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1、目录1 设计任务书11.1设计题目11.2工艺条件11.3塔板类型11.4生产制度11.5设计内容12 设计方案22.1 设计方案简介22.2 设计方案的确定及工艺流程的说明23 工艺计算33.1 塔板的工艺计算33.1.1 物料衡算33.1.2 q线方程43.1.3 R的确定53.1.4 总物料恒算63.1.5 回收率73.1.6 操作线方程73.1.7 图解法求理论板层数73.1.8实际板层数的求取83.2精馏塔工艺条件及计算93.2.1操作压力93.2.2操作温度93.2.3平均摩尔质量93.2.4液体的平均密度103.2.5液体表面张力计算113.3 精馏塔的塔体工艺尺寸计算123.3
2、.1塔径的计算123.3.2精馏塔有效高度计算143.4塔板主要工艺尺寸计算143.4.1溢流装置计算143.4.2塔板布置163.5 筛板的流体力学验算173.5.1精馏段校核17 3.5.2提馏段校核19 3.6塔板负荷性能图213.6.1精馏段213.6.2 提馏段244 板式塔的塔体总高度的计算264.1 塔顶空间 HD264.2 塔底空间HB264.3 人孔274.4 裙座274.5 筒体与封头274.5.1 筒体274.5.2 封头284.6塔体总高度285 精馏塔附属设备的选型及相关计算285.1 换热器的选型与核算285.1.1 估算传热面积，初选换热器型号285.1.2确定物
3、性数据295.1.3估算传热面积295.1.4换热器核算315.2接管345.2.1进料管345.2.2回流管345.2.3塔底出料管345.2.4塔顶蒸汽出料管355.2.5塔底蒸汽进料管355.4 泵的计算与选型366 计算结果一览表387设计感想 评价及有关问题的分析讨论398 参考文献399绘制塔顶全凝器设备图391 设计任务书1.1设计题目：乙醇-水常压分离过程筛板式精馏塔工艺设计1.2工艺条件：生产能力：乙醇-水混合液处理量5.0万吨/年进料状况：冷液进料原料组成：乙醇的含量20（wt%）塔顶组成：乙醇的含量91（wt%）塔底组成：乙醇的含量0.3（wt%）进料温度：适宜回流比R：
4、R=1.3Rmin塔顶压力：单板压降：加热蒸汽压力: 加热方式：塔底直接加热1.3塔板类型：筛板式精馏塔1.4生产制度：年开工300天，每天24小时连续生产1.5设计内容： 1） 精馏塔的物料衡算； 2） 塔板数的确定； 3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5) 塔板主要工艺尺寸的计算； 6) 塔板的流体力学验算； 7) 塔板负荷性能图； 8） 塔体总高度的计算； 9） 精馏塔附属设备的选型及相关计算； 10) 计算结果一览表 11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论； 12）参考文献； 13）绘制精馏塔及换热器的设备图2 设计方案2.1 设计方案简
5、介精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等,本次课程设计是筛板塔。精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的
6、轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。精馏广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法本次课程设计是分离乙醇水二元物系。在此我选用连续精馏筛板塔。具有以下特点： (1) 筛板塔的操作弹性小，对物料的流量要求非常平稳精确，不利于实际生产中使用 (2) 筛板塔盘较浮阀塔盘的优点是结构简单抗堵，压降较小，造价便宜。 (3) 筛板塔盘现在很少用了，比浮阀塔的效率低，操作弹性小。 (4) 筛板塔盘也有溢流堰和降液管。优点是结构简单，压降较小，造价便宜，抗堵性强。本次设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精馏设计过程。精馏设计包括设计方案的选取，主
7、要设备的工艺设计计算物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件、物性参数及接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。2.2 设计方案的确定及工艺流程的说明本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于该二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏过程。本设计为23进料即冷液进料，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属不易分离物系，塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送
8、至储罐。3 工艺计算3.1 塔板的工艺计算3.1.1 物料衡算原料液及塔顶、底产品含乙醇的摩尔分数乙醇和水的相对摩尔质量分别为MA=46 kg/kmol和MB=18kg/kmol，原料含乙醇的质量百分数为20%，塔顶乙醇含量91%，塔底乙醇含量0.3%，则：原料液含乙醇的摩尔分率： 塔顶含乙醇的摩尔分率：塔底含乙醇的摩尔分率：原料液的平均摩尔质量： 原料液摩尔流量，依题给条件：一年以300天，一天以24小时计，得： 3.1.2 q线方程由方程 求得出q值 沸点t/乙醇摩尔数/%沸点t/乙醇摩尔数/%气相液相气相液相99.90.0040.0538227.356.4499.80.040.5181.
