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1、河 西 学 院Hi Uverity化工原理课程设计题 目： 乙醇-水混合液浮阀精馏塔设计 学 院： 化学化工学院 专 业: 化学工程与工艺 学 号: 21000 姓 名： 李雪梅 指引教师: 魏玉娟 年 1 月 22 日 化工原理课程设计任务书一、设计题目乙醇水混合液筛板（浮阀)精馏塔设计二、设计任务及操作条件.设计任务生产能力 9000吨年,(进料量) t/h操作周期 小时/年(年工作330天检修一月）进料构成 % (乙醇质量分率,下同)塔顶产品构成 9.5%（乙醇)塔底产品构成 5%（乙醇）单板压降 700 2操作条件操作压力塔顶4P (表压) 进料热状态 自选 （料液初温2） 加热蒸汽
2、0.25Ma （表压) .设备型式 筛板或浮阀塔板 4.厂址 山东地区 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计(）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4.辅助设备选型与计算5.设计成果汇总6绘制生产工艺流程图及精馏塔设计条件图7设计评述目 录摘要1前言11.1 精馏原理及其在化工生产上的应用11.2 精馏塔对塔设备的规定13 常用板式塔类型及本设计的选型214 本设计所选塔的特性25 流程的拟定和阐明3 塔板的工艺设计32. 精馏塔全塔物料衡算32.2温度的计算423密度的计算4
3、2.4 液体的平均表面张力的计算62.5 混合物黏度的计算26 相对挥发度82.7 气、液相体积流量计算82.8 理论板数NT的计算以及实际板数的拟定102.8.1塔的汽、液相负荷108.操作线方程02.3理论板的计算102.8.4实际理论板层数12. 塔径的初步设计1221溢流装置132.11 塔板布置及浮阀数目与排列143 塔板的流体力学计算13.1 气相通过浮阀塔板压降1632 淹塔17.3雾沫夹带线183.4塔板负荷性能图19 浮阀塔工艺设计计算成果25 塔附件设计23.1 接管2.2 筒体与封头5.3 除沫器25.4裙座255.吊柱255.6人孔25.塔高计算265.冷凝器的选择26
4、.再沸器的选择7 总结2参照文献28致 谢29乙醇-水溶液浮阀精馏塔设计李雪梅摘要:本设计是以乙醇-水物系为设计物系，以浮阀塔为精馏设备分离乙醇和水。浮阀塔是化工生产中重要的气液传质设备。此设计针对二元物系乙醇-水的精馏问题进行分析,选用，计算，核算，绘图等，是比较完整的精馏设计过程。通过逐板计算得出理论板数为13块,回流比为.757,算出塔板效率399%,实际板数为33块,进料位置为第1块,在浮阀塔重要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为米,有效塔高5.米，每层浮阀数目为410个。通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合原则。同步还对精馏塔的辅助设备进行了选型计算。本次设计过程正常,操作合适
5、。核心词：乙醇;水；持续精馏;浮阀塔1前言1. 精馏原理及其在化工生产上的应用实际生产中,在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分汽化和部分冷凝是同步进行的。对抱负液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成）是沸点低的物质，而残液是沸点高的物质,精馏是多次简朴蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区,温度最高；塔顶温度最低。精馏成果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。1.2 精馏对塔设备的规定精馏所用的设备及其互相联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类,通称塔设备,和其她传质过程同样,精馏塔对塔设备的规定大体如下1： 生产能力大:即单位塔截面大的气液相流
6、率,不会产生液泛等不正常流动。 效率高：气液两相在塔内保持充足的密切接触,具有较高的塔板效率或传质效率。 流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时,易于达到所规定的真空度。 有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动,并且不会使效率发生较大的变化。 构造简朴,造价低,安装检修以便。 能满足某些工艺的特性:腐蚀性，热敏性，起泡性等。1 常用板式塔类型及本设计的选型 常用板式塔类型有诸多,如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。而浮阀塔具有诸多长处，且加工以便,故有关浮阀塔板的研究开发远较其她形式的塔板广泛,是目前新型塔板研开发的重要方向。近年来
