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1、全套论文化工原理课程设计 题目：乙醇-水混合液精馏塔设计 学 院：化学与材料工程学院 专 业：高分子材料与工程 姓 名： 徐光璞 学 号： 102410143 指导教师： 任海波 河南城建学院 2012年12月25日11 化工原理课程设计工艺条件一、设计目的和要求课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论系实际的桥梁。通过课程设计，培养学生查阅资料、选用公式和搜索数据的能力；熟悉工程设计基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法；锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力、独立工作和创新能力；培养学生能用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力。二、设计任务完成精
2、馏塔工艺设计，运用最优化方法确定最佳操作条件；精馏设备设计，有关附属设备的设计和选用；绘制带控制点工艺流程图，塔板结构简图和塔板负荷性能图，编制设计说明书；等。三、 设计题目 题目二：乙醇-水混合液精馏塔设计四、设计条件 年处理量：8000吨/年料液浓度（质量%）：40%料液初温：30塔顶产品浓度：94%（质量分率）塔底乙醇含量不高于0.3%（以质量计）精馏塔塔顶压强：4kPa(表压)进料状态：泡点进料回流比：自选单板压降0.7 k pa冷却水温度：30设备形式：筛板塔饱和水蒸汽压力：2.5kgf/cm2(表压) （1kgf/=98.066kPa）每年实际生产天数：330天，每天24小时连续运
3、转目 录一 设计方案简介4二 物料流程说明4三 设计说明书5 3.1. 气液相平衡数据53.2 全塔物料衡算63.3 工艺条件及物性数据计算6 3.3.1 操作温度:73.3.2操作压强73.3.3平均分子量的计算83.3.4平均密度93.3.5混合液体表面张力103.3.6液体粘度113.3.7塔的物性数据列表123.4 实际塔板数的计算123.4.1计算最小回流比123.4.2精馏塔内汽液负荷计算133.4.3操作线方程133.4.4逐板法计算塔板数143.4.5塔板效率153.4.6计算实际塔板数153.5 塔和塔板主要工艺尺寸计算153.5.1塔径的设计153.5.2塔高的设计计算16
4、3.5.3溢流装置173.5.4塔板布置和筛孔数目与排列183.6 流体力学验算193.6.1塔板压降193.6.2液面落差203.6.3液泛验算203.6.4漏液213.6.5物沫夹带21 3.7.塔板负荷性能图213.7.1漏液线213.7.2液沫夹带线223.7.3液相负荷下限线223.7.4液相负荷上限线223.7.5液泛线223.7.6操作性能负荷图23 四 筛板塔设计结果概要24 五 塔附件设计25 5.1接管管径计算25 5.2换热器的计算与选型27 5.3储槽28 5.4泵的选型与计算29 六 设计体会及改进意见30 七 参考文献31 八 主要符号说明31一、 设计方案简介 乙
5、醇水体系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，因而被广泛的应用于化工、日化、医药等行业。近年来，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。长期以来，乙醇多用于蒸馏法生产，但是由于乙醇水体系有共沸现象，由于乙醇水体系形成共沸物，在常压下，共沸物的组成为4.43%的水，95.57%的乙醇，共沸温度为78.15，此时乙醇组成=0.894(摩尔分数，且此时溶液的气液组成（平衡组成）相等，这就无法用普通的精馏的方法来将乙醇溶液再浓缩，既得不到纯度高于95.6%的乙醇。本实验塔顶产品浓度要求为94%（质量分
6、率），普通精馏便可以得到需要产品，不用再进行吸附分离提纯。 二、物料流程说明 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，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。三、 设计说明书3.1汽液相平衡数据表1 乙醇水溶液体系的平衡数据液相中乙醇的含量(摩尔分数)汽相中乙醇的含量(摩尔分数)液相中乙醇的含量(摩尔分数)汽相中乙醇的含量(摩尔分数)0.00.00.400.6140.0040.0530.450.6350.010.110.500.6570.020.1750.550.6780.040.2730.600.69
