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1、word化工与制药学院课程设计说明书题 目: 1.5万吨乙醇水溶液连续精馏塔设计学 院: 化工与制药学院专业班级: 09化学工程与工艺04班学生: 文立周学 号: 0906010422同组者: 徐长凡 宇 贺卿指导老师: 王为国完成日期: 2012年6月28日09化工4班化工原理课程设计任务书一、 课程设计题目乙醇-水溶液连续精馏塔设计二、 课程设计的容1 设计方案的确定2 带控制点的工艺流程图的确定3 操作条件的选择（包括操作压强、进料状态、回流比等）4 塔的工艺计算（1） 全塔物料衡算（2） 最佳回流比的确定（3） 理论板及实际板的确定（4） 塔径的计算（5） 降液管及溢流堰尺寸的确定（6
2、） 浮阀数及排列方式（筛板孔径及排列方式）的确定（7） 塔板流动性能的校核（8） 塔板负荷性能图的绘制（9） 塔板设计结果汇总表5 辅助设备工艺计算（1）换热器的面积计算及选型（2）各种接管管径的计算及选型（3）泵的扬程计算及选型6塔设备的结构设计：（包括塔盘、裙座、进出口料管）三、 课程设计的要求1、 撰写课程设计说明书一份2、 工艺流程图一3、 设备总装图一四、 课程设计所需的主要技术参数原料： 乙醇-水溶液原料温度： 30处理量： 1.5万吨/年，1.75万吨/年，2万吨/年原料组成（乙醇的质量分数）：50%产品要求：塔顶产品中乙醇的质量分数：90%，92%,94%；塔顶产品中乙醇的回收
3、率：99%生产时间： 300天（7200 h） 冷却水进口温度：30五、 课程设计的进度安排1、 查找资料，初步确定设计方案及设计容，1-2天2、 根据设计要求进行设计，确定设计说明书初稿，2-3天3、 撰写设计说明书，总装图，答辩，4-5天六、 课程设计考核方式与评分方法指导教师根据学生的平时表现、设计说明书、绘图质量及答辩情况评定成绩，采用百分制。其中：平时表现 20%设计说明书 40%绘图质量 20%答辩 20%指导教师：王为国 学科部负责人： 2012年6 年18 日 前言乙醇在工业，医药，民用等方面，都有很广泛的应用，是一种很重要的原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度
4、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，所以，想得到高纯度的乙醇很困难。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，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直立圆形的精馏塔进行，塔装有若干层塔板和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。浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始
5、推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国应用最广泛的塔形，特别是在石油，化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的是F1型和V-4型。F1型浮阀的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（168-68），F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，采用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1.生产能力大。2.操作弹性大。3.塔板效率高。4.气体压强降及液面落差较小。5.塔的造价低。浮阀塔不宜处理宜结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。目录第1章 设计条件与任
6、务777第二章绪论72.1 设计方案72.2 设计方案的确定及流程说明88第三章 塔板的工艺设计103.1 精馏塔全塔物料衡算103.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数103.1.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量1010103.2 主要数据参数的计算11水系统t-x-y数据113.2.2 温度的计算113.2.3 密度的计算12143.2.5 混合物的黏度计算16171818193.4 塔径的初步设计203.4.1气、液相体积流量计算20212323堰长的计算23弓降液管的宽度和横截面积24降液管底隙高度25252526第四章 塔板的流体力学计算27272828282828294.3
7、.1 精馏段294.3.2 提留段29292930313131第五章 塔附件设计32325.2 釜残液出料管335.3 回流液管335.4 塔顶上升蒸汽管345.5 水蒸汽进口管34第六章 塔总体高度的设计3434353535第七章 附属设备设计36数据与说明36预热器计算36冷却器计算3737第8章 附属高度确定37373738383838第九章 设计结果汇总39附录一 设计所需技术参数41设计小结42参考文献43第1章 设计条件与任务在常压操作的连续板式精馏塔分离乙醇-水混合物。塔釜直接蒸汽加热，生产能力和产品的质量要求如下：生产能力：年处理乙醇-水混合液1.5万吨(300天/年）原 料：
8、乙醇含50%(质量分数，下同）的常温液体分离要求：塔顶乙醇含量为92% 塔顶产品中乙醇的回收率为99%原料温度：30冷却水进口温度：301 全塔物料衡算2最佳操作回流比的确定3理论塔及实际板数的确定。4 塔径的计算。5 降液管及溢流装置尺寸的确定。6浮阀数及排列方式。7塔板流动性能的校核。8 绘制塔板的负荷性能图。9 塔的附属设备选型,包括塔顶冷凝器、塔底(蒸馏釜的换热面积，原料预热器的换热面积与泵的选型。10 精馏塔各接管尺寸的确定。11 绘制精馏塔系统工艺流程图。12 绘制精馏塔装配图。13 编写设计说明书。第二章 绪论2.1 设计方案本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于二元混合物的分离，
9、应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.2 设计方案的确定及流程说明2.选塔依据浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘稠度大的物料方面，又
10、不及泡罩塔可靠。浮阀塔广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中。塔径从200mm到6400mm，使用效果均较好。 浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点： () 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加2040，而接近于筛板塔。 () 操作弹性大，一般约为59，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。 () 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。 () 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400660N/m2。 () 液面梯度小。 () 使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。() 结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的6080,为筛板塔的120130。加热方式：直接蒸汽加
11、热蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。直接蒸汽加热由于塔底产物基本是水，又由于在化工厂蒸汽较多所以直接蒸汽加热。选择适宜回流比 适宜的回流比应该通过经济核算来确定，即操作费用和设备折旧费用之和为最低时的回流比为最适宜的回流比。确定回流比的方法为：先求出最小回流比R；采用釜液产品去预热原料，可以充分利用釜液产品的余热，节约能源。回流方式：泡点回流泡点回流易于控制,设计和控制时比较方便,而且可以节约能源。操作流程说明乙醇-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，进入回流罐部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用直接蒸汽供热，塔底产品用于预热原
12、料 冷却后送入贮槽。精馏装置有精馏塔、原料预热器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔低蒸汽输入，由冷凝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。 / 第三章 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：塔底残液流量（kmol/s） ：塔底组成3.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数3.1.2原料液、塔顶及塔底
13、产品的平均摩尔质量已知 R=1.92 （由下面的计算所得）总物料衡算(直接蒸汽加热）：轻组分(乙醇）衡算：由恒摩尔流假设得：求解得到：3.2 主要数据参数的计算水系统t-x-y数据表3.1 常压下的乙醇-水的气液平衡数据t/xyt/xy10000893.2.2 温度的计算利用表中数据用插值法求得：=：=：=精馏段平均温度 =提馏段平均温度 =3.2.3 密度的计算已知：混合液密度 依式 =（a为质量分数，为平均相对分子质量）混合汽密度 ： 精馏段：液相组成：气相组成：所以 提馏段：液相组成：气相组成：所以 表3-2 不同温度下乙醇和水的密度 温度/温度/80735957208573010071690724求得在与=下的乙醇和水的密度（单位：）=90.14 在精馏段气相密度： 在提镏段气相密度： 二元有机物-水溶液表面力可用下列各式计算 注：式中下角标，w,
