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1、 乙醇与水连续筛板精馏塔 题目：醇-水溶液连续精馏塔优化设计 班级：1014102 专业：化学工程与工艺 姓名：姚亚丽 学号：101410209 指导教老师：陈湘 设计时间：2013.1.32013.1.11 目录第一章：序言.4第二章 设计方案的确定及流程说明62.1塔型选择62.2操作流程6第三章 塔的工艺计算73.1整理有关数据并绘制相关表格73.2全塔物料衡算93.3最小回流比与操作回流比103.4理论塔板数的确定113.5全塔效率的估算113.6实际塔板数的求取13第四章 塔的工艺条件及物性计算134.1平均摩尔质量134.2平均密度14 4.3液体表面张力154.4汽液相体积流率1
2、74.5塔径的计算174.6精馏塔高度的计算21第五章 塔板主要工艺尺寸的计算235.1 溢流装置245.2 塔板布置25第六章 塔板的流体力学验算276.1 气体通过塔板的压力降hp液柱276.2 液面落差286.3 液沫夹带（雾沫夹带）286.4 漏液296.5 液泛29第七章 塔板负荷性能图317.1漏液线317.2液沫夹带线317.3液相负荷下限线327.4液相负荷上限线327.5液泛线32第八章 各接管尺寸的确定及选型358.1进料管尺寸的计算及选型358.2釜液出口管尺寸的计算及选型358.3回流管尺寸的计算及选型358.4塔顶蒸汽出口径及选型36第九章 精馏塔的主要附属设备379
3、.1冷凝器38 9.2再沸器38设计结果一览表39 设计总结与体会.40 参考文献.41 第一章 序言 化工原理课程设计是综合运用化工原理课程和有关先修课程（物理化学，化工制图等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。精馏是分离液体混合物（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。精馏过程在能量剂驱动下（有时
4、加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，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。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是乙醇-水连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的乙醇和不易挥发的水，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶
5、解性，所以，想要得到高纯度的乙醇必须通过一定的方法。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，最简单的方法就是用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。课程设计是化工原理课程的一个非常重要的实践教学内容。不仅能够培养学生
6、运用所学的化工生产的理论知识，解决生产中实际问题的能力，还能够培养学生的工程意识。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。是对我们进行的一次综合性设计训练。通过对乙醇连续精馏塔的设计,增加对化工生产过程的了解以及对化工原理这门课程的认识。 第二章、设计方案的确定及流程说明2.1 塔型选择根据生产任务，若按年工作日330天，每天开动设备24小时计算，年处理量为5万吨，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用筛板塔。2.2 操作流程乙醇水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却
7、后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。乙醇水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。流程示意图如下图（图一）第三 章、塔的工艺计算3.1整理有关数据并绘制相关表格：乙醇和水的汽液平衡数据（101.3KPa即760mmHg）不同温度下乙醇和水的汽液平衡
8、组成数据如下（表1）液相摩尔分数x气相摩尔分数y温度/液相摩尔分数x气相摩尔分数y温度/0.000.001000.32730.582681.50.01900.170095.50.39650.612280.70.07210.389189.00.50790.656479.80.09660.437586.70.51980.659979.70.12380.470485.30.57320.684179.30.16610.508984.10.67630.738578.740.23370.544582.70.74720.781578.410.26080.558082.30.89430.894378.15根据
9、以上数据画出以下乙醇与水的t-x（y）相平衡图（图2）及乙醇与水的x-y（图3）：图33.2全塔物料衡算原料液中： 设A组分乙醇；B组分水乙醇的摩尔质量：M乙=46.07 kg/kmol；水的摩尔质量： M水=18.02 kg/kmol3.2.1查阅文献，整理相关的物性数据水和乙醇的物理性质（表2）名称分子式相对分子质量密度20沸 点101.33kPa比热容(20)Kg/(kg.)黏度(20)mPa.s导热系数(20)/(m.)表面张力(20)N/m水18.029981004.1831.0050.59972.8乙醇46.0778978.32.391.150.17222.83.2.2塔顶，进料液
10、，塔底的摩尔分数原料液以及塔顶,塔底产品的平均摩尔质量3.2.3 物料衡算 进料量F=5万吨/年=0.0373 kmol/s 全塔总物料衡算 F=D+W 易挥发组分物料衡算 联立以上二式得：D=0.01705kmol/s W=0.05665kmol/s3.3 最小回流比Rmin和操作回流比由相平衡方程式可得取乙醇和水的气液平衡数据若干组代入上式并求其。=3.38 则=2.60故取操作回流比 R=2.60操作方程的确定精馏段：提馏段： 提馏段操作线方程： q线方程：x=xq=xF=0.20693.4理论塔板数的确定理论板：指离开此板的气液两相平衡，而且塔板上液相组成均匀。用逐板计算法计算理论塔板
11、数：平衡方程y1=0.8814 x1=0.6874y2=0.7349 x2=0.4506y3=0.5644 x3=0.2771y4=0.4395 x4=0.1883x4=0.18830.2069即第四层理论板为进料板，一般进料板作为提馏段，则精馏段理论板数为3.平衡方程提馏段操作线方程：x1=0.1883 y2=0.3585 x2=0.1419y3=0.2693 x3=0.0983y4=0.1854 x4=0.0631y5=0.1177 x5=0.0380y6=0.0695 x6=0.0216y7=0.0379 x7=0.01152y8=0.01855 x8=0.0056y9=0.0072 x9=0.00214 x9=0.002140.00394即提馏段9层板（不包括再沸器）3.5全塔效率的估算板效率与塔板结构，操作条件，物质的物理性质及流体力学性质有关，它反映实际塔板上传质过程进行的程度。板效率可用奥康奈尔公式：计算。其中：塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度；塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mPa.s。3.5.1塔顶、塔釜及进料的温度确定利用乙醇和水的气液平衡数据用差值法计算进料温度、塔顶温度、塔底温度进料温度： =83.255塔顶温度： =78.17塔底温度： =99.99精馏段平均温度 提留段平均温
