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1、北京理工大学珠海学院课程设计任务书 2011 2012学年第一学期学生姓名： 谢威宁 专业班级： 09化工1班 指导教师： 李青云 工作部门： 化工与材料学院 一、 课程设计题目 乙醇和正丙醇物系分离系统的设计二、课程设计内容（含技术指标）1.设计条件生产能力：25000吨/年（每年按300天生产日计算）原料状态：苯含量40%（wt%）；温度：25；压力：100kPa；泡点进料；分离要求：塔顶馏出液中苯含量99%（wt%）；塔釜苯含量2%（wt%）操作压力：100kPa其它条件：塔板类型：浮阀塔板；塔顶采用全凝器；R=1.9Rm2.具体设计内容和要求（1）设计工艺方案的选定（2）精馏塔的工艺计
2、算（3）塔板和塔体的设计（4）水力学验算（5）塔顶全凝器的设计选型（6）塔釜再沸器的设计选型（7）进料泵的选取（8）绘制流程图（9）编写设计说明书（10）答辩三、进度安排时间设计安排10.2610.28设计动员，下达任务书，查阅资料，拟定设计方案，方案论证，物性数据计算10.2811.11工艺计算（物料衡算、确定回流比、计算理论板层数、实际板层数、实际进料板位置）11.1111.18塔结构设计（物性数据的计算、塔径计算、塔结构尺寸的计算、水力学性能校验、负荷性能图及塔高的计算）11.1811.25热量衡算；附属设备的选型和计算11.25-12.02绘制带控制点的工艺流程图（CAD图）12.02
3、12.09绘制带控制点的工艺流程图，（借图板和丁字尺，手工绘制图）12.0912.16编写设计说明书，答辩要求2012.01.03将说明书及图纸装订并提交2012.1.41.5答辩四、基本要求序号设计内容要求1设计工艺方案的选定精馏方式及设备选型等方案的选定和论证（包括考虑经济性；工艺要求等）绘制简单流程图2精馏塔的工艺计算物料衡算，热量衡算，回流比、全塔效率、实际塔板数、实际进料位置等的确定3塔板和塔体的设计设计塔高、塔径、溢流装置及塔板布置等 4水力学验算绘制塔板负荷性能图5塔顶全凝器的设计选型计算冷凝器的传热面积和冷却介质的用量6塔釜再沸器的设计选型计算再沸器的传热面积和加热介质的用量7
4、进料泵的选取选取进料泵的型号8绘图绘制带控制点的流程图（CAD和手工绘制）9编写设计说明书目录，设计任务书，设计计算结果，流程图，参考资料等10答辩每班数不少于20人答辩 教研室主任签名： 2011年10 月14 日摘 要 浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。本设计对年处理量为二万五千吨乙醇-正丙醇的浮阀连续精馏塔进行了设计。通过对浮阀精馏塔、换热器的设计，使我更好地掌握化工原理的原理与方法。塔顶冷凝装置采用全凝器，用以准确控制回流比；塔底采用直接式蒸汽加热，以提供足够热量。 通过插值法计算出塔内各部位的温度、密度、表面张力、粘度、相对挥发度等各项物性数据
5、；通过逐板法计算出理论板数、板效率、实际板数、进料位置，在板式塔工艺中计算出塔径、有效塔高、筛孔数并通过流体力学的验算，符合各项指标，最后，确定了塔顶全凝器冷却水的用量以及塔底再沸器中加热蒸汽的用量，同时对输送各股物流的管径进行了设计；结果表明，本设计合理。关键词：连续精馏；浮阀精馏塔；精馏塔设计；乙醇；正丙醇目 录北京理工大学珠海学院课程设计任务书I摘 要III1 绪论12 设计方案说明22.1设计方案的确定22.2工艺流程图33 塔板的工艺设计53.1精馏塔全塔物料衡算53.2常压下乙醇-正丙醇气液平衡组成（摩尔）与温度关系53.3理论塔板的计算123.4塔径的初步设计143.5溢流装置1
6、63.6板塔分布、浮阀数目与排列174 塔板的流体力学计算204.1气相通过浮阀塔板的压降204.2淹塔214.3雾沫夹带224.4塔板负荷性能图225 热量衡算295.1热量示意图295.2热量衡算296 塔附件设计346.1接管346.2筒体与封头356.3裙座356.4人孔357 塔总体高度的设计367.1塔的顶部空间高度367.2塔的底部空间高度367.3塔总体高度368 附属设备设计378.1冷凝器的选择378.2再沸器的选择37主要符号说明38附录1 精馏段和提馏段的浮阀孔局部排布图40附录2 工艺流程图41总 结42参考文献43致 谢441 绪论 塔设备是化工、石油化工、生物化工
