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1、中原工学院能环学院化工原理课程设计说明书 设计名称：4000吨填料塔乙醇连续精馏塔设计班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 2006 年 1 月12日设计任务书一、设计题目4500吨酒精连续筛板精馏塔设计二、设计任务及操作条件1、 设计任务：生产能力塔顶产品 4500 吨年操作周期 300 天年进料组成 40 质量分数，下同塔顶产品组成 94 塔底产品组成 1% 2、 操作条件操作压力 常压 塔顶进料热状态 泡点 单板压降： 0.7 kPa 3、 设备型式 筛 板 4、 厂 址 郑 州 地 区 三、设计内容：(1) 精馏塔的物料衡算；(2) 塔板数确实定：(3) 精馏塔的工艺条件及有关物件
2、数据的计算；(4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；(5) 塔板主要工艺尺寸的计算；(6) 塔板的流体力学验算：(7) 塔板负荷性能图；(8) 精馏塔接管尺寸计算；(9) 绘制生产工艺流程图；(10) 绘制精馏塔设计条件图；(11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。三、参考资料1. 陈英南，刘玉兰. 常用化工单元设备的设计. 上海：华东理工大学出版社，20052. 黄璐，王保国. 化工设计. 北京：化学工业出版社，20013. 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计化工传递与单元操作课程设计. 天津：天津大学出版社，20024. 陈敏恒，丛德兹等. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京：化学工业出版
3、社，20005. 柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，19956. 石油化学工业规划设计院. 塔的工艺计算. 北京：石油化学工业出版社，19977. 化工设备技术全书编辑委员会. 化工设备全书塔设备设计. 上海：上海科学技术出版社，19888. 时钧，汪家鼎等. 化学工程手册，. 北京：化学工业出版社，19869. 上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下). 北京：化学工业出版社，198610. 大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，1994目 录概述：一 精馏过程简述.1二 精馏意义1第一局部：工艺设计一 设计任务
4、1二 全塔物料衡算2（1） 确定关键组分2（2） 换算成摩尔百分比3（3） 平均摩尔质量3（4） 全塔物料衡算3三 确定NT.4.1相平衡曲线.42确定NT4四 计算板效率ET4五 摩尔流率的计算.5六 热量衡算.5七 填料的选择.7八 塔径确实定.7九调料层高度确实定.12第二局部一 填料塔附件.12二 塔道.12三 换热气.15四 贮罐.18五 泵.18第三局部一 总体校核19二 数据总汇20三 评价与说明21三 主要参考文献21 年产4000吨填料塔乙醇连续精馏塔设计内容：乙醇精馏流程及意义：1流程简述：本流程为连续精馏，采用泡点进料，原料在预热器中预热至泡点后送入精馏塔，在进料位置与塔
5、上部回流液集合后，流入塔底的再沸器，回流液体在填料外表与上升气体相接触，进行热质传递过程。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一局部回流至塔内，其余作为产品流出。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2精馏意义：乙醇作为常用溶剂广泛的应用于化工、药用行业，为了降低原料消耗和产品本钱，通常设置乙醇回收装置，将使用过的或未反响的乙醇予以提浓回收，根据医药产品特点和工厂实验经验，设计乙醇连续精馏装置。 第一局部 工艺设计一 设计任务： 年产量 D=4000T/y； 原料液浓度为35%； 产品浓度为94%； 塔釜液中乙醇含量1%;(以上均为质量分数)操作压力：常压；二 全塔物料衡算1
