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1、化工原理课程设计题目：乙醇-水精馏塔及其主要附属设备的设计院（系）： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2011年 6月 25 日目录一 概述.41.1 设计依据41.2 技术来源.41.3 设计内容.41.4 工艺条件.51.5 塔型选择.5二 塔板的工艺设计.52.1 物料衡算 52.2 精馏塔内各物性参数.62.2.1 温度.62.2.2 密度.72.2.3 粘度82.2.4 相对挥发度92.2.5 混合液体表面张力.92.2.6 气液体积流量 112.3 理论塔板数122.3.1 最小回流比Rmin及操作回流比R的确定.122.3.2 操作线方程.132.4 实际塔板数132.
2、4.1 精馏段.132.4.2 提馏段.132.4.3 全塔效率142.5 塔径的初步计算.14 2.5.1 精馏段.14 2.5.2 提馏段142.6 塔有效高度的计算152.7 溢流装置.15 2.7.1 堰长 15 2.7.2 方形降液管的宽度和横截.15 2.7.3 降液管底隙高度.162.8 塔板布置及复发数目与排列.16 2.8.1 踏板分布16 2.8.2 浮阀数目与排列.16三 塔板的流体力学计算173.1 气相通过浮阀塔板的压降.17 3.1.1 精馏段.17 3.1.2 提馏段.173.2 淹塔.17 3.2.1 精馏段.18 3.2.2 提馏段183.3 雾沫夹带18 3
3、.3.1 精馏段.19 3.3.2 提馏段193.4 塔板负荷性能图.19 3.4.1 雾沫夹带线.19 3.4.2 液泛线.20 3.4.3 液相负荷上限.21 3.4.4 漏液线.213.4.5 液相负荷下限线.21四 接管尺寸的确定234.1 进料管234.2 回流管.234.3 塔釜出料管.234.4 塔顶蒸汽出料管244.5 塔釜进气管24五 附属设备设计245.1 冷凝器245.2 再沸器25六 总结 .25七 参考文献26八 附件.26一、概述乙醇水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛
4、地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇水体系的精馏设备是非常重要的。塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。1.1 设计依据本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出
5、理论计算。1.2 技术来源目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算也采用严格计算法。1.3设计内容1、确定精馏装置流程，绘出流程示意图。2、工艺参数的确定基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。3、主要设备的工艺尺寸计算板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。4、流体力学计算流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。5、主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。1.4、工艺条件生产能力：40
6、000吨/年（料液）年工作日：300天原料组成：40%乙醇，60%水（摩尔分率，下同）产品组成：馏出液 70%乙醇，釜液0.04%乙醇操作压力：塔顶压强为常压进料温度：泡点进料状况：泡点加热方式：直接蒸汽加热回流比： 自选1.5. 塔型选择根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，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，选用浮阀塔。 二、 塔板的工艺设计1、物料衡算依题意2、精馏塔内各物性参数计算表1 常压下乙醇和水气液平衡组成（摩尔）与温度的关系3温度/。C液相中乙醇的含量x%气相乙醇的含量y%1000095.51.9
7、17897.2138.9186.79.6643.7585.312.3847.0484.116.6150.8982.723.3754.4582.326.0855.881.532.7359.2680.739.6561.2279.850.7965.6479.751.9865.9979.357.3268.4178.7467.6373.8578.4174.7278.1578.1589.4389.432.1、温度根据表1绘制常压下乙醇和水液相平衡组成（摩尔）与温度的关系曲线 图1 常压下乙醇和水液相平衡组成（摩尔）与温度的关系曲线由此图可以读出不同摩尔分数下对应的温度 精馏段的平均温度：提馏段的平均温度：
8、2.2、密度：已知：混合液密度：（为质量分率，为平均相对分子质量）混合气密度：（1）精馏段液相组成 ： 气相组成 ： 所以（2）提馏段液相组成 ：气相组成 ：所以表2 不同温度下乙醇和水的密度3温度/7080859095乙745735730724720水997.8971.8968.6965.3961.85求得在与下的乙醇和水的密度精馏段：气相密度：提馏段：气相密度：2.3、黏度表3 不同温度下溶液黏度3 t()水（mPa.s）乙醇（mPa.s）84.630.33720.432478.280.36420.469891.750.31250.3954（1）精馏段 所以精馏段黏度 （2）提馏段 提馏段
9、黏度2.4、相对挥发度（1）精馏段：由 得 （2）提馏段：由 得 2.5、混合液体表面张力公式： 式中下角标，w、s、o分别代表水、有机物及表面部分，指主体部分的分子数，指主体部分的分子体积，为纯水、有机物的表面张力，对乙醇。表4 不同温度下乙醇和水的表面张力3温度/708090100乙醇表面张力/10-2N/m21817.1516.215.2水表面张力/10-2N/m264.362.660.758.8（1）精馏段 联立方程组： 代入求得：（2）提馏段，联立方程组： 代入求得：2.6、气液体积流量：（1）精馏段： 已知： 质量流量： 体积流量： （2）提馏段： 已知： 质量流量： 体积流量： 3、理论塔板数 3.1、最小回流比及操作回流比的确定 点做平衡线的切线，如图：图2 平衡线的切线图读得切点坐标为 ，因此：取操作回流比3.2、操作线方程因为是直接蒸汽加热，所以提馏段操作线方程：精馏段操作线方程： 由此作图得到7块理论塔板，精馏段3块，提馏段4块，进料板在第4块4、实际塔板数4.1、精馏段： 4.2、提馏段： 全部实际塔板数：4.3、全塔效率： 5、塔径的初步计算5.1、精馏段由，式中C可由史密斯关联图查出：横坐标数值：取板间距：， 则查史密斯关联图可知