7、浮阀塔始终成为化工生产中重要的传质设备,浮阀塔多用不锈钢板或合金。实际操作表白,浮阀在一定限度的漏夜状态下，使其操作板效率明显下降，其操作的负荷范畴较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的限度。 浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基本上发展起来的,它吸取了两者的长处。因此在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出长处是构造简朴,造价低，制造以便；塔板开孔率大，生产能力大等。 精馏的意义重大，乙醇与水的分离是正常物系的分离,在化工生产中应用非常广泛,对于提纯物质有非常重要的意义。因此有必要做好本次设计。1.本设计所选塔的特性浮阀塔的长处是： 生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积不小
8、于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大0%40%,与筛板塔接近。 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容许的负荷波动范畴比筛板塔,泡罩塔都大。 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。 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。 塔的造价较低,浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的500%，但是比筛板塔高2%30%。 但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（避免浮阀锈死在塔板上）,因此一般采用不锈钢制成，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发展，多种新型填料,高效率塔板的
9、不断被研制出来,浮阀塔的推广并不是越来越广。近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越进一步，生产经验越来越丰富,积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适。1.5 流程的拟定和阐明 本设计任务为分离乙醇-水溶液的混合物。对于二元混合物的分离，应采用持续精馏流程。乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器,在原料预热器中加热到泡点温度,然后，原料从进料口进入到精馏塔中。由于被加热到泡点，混合物中既有气相混合物,又有液相混合物,这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中,这些气相混合物被降温
10、到泡点,其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中,停留一定的时间然后进入乙醇的储罐,而其中的气态部分重新回到精馏塔中,这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中,一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断反复前面所说的过程,而进料口不断有新鲜原料的加入。最后，完毕乙醇和水的分离。2 塔板的工艺设计2.1 精馏塔全塔物料衡算F：进料量(mol/s) :进料构成 D:塔顶产品流量（kol) :塔顶构成W:塔底残液流量（kml/s) :塔底构成 乙醇的摩尔质量: M乙=46kg/mol水的摩尔质量: M水18kml=1.34=8.0=0.19原料
11、液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量:MF=.193446+(0.1934)18=23.41（g/ml)MD=0.70546+(070)8=42.37(kgmol)M=.1946+(10.019）18=18.05(kg/mol）日生产能力(进料量) =0.1483（kml/s)总物料衡算 =D+W 0.483=DW易挥发组分物料衡算 F=DW 0.1319.3=87.05D+01W联立求解得 D=0053（kmol/s) W0.1152(m/s）表 常压下乙醇气液平衡与温度的关系2温度T液相中乙醇的摩尔分数%气相中乙醇的摩尔分数温度T液相中乙醇的摩尔分数%气相中乙醇的摩尔分数%1095.89.06
12、.85.12.82.3.907.219.66123816.12.37.807.003894547.0450.8954455.08158077.79.779.8.7.48.1532.7339.650795.957.326.6374.789.459.26126.646.968.417.8578.158932.2 温度的计算运用上表中的数据由拉格朗日插值可求得 : 得： =353 ： 得： =78.1 : 得: =99.55精馏段平均温度:=提馏段平均温度:=912.3密度的计算已知:混合液密度(为质量分率,为平均相对分子质量）,不同温度下乙醇和水的密度见下表混合气密度：精馏段=80.26液相构成 气相构成 因此 60.38618(1-0.3826）=71(kgml) =4606083+18(10.6083）35.0(g/ml)提馏段 液相构成: 气相构成： 因此=460.0513+(-00513)=944（kgml） =603+8(103035)=26.58（g/mol）表2 乙醇和水不同温度下的密度3温度/温度/75085740373074.971.898.99510072720195.36155.4求得在