6、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率：D=4000 T/y；WD=94%;WF=35%;W W1%;这里取W W =1%;说明：以上平均为质量分数分子量 乙醇 46g/mol;水18g/mol;2换算成摩尔百分比由 XA =a A/M A/a A/M A+ a A/M BXF(0.35/46+/18=0.174; XD(0.94/46+/18=0.8597; XW(0.35/46+/18=0.0039;3原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量由M=AXA+BXB得MF=460.174+18(1-0.174)=22.872;MD=460.0.8597+18(1-0.8597)=42.0744;MW=4
7、60.0039+18(1-)=18.1092;4全塔物料衡算每年以300个工作日计算;DM = 40001000/(360024300)= kg/s；D =DMWD/46+DM(1-WD3 kmol/h；总物料衡算 F=D+W;乙醇组分物料衡算 FXF=DXD+WW;联系上面的数据，并代入以上数据，得； ；三 根据乙醇-水的汽液平衡数据做出Y-X曲线并确定理论板数NT。1 由乙醇-水的汽液平衡数据做Y-X曲线 ; (见咐图) 利用课本第71页数据数据作图得曲线注意：此图用大一些座标纸绘制，并列在说明书的附图中2 确定Rmin及生产用R的选择 在相平衡曲线上，过点a (XD,XD)作相平衡曲线的
8、切线，得挟点B，在坐标纸上查得此切线的Y轴截距XD/(Rmin+1)=0.2665,解之得Rmin=2.2236.由于R=(1.2 2)Rmin,假设取R=1.5Rmin=3.3394,经圆整,取R=4.3 确定理论塔板NT 过a点作截距Y=XD/(R+1)的直线,取泡点进料,那么q=1,所以q线为过点(XF,0)且垂直于X轴的一条直线,求得此二直线的交点E.连结AC.其中C点坐标为(XW ,XW)那么为精馏操作线.在此坐标纸上,在操作线和相平衡线画理论板数,作图结果理论板数N=18块,其中精馏段理论板16 块,第 17块板为加料板,提馏段理论板1块.四 全塔效率ET由Y -X -T 图查表：
9、塔顶：YA= XD，XA，TD =78.23C；进料：YF，XF，TF=83.9C；塔釜：YW，XW，TW =100C；TM = TW +TD/2=。在此温度下查得水和乙醇黏度：水，醇；L=醇XF+水X F mpa/s.塔顶组成的相对挥发度为顶= YA /YB/XA /XB/；加料组成的相对挥发度为中=YA /YB /XA /XB/；塔底组成的相对挥发度为底=YA/ YB/XA /XB/；平均相对挥发度为=顶中底1/3=1/3；ET=0.49L=0.49=46.65%；也可以用p118页图1020查出。或用ET= 5132.5lgL计算。五 .摩尔流率的计算：精馏段液相摩尔流率为L=RD=41
10、3.2024=52.8096kmol/h;精馏段气相摩尔流率为V=(R+1)D=513.2024=66.012kmol/h;提馏段液相摩尔流率为L=L+qF=52.8096+113.2024=119.2535kmol/h;提馏段气相摩尔流率为V=V-(1- q)F=66.012kmol/h;七、填料的选择： 由于鲍尔环具有生产能力大，阻力低，效率高，操作弹性大等优点，应选择鲍尔环作为填料。 选取2525mm瓷质乱堆的鲍而环，其比外表积a=220m2/m3,空隙率=0.76 m3/m3。堆积密度p=505kg/ m3。填料因子=300 m-1。八塔径确实定：液体密度： 1乙醇，D 塔顶：1=73
11、6kg/ m3；F 塔进料：1=731kg/ m3；W 塔底；1=716kg/ m3；2水D 塔顶：2=736kg/ m3；F 塔进料：2=731kg/ m3；W 塔底；2=716kg/ m3；精馏段： 1液相密度计算：由1/L=X1/1+X2/2得：乙醇：均=1+2/2 =736+731/2 = /m3；X均=X1+X2/2 =；水： 均=1+2/2 =/2 =/ m3；X均=X1+X2/2 =；1/LL/ m3；2气相：平均摩尔质量为M均=； T均=； PV=NRT=(m/M)RT得 80.314=1.1173 kg/ m3； 3液相质量流量WL=L46+ L1-46= 413.20240.64546+ 413.202418=1904.314 kg/ h； 其中：=(0.94+0.35)/2=0.645 WV=VY46+ V1-Y46= 513.20240.848346+ 513.202418=2756.16 kg/ h； 其中：； 4WL/ WVV/L=5由填料塔
