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1、吉林化工学院化工原理课程设计 吉林化工学院 化 工 原 理 课 程 设 计题目 乙醇-丙醇连续筛板式精馏塔的设计教 学 院 化工与制药工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 计海峰 2013年6月 21日 课程设计任务书设计题目：乙醇-丙醇连续筛板式精馏塔的设计任务要求：设计一连续筛板精馏塔以分离乙醇-丙醇具体工艺参数：1、原料加料量： 2、溜出液组成： 3、进料组成： 4、釜液组成： 5、塔顶压力： 6、单板压降： 工艺操作条件：1、操作压力：常压精馏（绝压）2、加热方式：塔底间接蒸汽加热，设置再沸器3、加料状态：泡点进料，4、塔顶冷凝器的冷凝方式：全冷凝器5、冷却介质：水6、回流
2、比的选择：7、泡点回流,馏出口与回流口组成相同主要设计内容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计（1）塔径及精馏段（或提馏段）踏板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高4、辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、工艺流程图及精馏塔设备条件图2摘要化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同，借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。所以，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的
3、各种参数是非常必要的。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的汽液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。本设计主要包括设计方案的选取和流程说明、全塔物料衡算和热量衡算、主要设备工艺尺寸设计、辅助设备选型与计算、设计结果汇总、工艺流程图以及设备条件图的绘制等内容。在该设计中，工艺参数选定泡点进料、泡点回流，操作回流比取最小回流比的1.5倍，计算出所需实际塔板数共计27块（包括再沸器），其中精馏段10块，提馏段17块；精馏塔塔径1.407m,全塔总塔高为17.41
4、6m，筛孔数目为7329个。通过对精馏塔的塔板流体力学校核，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、物性参数及塔板的结构尺寸设计都是合理的，各种接管尺寸也是合理的，这样，既保证了精馏过程的顺利进行，也提高了全塔及精馏效率，为工业生产实际应用提供了良好的装置设备。关键词：乙醇；丙醇；精馏段；提馏段；筛板塔。绪论1.精馏塔概述精馏塔（fractionating column）是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。下面四关于各种类型塔板的介绍：主要的塔板型式有：泡罩塔板；浮阀塔板；筛孔塔板；舌形塔板（斜
5、孔塔板）；网孔塔板；垂直浮阀；多降液管塔板；林德浮阀；无溢流塔板。 泡罩塔板泡罩塔板的气体通道是由升气管和泡罩构成的。升气管是泡罩塔区别于其它塔板的主要结构特征。这种结构不仅结构过于复杂，制造成本高，而且气体通道曲折多变、干板压降达、液泛气速低、生产能力小。 浮阀塔板浮阀塔板是对泡罩塔板的改进，取消了升气管，在塔板开孔上访设置了浮阀，浮阀可根据气体的流量自行调节开度。气量较小时可避免过多的漏液，气量较大时可使气速不致过高，降低了压降。 筛孔塔板 筛孔塔板是最简单的塔板，造价低廉，只要设计合理，其操作弹性是可以满足生产需要的，目前已成为应用最为广泛的一种板型。 舌形塔板 舌形塔板是为了防止过量液
6、沫夹带而设计的一种塔型，由舌孔喷出的气流方向近于水平，产生的液滴几乎不具有向上的初速度。同时从舌孔喷出的气流，通过动量传递推动液体流动，降低了板上液层厚度和塔板压降。 网孔塔板 网孔塔板采用冲有倾斜开孔的薄板制造，具有舌形塔板的特点，并易于加工。 垂直浮阀 垂直浮阀是在塔板上开有若干直径为100-200mm的大圆孔，孔上设置圆柱形泡罩，泡罩下缘于塔板有一定的间隙，泡罩侧壁开有许多筛孔。气流喷射方向是水平的，液滴在垂直方向的初速度为零，液沫夹带量很小。 多降液管塔板 在普通浮阀上设置多根降液管以适应大液体量的要求，降液管为悬挂式。 林德浮阀 林德浮阀是专为真空精馏设计的高效低压降塔板，在整个浮阀
7、上布置一定数量的导向斜孔，并在塔板入口处设置鼓泡促进装置。 无溢流塔板 无溢流塔板是一种简易塔板，只是一块均匀开有一定缝隙或筛孔的圆形平板，无降液管，结构简单，造价低廉。2.仪器的选用筛板精馏塔是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的汽液传质设备。它的结构特点是塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板和大孔径筛板两类。工业上以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离难度大、易结焦的物系）。筛板的优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大，气体分散均匀，传质效率较高。合理的设计和适当的操作能满足要求的操作弹性，而且效率高。 筛板塔制造维修方便，相
