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1、 河 西 学院eiiversiy化工原理课程设计题 目:乙醇-水板式精馏塔设计学 院： 化学化工学院 专 业:化学工程与工艺 学 号: 21017 姓 名： 毛利明 指引教师: 邱 东 1月2日化工原理课程设计任务书一、设计题目乙醇-水板式精馏塔设计二、设计任务及操作条件1.设计任务生产能力（进料量） 6000 吨年操作周期 320 天/年进料构成 36% （乙醇质量分率,下同)塔顶产品构成 9% 塔底产品构成 1% 2.操作条件操作压力4pa 进料热状态 25 加热蒸汽 低压蒸汽 3.设备型式 筛板塔 .厂址 天津市 三、设计内容1.设计方案的选择及流程阐明2塔的工艺计算3重要设备工艺尺寸设
2、计(1）塔径、塔高及塔板构造尺寸的拟定（2）塔板的流体力学校核(3）塔板的负荷性能图（4）总塔高、总压降及接管尺寸的拟定辅助设备选型与计算.设计成果汇总6工艺流程图及设备图7.设计评述 目录设计任务书目录I设计任务书I1.概述11.1 塔板性质11.2筛板塔的特点如下11.3精馏的作用1.设计方案25设计思路22 塔板的工艺设计32.1 精馏塔全塔物料衡算.1操作温度的计算4.1.2平均摩尔质量的计算43平均密度的计算51.4平均表面张力的计算7.1.5平均黏度的计算.16相对挥发度的计算112.2理论塔的计算1.3塔径的初步设计2.3.1气、液相体积流量计算23.2 空塔气速42.3塔高的计
3、算162.4溢流装置.堰长62.4.2弓降液管的宽度和横截面积72.43降液管底隙高度1725.2.筛孔数目及排列183.塔板的流体力学验算19.1 塔板压降193.11 气体通过干板的阻力压降19312 气体通过板上液层的压降2031.3 气体克服液体表面张力产生的压降23.1. 液体通过每层筛板的压降212液面落差2132.1雾沫夹带量的验算223.2.2 漏液的验算22323液泛的验算223.3塔板负荷性能图3物沫夹带线23.液泛线43.液相负荷上限线253.3.4漏液线（气相负荷下限线）263.3.5液相负荷下限线74. 塔附件设计24.1接管24.1进料管294.1. 回流管294.
4、1.3塔底出料管2941.塔顶蒸气出料管3.5塔底进气管304.6筒体4.封头304.除沫器3043裙座3144吊柱314.人孔315. 塔总体高度的设计5.1塔的顶部空间高度315.2塔的底部空间高度353塔总体高度26. 附属设备设计36.1 冷凝器的选择326.再沸器的选择32.设计成果一览表38.设计评述351.概述.1 塔板性质此设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早浮现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究,逐渐掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计措施。与泡罩塔相比，筛板塔具有下列长处:生产能力大2040%,塔板效率高1015，压力减少30%，并且构造简朴，塔盘造价
5、减少40%左右，安装、维修都较容易。从而一反长期的冷落状况,获得了广泛应用。近年来对筛板塔盘的研究还在发展,浮现了大孔径筛板(孔径可达025m)，导向筛板等多种形式。作为重要用于传质过程的塔设备,一方面必须使气（汽）液两相充足接触，以获得较高的传质效率。此外,为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑生产能力大、操作弹性大、流体流动的阻力小、构造简朴、耐腐蚀、以便操作等规定。事实上，对于既有的任何一种塔型，都不也许完全满足上述所有规定,仅是在某些方面具有独到之处。筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分.工业塔常用的筛孔孔径
6、为3mm,按正三角形排列。空间距与孔径的比为2.5。近年来有大孔径(5mm)筛板的,它具有制造容易，不易堵塞等长处，只是漏夜点低，操作弹性小。12筛板塔的特点如下构造简朴、制造维修以便。(2) 生产能力大，比浮阀塔还高。() 塔板压力降较低，合适于真空蒸馏。(4) 塔板效率较高，但比浮阀塔稍低。(5) 合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔。（6)小孔径筛板易堵塞,故不适宜解决脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。1.3精馏的作用化工生产中所解决的原料中间产品几乎都是由若干组分构成的混合物。其中大部分是均相混合物。生产中为满足规定需将混合物分离成较纯的物质。精馏是分离液体混合物(
