张力 （7）精馏段平均表面张力（8）提馏段平均表面张力五、气液负荷计算（1）精馏段（1）提馏段六、塔和塔板主要工艺尺寸计算(一) 塔的有效高度计算初选板间距，则由公式 （二） 塔径D参考表4-1，初选板间距,取板上液层高度表4-1 板间距与塔径的关系塔径D/m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板间距HT/mm200300250350300450350600400600(1)精馏段塔经计算
10、图4-5 Sminth关联图查图4-5可知，依照下式校正C取安全系数为0.60，则故按标准，塔径圆整为2.6m，塔截面积为实际空塔气速为提留段塔径计算 横坐标数值： 取板间距：Ht=0.45m , hL=0.07m .则Ht- hL=0.38m 查图可知C20=0.078 , 取安全系数为0.6 则空塔气速 按标准塔径圆整后为=2.6m综上：塔径D=2.6m，选择双流型塔板，截面积（三）溢流装置 采用单溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。各项计算如下。1.溢流堰长 单溢流 为0.6D，即 2.出口堰高由 ，（1） 精馏段图4-9 液流收缩系数计算图查图4-9，知E =1 则故
11、 （2） 提馏段查图4-9，知E =1 则故 3.弓形降液管滴面积 由 图4-11 弓形降液管的宽度和面积查图4-11，得 ，故 =5.31 由下式计算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积，即提馏段： (符合要求)提馏段： (符合要求)4.1.2.4降液管底隙高度（1）精馏段 （2）提馏段4.1.2.5受液盘受液盘凹形和平形两种，对于塔径为以上的塔，常采用凹形受液盘，这种结构在低流量时仍能造成正液封，且有改变液体流向的缓冲作用。凹形受液盘的的深度一般在50mm以上。选用凹形受液盘：深度（三）塔板布置1.取边缘区宽度，安定区宽度2.依下式计算开孔区面积其中 其中:出口堰高 how堰上液层高度 降液管底隙高度 进口堰与降液管的水平距离 进口堰高