9、333.2458.7899.70.050.7780.642.0962.2299.50.121.5780.148.9264.7099.20.232.9079.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568.9274.6995.81.6116.3478.7572.3676.9391.34.1629.9278.675.9979.2687.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.7517.4151.6778
10、.285.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41 乙醇水系统txy数据由在t-x-y图中查得泡点温度乙醇水溶液的比热容表查得：乙醇水混合物的汽化热表查得： 所以 q线方程 3.1.3 R的确定乙醇水体系为非理想体系，其平衡线有下凹部分，当操作线与q线的交点尚未落在平衡线上之前，操作线已与平衡线相切，故Rmin可由（，）向平衡线作切线的斜率求得 由上图可见，该切线的斜率为 得由得 3.1.4 总物料恒算 代入数据 求得 精馏塔的气液相负荷 3.1.5 回收率乙醇的回收率：水的回收率： 3.1.6 操作线方程精馏段：提馏段：3.1.7 图解法求理论板层数如图，求解
11、结果为总理论板层数 (不包括再沸器)精馏段理论板层数 提馏段理论板层数 （包括进料板）进料板位置 3.1.8实际板层数的求取1) 操作温度计算由t-x-y图，用内差法计算得塔顶温度：塔底温度：塔顶塔底的平均温度2) 黏度计算由查表得 所以3) 相对挥发度根据安托尼方程可计算得塔顶：塔底：塔顶塔底的平均：4) 全塔效率所以5) 实际板数的确定精馏段实际板层数 提馏段实际板层数 （包括进料板）总实际板层数 (不包括再沸器)3.2精馏塔工艺条件及计算3.2.1操作压力塔顶压强： 取每层塔板的压降为0.5kPa进料板： 塔底压强： 精馏段平均压强： 提馏段平均压强： 3.2.2操作温度依据操作压力，读
12、t-x-y图塔顶温度: 进料板温度：塔底温度： 精馏段平均温度：提馏段平均温度：3.2.3平均摩尔质量塔顶气液的平均摩尔质量: 由 查平衡曲线得进料板气液的平均摩尔质量: 由图解法查得 塔底气液的平均摩尔质量: 由图解法查得 精馏段混合平均摩尔质量：提馏段混合平均摩尔质量：3.2.4液体的平均密度（1） 气相平均密度 精馏段 提馏段（2） 液相平均密度 液相平均密度依下式计算：塔顶液相平均密度由，查手册得 进料板液相平均密度由tF=97.6725C，查手册得 进料板液相的质量分数所以 精馏段液相平均密度塔底液相平均密度由查手册得 提馏段液相平均密度3.2.5液体表面张力计算（1） 塔顶液相平均
13、表面张力计算 乙醇质量分数为91%，查图可得 乙醇临界温度为243，水临界温度为374.2，则混合液体的临界温度为将混合液体的临界温度代入所以 （2） 进料液相平均表面张力计算 乙醇质量分数为20%，查图可得 乙醇临界温度为243，水临界温度为374.2，则混合液体的临界温度为将混合液体的临界温度代入所以 （3） 塔底液相平均表面张力计算 乙醇质量分数为0.3%，查图可得 乙醇临界温度为243，水临界温度为374.2，则混合液体的临界温度为将混合液体的临界温度代入所以 (4) 精馏段液相平均表面张力：(5) 提馏段液相平均表面张力：3.3 精馏塔的塔体工艺尺寸计算3.3.1塔径的计算(1)最大空