7、含可液化的气体混合物)最常用的一种单元操作。在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂的驱动下（有时加质量剂)。使气、液两相多次直接接触和分离。运用液相混合物中各组分挥发度的不同。使易挥发组分由液相向气相转移。难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合液中各组分的分离。该过程是同步进行传质、传热的过程。 蒸馏是分离均相混合物的单元操作。精馏是最常用的蒸馏方式。是构成化工生产过程的重要单元操作。精馏是典型的化工操作设备之一。进行本次课程设计的目的是为了培养综合运用所学知识，来解决实际化工问题的能力,做到能独立进行化工设计初步训练。为后来从事设计工作打下坚实的基本。14设计方案本设
8、计任务为分离乙醇水混合物。对于二元混合物的分离。应采用持续精馏流程。设计中采用泡点进料。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。冷凝液在泡点下一部分回流至塔内。其他部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系。最小回流比较小。故操作回流比取最小回流比的倍。塔釜采用间接蒸汽加热。塔底产品经冷却后送至储罐。.5 设计思路1、精馏方式的选定2、操作压力的选用3、加料状态的选择4、加热方式的选择5、回流比的选择6、冷凝方式及介质选择7、塔的选择图1 设计思路1、本设计采用持续精馏操作方式。2、常压操作。3、冷液进料。4、间接蒸汽加热。5、选R=(1-2.0)Ri。
9、6、塔顶选用全凝器。 塔板的工艺设计.1 精馏塔全塔物料衡算F：进料量（kmol/) :原料构成（摩尔分数。下同）D：塔顶产品流（kml/s） ：塔顶构成W:塔底残液流量(kmols） :塔底构成原料液乙醇构成X塔顶构成X塔底构成X=进料流量:F =3.9moh物料衡算式:F=+W F=D+W联立代入求解:D 6.82 mo/h W =69.08 kmol/h 表乙醇-水气液平衡构成与温度关系表温度 液相构成 气相构成 /% /%10 0 095.5 90 7089.0 7.21 3818.7 9.66 437585.3 12.38 47.44. 16.61 50.8温度 液相构成 气相构成
10、/% /%82.7 23.37 54.4582.3 26.08 5.881.5 2.3 59.28.0 39.65 61.27.8 5.7 65.49.7 51. 65.9温度 液相构成 气相构成 % /%9.3 57.32 687874 67.6 73.851 74.72 715 9.3 89.43 .1.1操作温度的计算运用表1中数据用插值法求得：= =83.4: =7.2:= =99.08精馏段平均温度 =80.5提馏段平均温度 =91221.平均摩尔质量的计算已知:混合液密度 依式 =（a为质量分数。为平均相对分子质量）混合汽密度 依式 塔顶温度：78.21气相构成: =6.8%进料温
11、度：=83.4气相构成: =525塔府温度：9.08气相构成: =38精馏段:液相构成: x51.98%气相构成: =69.67%35k/mol=37.51 kg/mol 提馏段：液相构成: x=92气相构成： =2.9%因此=20.58 kgmol=25.84gl2.1平均密度的计算温度/温度/735971957206.585730968.61071658.497246.3表2 不同温度下乙醇和水的密度表求得在与下的乙醇和水的密度（单位：)t83.49= = = =717.3m =95.6m 58.42/m8.432.0=X46(1）=42.8kg/kmolX46+（1X)=2304kg/o=X46+（1X)8=18.11/kol=32.6k/kml=20.kg/kmo=y46+（y）18=42.3kg/kol=4+（1)18=32.0kg/kol=y46+(1y)18=18.7g/kmol=75kg/kol=25.84kg/kmol1.2=.47 =.6=130g/m=0.g/m21平均表面张力的计算二元有机物-水溶
