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1、徐州工程学院化工原理课程设计说明书化工原理课程设计乙醇-水填料精馏塔设计学生姓名学院名称学号班级专业名称指导教师年月日化工原理课程设计任务书一、设计题目：乙醇-水筛板（填料）精馏塔设计二、设计条件： 1、常压p=1atm（绝压）。2、原料来自粗馏塔，为9596饱和蒸汽，由于沿程热损失，进精馏塔时，原料温度约为90；3、塔顶浓度为含乙醇92.41%（质量分数）的药用酒精，产量为25吨/天；4、塔釜采用饱和蒸汽直接加热，从塔釜出来的残液中乙醇浓度要求不大于0.3%（质量分数）；5、塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比R=1.12.0Rmin；6、厂址：徐州地区三、设计任务：1、完成该精馏塔的工艺设计，
2、包括辅助设备及进出口管路的计算和选型；2、画出带控制点工艺流程图、xy相平衡图、塔板负荷性能图、塔板布置图、精馏塔工艺条件图；3、写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。1摘要乙醇是生活中一种常见的化学品，它是一种有机物，俗称酒精。它是带有一个羟基的饱和一元醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激性。有酒的气味和刺激的辛辣滋味。乙醇液体密度比水小，能与水以任意比互溶。乙醇的生产离不开精馏、萃取等化工流程。氧化钙脱水法、共沸精馏、吸附精馏、渗透汽化、吸附法、萃取精馏法和真空脱水法等多用在乙醇的回收和提纯的方面。实际生产中较成熟的方法是
3、共沸精馏和萃取精馏,这2 种分离方法多以连续操作的方式出现。在一些领域生产乙醇设备简单、投资小,可单塔分离多组分混合物,或同一塔可处理种类和组成频繁更换的物系。塔设备是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一，一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。本次课程设计就是针对乙醇-水体系而进行的常压二元填料精馏塔的设计及相关设备选型。关键词 ：乙醇；水；填料塔；精馏 11概述11.1 物料性质11.2 塔设备简介12流程的确定及说明12.1.加料12.2.进料12.3 塔顶冷凝方式22.4 回流方式22.5 加热方式22.6 加热器23
4、精馏塔的设计计算23.1物料衡算23.2塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：、33.3平均相对挥发度43.4回流比的确定43.5热量衡算53.5.1加热介质的选择53.5.2冷却剂的选择53.5.3热量衡算53.6理论塔板数计算73.6.1板数计算73.6.2塔板效率83.7 精馏塔主要尺寸的设计计算93.7.1流量和物性参数的计算93.7.2塔径设计计算114附属设备及主要附件的选型计算154.1冷凝器1532 4.2再沸器164.3塔内其他构件174.3.1.塔顶蒸汽管174.3.2.回流管174.3.3.进料管184.3.4.塔釜出料管184.3.5除沫器184.3.6液体分布器19
5、4.3.7液体再分布器204.3.8填料支撑板的选择204.3.9塔釜设计214.3.10塔的顶部空间高度214.3.11手孔的设计214.3.12裙座的设计225精馏塔高度计算226总结22附录24参考文献26 32 第一部分 概述1.1物料性质 乙醇易燃，具刺激性。其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。所以运输时要单独装运，运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。要储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。在操作过程中，还要注意安全防护等措施。1.2 塔设备简介填料塔是以塔内的
6、填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。第二部分 流程的确定及说明2.1.加料 加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。虽然采用高位
7、槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速，但由于多了高位槽，建设费用相应增加。若采用泵加料，流量稳定，传质效率高，结构简单，安装方便。所以本设计采用泵直接加料。2.2.进料进料状况一般有冷液进料和泡点进料。对于冷液进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，省加热费用，但其受环境影响较大；而泡点进料时进料温度受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制。此外，泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提镏段的塔径基本相等，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易。此设计采用泡点进料。2.3 塔顶冷凝方式 塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。乙醇和水不反应。且容易冷凝，故