8、同条件下生产能力比泡罩塔高10%15%，板效率亦约高10%15%，而每板压力降则低30%左右，适用于真空蒸馏；塔板效率较高，但稍低于浮阀塔。具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。其缺点是小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。第一章 设计方案1.1 装置流程的确定蒸馏装置包括精馏塔，原料预热器，蒸馏釜（再沸器），冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等设。按过程按操作方式的不同，分为联组整流和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏有生产能力大，产品质量稳定等优点，工业生产中以连续蒸馏为主。间歇蒸馏具有操作灵活，适应性强等优点，适合于小规模，多品种或多组分物系的初步分离。蒸馏通过物料在塔内的多次
9、部分汽化与多次部分冷凝实现分离，热量自塔釜输入，由冷凝器中的冷却质 将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定装置流程时应考虑余热的利用。譬如，用余料作为塔顶产品（或釜液产品）冷却器的冷却介质，既可以将原料预热，又可以节约冷却质。另外，为保持塔的操作稳定性，流程中除用泵这节送入塔原料外也可以用高位槽送料，以免受泵操作波动的影响。塔顶冷凝装置可采用全冷凝器，分冷凝器两种不同的设置。甲醇和水不反应，且容易冷凝，故使用全凝器，用水冷凝。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需进一步冷却，此次分离也是希望得到甲醇，选用全凝器符合要求。 总之，确定流程时要较全面，合理地兼顾设备
10、，操作费用，操作控制及安全诸因素。1.2 操作压力的选择蒸馏过程中按操作压力不同，分为常压蒸馏，减压蒸馏和加压蒸馏。一般地，除热明性物系，凡通过常压蒸馏能够实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的物系，都能采用常压蒸馏；对敏性物系或者混合物泡点过高的物系，则宜采用减压蒸馏；对常压下馏出物冷凝温度过低的物系，需提高塔压或者采用深井水，冷冻盐水作为冷却剂；而常压下呈气态的物系必须采用加压蒸馏。乙醇和丙醇在常压下就能够分离出来，所以本实验在常压下操作就可以。1.3 进料状况的选择进料状况一般有冷液进料，泡点进料。对于冷液进料，当组成一定时，流量一定对分离有利，节省加热费用。采用泡点进料不
11、仅对稳定操作较为方便，且不受季节温度影响。综合考虑，设计上采用泡点进料。泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，故精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。1.4 加热方式的选择加热方式可分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热直接由塔底进入塔内。由于重组分是水，故省略加热装置。但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽回流液有稀释作用，使理论板数增加，费用增加。间接蒸汽加热使通过加热器使釡液部分汽化。上升蒸汽回流下来的冷液进行传质，其优点是釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论塔板数，其缺点是增加加热装置。本设计塔釡采用间接加热蒸汽，塔底产品经冷却后送至储罐。 1.5
12、回流比的选择回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小型塔，回流冷凝器一般安装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支持结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较。如果需要较高的塔顶处理或塔板数较多时，回流冷凝器不宜安装在塔顶。因为塔顶冷凝器不已安装，检修和清理。在这种情况下，可采用强制回流，塔顶上蒸汽采用冷凝器冷却以冷回流流入塔中。由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。本设计物系属易分离物系，故操作回流比为最小回流比的1.5倍。第二章 工艺计算2.1全塔物料衡算1、原料摩尔分数的计算设F、D、W分别为进料、溜出液和釜液的摩尔流量；、分别为进料、溜出液和釜液中易挥发组分的摩尔分数；已知：、，由物料衡算式： 总物
13、料： 易挥发组分： 联立，可计算出馏出液和釜液的摩尔流量分别为2、温度的确定表2-1 乙醇-丙醇相平衡数据表序号液相组成气相组成沸点/序号液相组成气相组成沸点/10.0000.00097.1670.5460.71184.9820.1260.24093.8580.6000.76084.1330.1880.31892.6690.6630.79983.0640.2100.33991.60100.8440.91480.5950.3580.55088.32111.0001.00078.3860.4610.65086.25根据乙醇-丙醇相平衡数据表，用数值插值法确定塔顶温度、进料温度、塔釜温度。塔顶温度： 进料温度： 塔釜温度： 根据温度-饱和蒸气压关系式（安托因方程）可计算出A（乙醇）、B（丙醇）组分分别在塔顶、进料板、塔釜时的分压。计算结果如下： 塔顶： 进料板： 塔釜： 3、相对挥发度的计算将该体系视为理想体系，根据拉乌尔定律，有代入上文计算出的分压值，可得 所以，全塔平均相对挥发度为精馏段的平均相对挥发度为 提馏段的平均相对挥发度为 4、回流比的确定因为采取泡点进料，即，所以 则又最小回流比 取操作回流比 5、
