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1、 南京工业大学 ?化工原理?专业课程设计设计题目乙醇-水二元体系浮阀精馏塔的工艺设计 学生姓名 班级、学号 指导教师姓名 金志强 、景文珩 课程设计时间2012 年12月24日-2013 年01月06日 课程设计成绩设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%独立工作能力、综合能力及设计过程表现，30%设计最终成绩五级分制 指导教师签字 化学化工学院课程名称： 化工原理课程设计设计题目：乙醇-水二元体系浮阀精馏塔的工艺设计学生姓名： 专业：化学工程与工艺 班级学号： 化工 设计日期： 2012-12-24至2013-01-07设计任务： 乙醇-水体系设计条件：1. 进料量：F=230 kmol/h
2、2. 进料组成：=0.17 摩尔分率3. 进料热状态：泡点进料4. 常压，塔釜间接蒸汽加热5. 塔顶冷凝水温度t=25，6. 塔釜加热蒸汽温度T=139设计要求： 1产品浓度： 94 mass % 2易挥发组分回收率： 99% 目录一 概述.8二 工艺设计1 总体设计方案1.1 操作压强的选择.81.2 物料的进料热状态.8 塔釜的加热方式.9 回流方式选定101.5 回流比确实定102 精馏的工艺流程图103 精馏塔塔板数确实定3.1 物料衡算.113.2 物系相平衡数据.113.3 回流比确定.143.4 逐板法计算理论塔板数.153.5 实际塔板数确实定.174 塔体主要工艺尺寸确实定
3、精馏段塔径塔板的设计计算 精馏段塔塔径塔板的设计参数4.1 操作压力.19 4.1.1.2 温度.19 4.1.1.3 平均摩尔质量.19 4.1.1.4 平均密度.20 4.1.1.5 液体外表张力.21 4.1.1.6 液体的粘度.21 4.1.1.7 液负荷计算23 塔板参数计算和选择 .1 塔径的计算24 .2 溢流装置确实定25 4.3 安定区与边缘区确实定28 4.4 鼓泡区阀孔数确实定及排列28 4.5 开孔率计算304. 塔盘流体力学验算.2.1 塔板压降31.2.2 降液管停留时间31.2.3 雾沫夹带32 负荷性能图4.1 液相下限线.34.2 液相上限线.34.3 漏液线
4、.34.4 过量雾沫夹带线.354.1.4.5 液泛线.364.6 性能负荷图384.2 提馏段塔径塔板的设计计算 精馏段塔塔径塔板的设计参数.1 操作压力.39 .2 温度.39 .3 平均摩尔质量.39 .4 平均密度.40 .5 液体外表力.41 .6 液体的粘度.42 4.2.1.7 液负荷计算 4.2.2 塔板参数计算和选择 .1 塔径的计算.44 .2 溢流装置确实定.45 .3 安定区与边缘区确实定.46 .4 鼓泡区阀孔数确实定及排列.46 .5 开孔率计算.48 塔盘流体力学验算.1 塔板压降.48.2 降液管停留时间.48.3 雾沫夹带.50 负荷性能图.1 液相下限线.5
5、1.2 液相上限线.51.3 漏液线.52.4 过量雾沫夹带线.52.5 液泛线.53.6 性能负荷图.555 辅助设备的设计5.1 塔顶全凝器的计算及选型.565.2 塔底再沸器面积的计算及选型.605.3 其他辅助设备的计算及选型 接管.1 进料管.60.2 回流管.61.2 塔釜出料管.61.3 再沸器蒸汽进口管.61.4 冷凝水管.62 预热器. 泵.5 冷凝水泵.62 进料泵.636 计算结果汇总657 致谢667 参考文献69三 附录：1精馏段塔板布置图702提馏段塔板布置图71一 概述：塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表那么为填料塔。一般，
6、与填料塔相比，板式塔具有效率高、处理量大、重量轻及便于检修等特点，但其结构较复杂，阻力降较大。在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。浮阀塔的优点：1生产能力大，由于塔板上浮阀安排比拟紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。 2操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 3塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。 4气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 5塔的造价较低，浮阀塔的造价是
7、同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30。 但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高防止浮阀锈死在塔板上，所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。随着科学技术的不断开展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。 二工艺设计1. 总体设计方案 1.1 操作压强的选择 精馏可以常压，加压或减压条件下进行。确定操作压力时主要是根据处理物料的性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。对于沸点低，常压下为气态的物料必须在加压条件下进行操作。在相同条件下适当提高操作压力可以提高塔的处理能力，但是增加了塔压，也提高了再沸器的温度，并且相对挥发度
8、液会下降。对于热敏性和高沸点的物料常用减压蒸馏。降低操作压力，组分的相对挥发度增加，有利于别离。减压操作降低了平衡温度，这样可以使用较低位的加热剂。但是降低压力也导致了塔直径的增加和塔顶冷凝温度的降低，而且必须使用抽真空设备，增加了相应的设备和操作费用。一般来说，常压蒸馏最为简单经济，假设物料无特殊要求，应尽量在常压下操作。对于乙醇水体系，在常压下已经是液态，且乙醇水不是热敏性材料，在常压下也可成功别离，所以选用常压精馏。因为高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加，尤其是真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增
9、加。因此，本设计选择常压操作条件。1.2 物料的进料热状态采用泡点进料的方式，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。这样一来，进料温度就不受季节、气温变化和前道工序波动的影响，塔的操作就比拟容易控制。 塔釜的加热方式精馏段通常设置再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供足够的热量。假设待别离的物系为某种组分和水的混合物，往往可以采用直接蒸汽加热的方式。但当在塔顶轻组分回收率一定时，由于蒸汽冷凝水的稀释作用，可使得釜残液中的轻组分浓度降低，所需的理论塔板数略有增加，且物系在操作温度下黏度不大有利于间接蒸汽加热。因此，本设计选用间接蒸汽加热的方式提供热量 回流方式选定 重力回流1.5 回流比确实定对于一定的别离任务，采用较大的回流比时，操作线的位置远离平衡线向下向对角线靠拢，在平衡线和操作线之间的直角阶梯的跨度增大,每层塔板的别离效率提高了，所以增大回流比所需的理论塔板数减少，反之理论塔板数增加。但是随着回流比的增加，塔釜加热剂的消耗量和塔顶冷凝剂的消耗量液随之增加，操作费用增加，所以操作费用和设备费用总和最小时所对应的回流比为最正确回流比。本次设计任务中，综合考虑各个