8、使用全凝器。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。2.4 回流方式 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撑结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较难。由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。2.5 加热方式 加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热是用蒸汽直接由塔底进入塔内。由于重组分是水，故省略加热装置。采用饱和蒸汽直接加热。2.6 加热器类型 采用U型管蒸汽间接加热器，用水蒸汽作加热剂。因为塔小，可将加热器放在塔内，即再沸器。第三部分 精馏塔的设计计算3.1物料衡算乙醇 Ma=46.07 Kg/Kmol
9、水 Mb=18.02 Kg/KmolXF=（0.35/46.07）/（0.35/46.07+0.65/18.02）=0.174XD=（0.9241/46.07）/（0.9241/46.07+0.0759/18.02）=0.826XW=（0.003/46.07）/ (0.003/46.07+0.997/18.02) =0.001MF=0.17446.07 + (1-0.174) 18.02=22.90Kg/Kmol MD=0.82646.07 + (1-0.826) 18.02=41.19Kg/Kmol MW=0.00146.07 + (1-0.001) 18.02=18.05Kg/KmolF=
10、25000/(24*22.90)=45.49 Kmol/h由： F=D+W FXF=DXD +WXW联立得D=9.54 Kmol/h W=35.95Kmol/h3.2塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：、表1 乙醇-水的汽-液平衡组成乙醇（mol分率）温度乙醇(mol分率)温度乙醇（mol分率）温度液相气相液相气相液相气相0.000.00100.00.23370.544582.70.57320.684179.30.01900.170095.50.26080.558082.30.67630.738578.740.07210.389189.00.32730.582681.50.74720.78
11、1578.410.09660.437586.70.39650.612280.70.89430.894378.150.12380.470485.30.50790.656479.80.16610.508984.10.51980.659979.7由表中数据，用内差法计算得塔顶：（0.7472-0.826）/（0.7472-0.6763）=（78.4-）/（78.41-78.74） =78.04 （0.7815-0.826）/（0.7815-0.7385）=（78.41-）/（78.41-78.74）=78.07 塔釜： (0-0.001)/(0-0.019)=(100-)/(100-95.5) =9
12、9.76进料： （0.2337-0.1661）/（0.174-0.1661）=（82.7-84.1）/（-84.1） =83.94精馏段平均温度： =（+）/2=（78.07+83.94）/2=81.01提馏段平均温度： =（+）/2=（99.76+83.94）/2=91.853.3平均相对挥发度在温度下乙醇和水的饱和蒸汽压分别为：精馏段：=81.01 （81.01 -89.0）/（80.7-89.0）=（x1-0.5079）/（0.3965-0.5079）=(y1-0.6564)/(0.6122-0.6564)x1=0.4007 y1=0.6139精馏段：=91.85(91.85-89.0)
13、/(95.5-89.0)=(x2-0.0721)/(0.019-0.0721)=(y2-0.3891)/(0.17-0.3891)x2=0.0488 y2=0.2930将分别代入得a1=2.38 a2=8.08a=4.393.4回流比的确定 由于是泡点进料，=0.174 =4.39*0.174/(1+3.39*0.174)=0.480 =(0.826-0.480)/(0.480-0.174)=1.13一般操作回流比取最小回流比的1.12倍，本设计取1.5倍。即R=1.5=1.51.13=1.70L=RD=1.70*9.54=16.22kmol/h=L+qF=16.22+45.49=61.71k
14、mol/h=V=（R+1）D=16.22+9.54=25.76 kmol/h3.5热量衡算3.5.1加热介质常用的加热剂有饱和水蒸气和烟道气。饱和水蒸气是一种应用最广泛的加热剂。燃料燃烧所排放的烟道气温度可达1001000，适合于高温加热。烟道气的缺点是比热容及传热系数较低，加热温度控制困难。所以本设计选用300kPa（温度为133.3）的饱和水蒸气做加热介质。3.5.2冷却剂常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜地加以选用。受当地气温限制，冷却水一般为1025.如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。本设计建厂地区为徐州，应该采用冷却水。循环冷却水进口温度32，出口温度为38。3.5.3热量衡算已求得：78.04 78.07 99.76 83.94=81.01 =91.85温度下: =140.12 kJ/(kmolK) =75.34 kJ/