7、、制药等生产过程中广泛采用的传质介质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料他两大类。板式塔内置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。在正常操作下，液相为连续相；气相为分散相，其组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流而上（有时也采用并流向下）流动，汽液两相密切接触进行传质与传热。在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。本设计塔板采用板式塔中的浮阀塔板。浮阀塔板是在泡罩塔板和筛板塔的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的特点。其结构特点是在塔
8、板上开若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。气流从浮阀周边水平地进入塔板上液层，浮阀可根据气流流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀塔板的优点是结构简单、造价方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使踏板效率和操作弹性下降。2 设计方案说明2.1设计方案的确定2.1.1装置流程的确定 精馏过程按操作方式不同，分为连续精馏和间歇精馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等特点，适合原
9、料处理量大且需获得组成一定的产品的混合物的分离，工业生产中以连续蒸馏为主。因此本设计中采用连续精馏。由于乙醇-正丙醇物系可以用循环水作冷却介质，减少冷却费用。有必要时可以考虑余热的利用。譬如，用原料液作为塔顶产品冷却器的冷却介质，即可将原料预热，又可节约冷却介质。塔顶冷凝器采用全凝器，以便准确地控制回流比。2.1.2操作压力的选择蒸馏过程按操作压力不同，分为常压蒸馏、减压蒸馏和加压蒸馏。一般除热敏性物系外，凡通过常压蒸馏能够实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的物系，都应采用常压蒸馏。所以本设计中的操作压力采用常压。2.1.3进料热状况的选择本设计采用泡点进料。采用接近泡点的液体
10、进料和饱和液体下进料，进料温度就不受季节、气温变化和前道工序波动的影响，塔的操作就比较容易控制。且乙醇-正丙醇为一般物系，实用常用方式进料。2.1.4加热方式的选择由于在低浓度下轻组分的相对挥发度较大时，宜采用直接式加热。其优点是可以利用压力较低的加热蒸汽以节省操作费用，并省掉间接加热设备。故本设计采用再沸器加热塔釜料液。2.1.5回流比的选择回流比是精馏操作的重要工艺条件，其选择的原则是使设备费和操作费用之和最低。设计时应根据实际需要选定回流比，也可参考同类生产的经验选定2.1.6换热器的选择本设计选用U型管换热器，U型管换热器的每根管子可以自有伸缩，而与其他管子跟壳体无关，结构简便，质量轻
11、，使用与高温高压场合。2.2工艺流程图2.2.1原料液的走向注：1：F为进料液物流，组成为xF； 2：D为塔顶馏出液物流，组成为xD； 3：W为塔底釜液物流，组成为xW；图2-1精馏工艺流程图2.2.2全凝器内物流的走向图2-2 全凝器物流流程图 2.2.3再沸器内物流的走向图2-3再沸器物流流程图3 塔板的工艺设计3.1精馏塔全塔物料衡算F:进料量（kmol/s） :原料组成（摩尔分数，下同）D：塔顶产品流量（kmol/s） :塔顶组成W:塔顶残液流量（kmol/s） :塔底组成原料乙醇组成：塔顶组成：塔底组成：进料量：物料衡算式为： 联立代入求解：D=0.008194kmol/s， W=0
12、.009836kmol/s3.2常压下乙醇-正丙醇气液平衡组成（摩尔）与温度关系表3-1 气液平衡数据表温度温度97.600084.980.5460.71193.850.1260.24084.130.6000.76092.660.1880.31883.060.6630.79991.6088.320.2100.3580.3490.55080.5078.380.8841.00.9141.086.250.4610.6503.2.1温度利用表1中数据差值法求 精馏段平均温度：提馏段平均温度：表3-2 塔顶产品、塔底产品、进料液的摩尔组成及温度汇总塔顶产品塔底产品进料液= 0.9923= 0.0259= 0.4651=78.52=96.83=86.193.2.2密度已知：混合液密度： 混合气密度：塔顶温度：气相组成 进料温度：气相组成 塔底温度：气相组成 （1） 精馏段液相组成 气相组成 所以 （2） 提馏段液相组成 气相组成 所以 表3-3不同温度下乙醇和正丙醇的密度温度t,708090100110乙醇,754.2742.3730.1717.4704.3正丙醇,759.6748.7737.5726.1714.2求得在（kg/） 所以