7、80.060.340.650.7250.080.3920.700.7550.100.430.750.7850.140.4820.800.820.180.5130.850.8550.200.5250.8940.8940.250.5510.900.8980.300.5750.950.9420.350.5951.01.0 表2常压下乙醇与水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 温度液相中乙醇的含量(摩尔分数)汽相中乙醇的含量(摩尔分数)温度液相中乙醇的含量(摩尔分数)汽相中乙醇的含量(摩尔分数)1000.00.081.532.7359.2695.51.9017.0080.739.6561.22897.21
8、38.9179.850.7965.6486.79.6643.7579.751.9865.9985.312.3847.0479.357.3268.4184.116.6150.8978.7467.6373.8582.723.3754.4578.4174.7278.1582.326.0855.8078.1589.4389.433.2 全塔物料衡算3.2.1 由质量分数求摩尔分数 乙醇相对分子质量 MA=46.07g/mol；水的相对分子质量 MB=18.02 g/mol。 进料、塔顶、塔底质量分数： =40%(wt%)；=94%；=0.3%。 = =0.2068 = =0.00123.2.2 物料衡
9、算进料平均相对分子量：29.24kg/k mol 进料量：F =9.6mol/s总物料衡算 F=D+W=9.6 mol/s乙醇物料衡算 9.60.2068=0.8597D+0.0012W联立解得 D=2.3mol/s, W=7.3mol/s3.3、工艺条件及物性数据计算 工艺条件物性的计算包括：操作压强、温度、平均分子量、平均密度、液体表面张力、液体黏度及表格。3.3.1操作温度 为了考察精馏塔内物质的状态性质，需要计算塔内各部分的温度具体为：塔顶、进料口、塔釡、精馏段平均温度、提馏段平均温度。 利用表一中数据由拉格朗日插值可求得 ：=82.95 C (=0.2068)：78.21 C (=0
10、.8597)：99.72C (=0.0012)精馏段平均温度 C；提馏段平均温度C。3.3.2 操作压强乙醇、水的饱和蒸汽压可以用下式计算： 式中：p为蒸气压mmHg；A、B、C为常数；t为摄氏温度（C）物质名称温度范围t/ C安托尼常数ABC乙醇-301508.044941554.3222.65水0608.107651750.286235.0水601507.966811668.21228.0表3：乙醇、水安托尼常数3.3.2.1 塔顶压力： 78.21 C，=0.8597由安托尼公式可以计算出该温度下，100.813KPa， 44.075KPa假设该物系为理想物系：92.85KPa3.3.2
11、.2 进料处： C，=0.2068同上，可以计算出该温度下，121.240KPa， 53.396KPa67.426KPa3.3.2.3 塔釡： C， =0.0012 222.960KPa， 100.765KPa100.91KPa3.3.2.4 精馏段： 平均液相组成： 0.4038 110.635KPa， 48.547KPa73.618KPa3.3.2.5 提馏段： C平均液相组成： 0.053 165.786KPa， 73.966KPa78.832KPa3.3.3 平均分子量的计算 3.3.3.1 汽液相组成计算汽相组成精馏段： 0.6119提馏段： 0.3102精馏段平均液相组成分别为0.
12、4038 0.6119提馏段平均液相组成分别为0.053 0.31023.3.3.2 平均分子量计算精馏段： 提馏段：4.3.3.4 平均密度 用下式计算密度，混合液密度： 混合气密度：。其中：a为质量分数，为平均相对分子质量不同温度下乙醇和水的密度如下表(表示乙醇，表示水)温度/ C/kg/m3/kg/m3温度/ C/kg/m3/kg/m380735971.895720961.8585730968.6100716958.490724965.3表4：不同温度下乙醇和水的密度3.3.4.1 求和温度下乙醇和水的平均密度C， =734.42 kg/m3 =971.43kg/m3同理：C ，722.93 kg/m3 964.38kg/m33.3.4.2 精馏段和提馏段汽液相密度精馏段：液相：= =806.43kg/m3汽相：=kg/m3提馏段：液相 = =925.673kg/m3气相 =kg/m33.3.5 混合液体表面张力 表5：乙醇、水的表面张力和温度的关系如下表温度/C708090100乙醇的表面张力/
