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1、目录目录1前 言3摘 要4化工原理课程设计任务书5第1章 绪论及基础数据71.1 设计基础数据71.1.1乙醇和水的物理性质71.1.2常压下乙醇和水的气液平衡数据71.1.3乙醇和水物性数据71.2 精馏流程的确定8第2章 精馏塔工艺计算92.1 全塔工艺计算122.1.1 精馏塔二元物系物料衡算122.1.2 相对挥发度的计算122.1.3 最小回流比的确定122.1.4 确定合适的回流比132.1.5 操作线方程132.1.6 精馏塔理论塔板数及理论加料位置132.1.7 全塔效率142.2.1 操作压强 P122.2.2 操作温度 T152.2.3 物性数据计算162.2.4 气液负荷
2、计算192.3 精馏段工艺设计202.3.1 精馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算202.3.2 筛板流体力学验算222.3.3 塔板负荷性能图232.4 提馏段工艺设计272.4.1 提馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算272.4.2 筛板流体力学验算292.4.3 塔板负荷性能图31第3章 板式塔结构及附属设备设计343.1 热量衡算343.1.1 进入系统的热量343.1.2 离开系统的热量343.1.3 热量衡算式353.2 塔高的计算35第4章 设计结果汇总35参 考 文 献39附 录40前 言化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中大部分是均相混合物。生产中为满足要求
3、需将混合物分离成较纯的物质。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。精馏过程在能量剂的驱动下（有时加质量剂），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。该过程是同时进行传质、传热的过程。在本设计中我们使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性，而且效率高采用筛板可解决堵塞问题适当控制漏夜。筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一，五十年代之后通过大量的工业实践逐步改
4、进了设计方法和结构近年来与浮阀塔一起成为化工生中主要的传质设备为减少对传质的不利影响可将塔板的液体进入区制成突起的斜台状这样可以降低进口处的速度使塔板上气流分布均匀。筛板塔多用不锈钢板或合金制成，使用碳刚的比率较少。它的主要优点是：结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60%左右，为浮阀塔的80%左右；在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%40%；塔板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；气体压力降较小，每板压力降比泡罩塔约低30%左右。缺点是：小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液；操作弹性较小（约23）。蒸馏是分离均相混合物的单元操作，精馏是最常用的蒸馏方式，是组
5、成化工生产过程的主要单元操作。精馏是典型的化工操作设备之一。进行此次课程设计的目的是为了培养综合运用所学知识,来解决实际化工问题的能力,做到能独立进行化工设计初步训练，为以后从事设计工作打下坚实的基础。摘 要本次设计对一定量的乙醇和水的分离设备精馏塔做了较详细的叙述，主要包括：工艺计算，设备泵计算,塔设备等的附图.化工原理是化学工业的理论指导，精馏塔是大型的设备组装件，分为板式塔和填料塔两大类，其中，筛板精馏塔在实际中应用较为广泛，它的设计是化工原理课程的重要组成部分，通过对乙醇-水分离的设计，培养学生综合运用化原理论知识，分析、解决实际问题的能力，掌握化工设计的基本程序和方法。并在查阅文献、
6、准确选用公式和合理利用数据，以及用简洁文字、图表表达设计结果及制图等方面能力得到基本训练。关键词：水、乙醇、连续精馏、精馏段、提馏段、筛板塔化工原理课程设计任务书1.设计题目：乙醇水二元物料板式精馏塔2.设计条件：常压P=1atm(绝压) 原料来自粗馏塔，为9596饱和蒸汽，由于沿途热损失， 进精馏塔时，原料温度约为90； 塔顶浓度为含乙醇93.31%（质量分数）的酒精，产量为25吨/天； 塔釜为饱和蒸汽直接加热，从塔釜出来的残液中乙醇浓度要求不大于0.03%（质量分数）。 塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比R=（1.12.0）Rmin3.设计要求：（1）精馏塔工艺设计计算（2）全凝器工艺设计计
