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1、 化工原理课程设计 题 目乙酸乙酯-乙酸丁酯别离板式精馏塔的设计系 院化学与化工系专 业化学工程与工艺班 级2021级1班学生姓名毋瑞仙学 号2021010825指导教师贾冬梅职 称副教授二一一年 十二 月 十 日课程设计任务书一、课题名称乙酸乙酯乙酸丁酯别离板式精馏塔设计二、课题条件原始数据原 料：乙酸乙酯、乙酸丁酯溶液 处理量：5万t/a原料组成：23%乙酸乙酯的质量分率料液初温： 25操作压力、回流比、单板压降：自选进料状态：冷液体进料塔顶产品浓度： 98%质量分率塔底釜残液乙酸丁酯回收率为96%质量分率塔 顶：全凝器塔 釜：饱和蒸汽间接加热塔板形式：筛板生产时间：300天/年，每天24
2、h运行冷却水温度：20设备形式：筛板塔厂 址：滨州市三、设计内容包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等根据目录列出大标题即可1 、设计方案的选定2、精馏塔的物料衡算3、塔板数确实定4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算6、塔板主要工艺尺寸的计算7、塔板的流体力学验算8、塔板负荷性能图精馏段9、换热器设计10、馏塔接管尺寸计算11、制生产工艺流程图带控制点、机绘，A2图纸12、绘制板式精馏塔的总装置图包括局部构件手绘，A1图纸13、撰写课程设计说明书一份设计说明书的根本内容：课程设计任务书；课程设计成绩评定表；中英文摘要
3、；目录；设计计算与说明；设计结果汇总；小结；参考文献 14、 有关物性数据可查相关手册15、 考前须知l 写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源l 每项设计结束后列出计算结果明细表l 设计最终需装订成册上交四、进度方案列出完成工程设计内容、绘图等具体起始日期1.设计发动，下达设计任务书 0.5天2.收集资料，阅读教材，拟定设计进度 1-2天3.初步确定设计方案及设计计算内容 5-6天4.绘制总装置图 2-3天5.整理设计资料，撰写设计说明书 2天6.设计小结及辩论 1天目 录摘要1第一章 概述11.1精馏操作对塔设备的要求11.2板式塔类型1第二章 设计方案确实定22.1操作条件确实定22.2
4、确定设计方案的原那么4第三章塔的工艺尺寸得计算53.1精馏塔的物料衡算53.1.1摩尔分率53.1.2平均摩尔质量53.1.3 物料衡算53.1.4 回收率53.2塔板数确实定63.2.1理论板层数N的求取63.3 精馏塔有关物性数据的计算83.3.1 操作压力计算83.3.2 操作温度计算93.3.3 平均摩尔质量计算93.3.4 平均密度计算103.3.5 液体平均外表张力计算103.3.6 液体平均黏度计算113.4 精馏塔的塔体工艺尺寸设计113.4.1 塔径的计算113.4.2 精馏塔有效高度的计算113.5 塔板主要工艺尺寸的计算143.5.1 溢流装置计算143.5.2 塔板布置
5、173.6 筛板的流体力学验算193.6.1 塔板压降203.6.2液面落差213.6.3 液沫夹带223.6.4 漏液223.6.5 液泛233.7 塔板负荷性能图233.7.1 漏液线233.7.2 液沫夹带线233.7.3 液相负荷下限线243.7.4 液相负荷上限线253.7.5 液泛线26第四章 塔附属设计294.1 塔附件设计294.2 筒体与封头324.3 塔总体高度设计334.3.1 塔的顶部空间高度334.3.2 塔的底部空间高度334.3.3 塔体高度334.4 附属设备设计334.4.1 冷凝器的选择334.4.2 泵的选择34设计小结35附录36参考文献43摘 要化工生
6、产过程中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由假设干组分组成的混合物，而且其中大局部都是均相物质。生产中为了满足存储、运输。加工和使用的要求，时常将这些混合物别离为较纯洁的物质。精馏是别离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量驱动下，使气、液两相屡次接触和别离，利用各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，实现原料混合物中各组分别离，该过程是同时进行传热传质过程。本次设计任务为设计一定处理量的别离乙酸乙酯-乙酸丁酯混合物的精馏塔。板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔
7、的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，板式精馏塔具有以下优点：生产能力20%40%塔板效率10%50%而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装，维修都较容易。而在板式精馏塔中，筛板塔有结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右，处理能力大等优点，综合考虑更符合本设计的要求。化工原理课程设计是培养我们化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的根底知识、设计原那么及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的平
8、安性、经济合理性。本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。关键词：板式精馏塔 筛板 计算 校核第一章 概 述塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。1.1精馏操作对塔设备的要求 精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以到达较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备以下各种根本要求： 1气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫
9、夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 2操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 3流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 4 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 5耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 6 塔内的滞留量要小。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具
10、体要求，抓住主要矛盾，进行选型。1.2板式塔类型 气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，填料塔的设计将在其他分册中作详细介绍，故本书将只介绍板式塔。 板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速开展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目
11、前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛，因此，本章只讨论筛板塔的设计。筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有： 1 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。 2处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。 3 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。4压降较低，每板压力比泡罩塔约低30左右。筛板塔的缺点是： 1塔板安装的水平度要求较高，否那么气液接触不匀。 2 操作弹性较小(约23)。 3小孔筛板容易堵塞。第二章 设计方案确实定 本设计任务为乙醇水混合物。对于二元混合物的别离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料
12、，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。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，其余局部经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易别离物系，最小回流比拟小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.1操作条件确实定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的别离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。2.1.1操作压力 蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济
13、上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于别离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，那么应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，那么在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。2.1.2 进料状态 进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是
14、由于此时塔的操作比拟容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。2.1.3加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。假设塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液)，便可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。这样，可节省一些操作费用和设备费用。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。但对有些物系(如酒精与水的二元混合液)，当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易别离，故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是适宜的。值得提及的是，采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，