7、算（3）精馏工艺过程流程图（4）精馏塔设备结构图（5）塔盘结构图（6）设计说明书 4.设计任务：（1）完成精馏塔工艺设计（包括辅助设备及进出口管路的计算与选型）。（2）画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、塔板、精馏塔工艺条件图。（3）完成精馏塔设计说明书，包括设计结果汇总及设计评价。5.设计思路： (1) 全塔物料衡算（2）求理论塔板数 (3) 全塔热量衡算 (4) 气液相负荷及特性参数 (5) 筛板塔设计 (6) 流体力学性能校核 (7) 画出负荷性能6.选塔依据： 筛板塔是现今应用最广泛的一种塔型，设计比较成熟，具体优点如下： (1) 结构简单、金属耗量少、造价低廉. (2) 气体压
8、降小、板上液面落差也较小. (3) 塔板效率较高. (4) 改进的大孔筛板能提高气速和生产能力，且不易堵塞塞孔.7.化工原理课程设计的基本内容： (1) 设计方案的选定：对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要的论述。 (2) 主要的设备工艺设计的计算：物料衡算、热量衡算、工艺常数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。(3) 辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算、；设备规格型号的选定。 (4) 工艺流程图： 以单图线的形式描绘，标出主体设备和辅助设备的物料方向、物流量、能流量、主要测量点。 (5) 主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。编
9、写设计说明. (6) 筛板精镏塔设计任务及说明在常压连续筛板精馏塔中精馏分离含乙醇17%的乙醇水混合液，要求塔顶馏出液中含乙醇量不低于84.51%，塔底釜液中含苯量不低于0.0117%（以上均为摩尔分率）.8.设计意图：（1）使两相在塔板上充分接触.（2）汽液两相总体上呈逆流，每一层塔板上均匀错流接触.第1章 绪论及基础数据1.1 设计基础数据1.1.1乙醇和水的物理性质表1-1乙醇和水物性表项 目分子式分子量沸 点临界温度临界压强KPA乙醇A46.0778.4240.9960148 水B18.02100373.9122.051.1.2常压下乙醇和水的气液平衡数据表1-2 气液平衡数据表温度t
10、液相中乙醇的摩尔分率%气相中乙醇的摩尔分率%1000.000.0095.50.01900.170089.00.07210.389186.70.09660.437585.30.12380.470484.10.16610.508982.70.23370.544582.30.26080.558081.60.32730.582680.70.39650.612279.80.50790.0656479.70.51980.659979.30.57320.684178.740.67630.738578.410.74720.781578.150.89430.89431.1.3乙醇和水物性数据乙醇和水各种物性数据
11、见表1-3到表1-6。表1-3 液相密度温度t,708090100110,kg/m3754.2742.3730.1717.4704.3,kg/m3977.8971.8965.3958.4951.6表1-4 液体的表面张力温度t,708090100110,mN/m21.2720.0618.817.6616.49,mN/m64.3362.5760.7158.8456.9表1-5 液体的粘度温度t,708090100110 mPa0.5230.4950.4060.3610.324 mPa0.4061 0.35650.31650.28380.2589表1-6 液体气化热温度t,708090100110
12、,kJ/kg506.3493.8480.7467.0452.7,kJ/kg2331.22307.82283.2258.42232.0注：表中乙醇以A表示，水以B表示，以下相同。表中数据摘自石油化工基础数据手册（P494495）和天津大学化工原理上册及化工原理课程设计指导书1.1.4乙醇的生产方法和粗醇精制的目的1 乙醇的生产方法发酵法乙醇的工业生产方法可以归纳为发酵法和水合法两大类。发酵法有粮食发酵法、木材水解发酵法、亚硫酸盐废碱液法；水合法有乙烯间接水合法和 乙烯直接水合法。此外,最近美国、日本、意大利等国家正在开发一种用一氧化碳、氢气（或甲烷）进行羰基合成制1.粮食发酵法 粮食发酵法是最早
13、发明的乙醇生产方法，该法至今仍被采用，特别是饮用酒均采用此法，其基本原理是将葡萄糖（）在有能引发发酵的物质的物质存在的情况下，经蒸馏、糖化等阶段而转化成乙醇。 2.木材水解发酵法 为了制备乙醇，要用硫酸或盐酸处理（水解）木材，将纤维变成葡萄糖。然后再进入制醇的发酵阶段。 （纤维） （葡萄糖）3.亚硫酸盐废碱液制取乙醇法 在用纤维造纸的企业中，有大量的废亚硫酸盐碱液产生，对这种废液经过蒸煮等过程的处理后得到乙醇。这种乙醇通常称作亚硫酸盐乙醇。这种酒精溶液是很稀的溶液，大约含1的乙醇，经蒸馏后便可得到纯度为95的乙醇。总之，发酵法由于受到原料来源限制和乙醇成本高的原因，其发展就受到限制，同时这种方法也不适应大规模的乙醇生产。一、 乙烯水合法1.乙烯间接水合法 2.乙烯直接水合法 乙烯直接水合法系乙烯和水在催化剂、高温、加压条件下直接加成得到乙醇的方法： 该法又称为一步法。二、 其他方法1乙醛加氢法：2 粗醇精制的目的利用乙烯直接水合法合成
