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1、中原工学院能环学院化工原理课程设计说明书 设计名称：4000吨填料塔乙醇连续精馏塔设计班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 2006 年 1 月12日设计任务书一、设计题目4500吨酒精连续筛板精馏塔设计二、设计任务及操作条件1、 设计任务：生产能力（塔顶产品） 4500 吨年操作周期 300 天年进料组成 40 （质量分数，下同）塔顶产品组成 94 塔底产品组成 1% 2、 操作条件操作压力 常压 （塔顶）进料热状态 泡点 单板压降： 0.7 kPa 3、 设备型式 筛 板 4、 厂 址 郑 州 地 区 三、设计内容：(1) 精馏塔的物料衡算；(2) 塔板数的确定：(3) 精馏塔的工艺条
2、件及有关物件数据的计算；(4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；(5) 塔板主要工艺尺寸的计算；(6) 塔板的流体力学验算：(7) 塔板负荷性能图；(8) 精馏塔接管尺寸计算；(9) 绘制生产工艺流程图；(10) 绘制精馏塔设计条件图；(11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。三、参考资料1. 陈英南，刘玉兰. 常用化工单元设备的设计. 上海：华东理工大学出版社，20052. 黄璐，王保国. 化工设计. 北京：化学工业出版社，20013. 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）. 天津：天津大学出版社，20024. 陈敏恒，丛德兹等. 化工原理(上、下册)(第二版). 北
3、京：化学工业出版社，20005. 柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，19956. 石油化学工业规划设计院. 塔的工艺计算. 北京：石油化学工业出版社，19977. 化工设备技术全书编辑委员会. 化工设备全书塔设备设计. 上海：上海科学技术出版社，19888. 时钧，汪家鼎等. 化学工程手册，. 北京：化学工业出版社，19869. 上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下). 北京：化学工业出版社，198610. 大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，1994目 录概述：一 精馏过程简述.1二 精馏意义1第一部分：工艺
4、设计一 设计任务1二 全塔物料衡算2（1） 确定关键组分2（2） 换算成摩尔百分比3（3） 平均摩尔质量3（4） 全塔物料衡算3三 确定NT.4.（1）相平衡曲线.4（2）确定NT4四 计算板效率ET4五 摩尔流率的计算.5六 热量衡算.5七 填料的选择.7八 塔径的确定.7九调料层高度的确定.12第二部分一 填料塔附件.12二 塔道.12三 换热气.15四 贮罐.18五 泵.18第三部分一 总体校核19二 数据总汇20三 评价与说明21三 主要参考文献21 年产4000吨填料塔乙醇连续精馏塔设计内容：乙醇精馏流程及意义：1流程简述：本流程为连续精馏，采用泡点进料，原料在预热器中预热至泡点后送
5、入精馏塔，在进料位置与塔上部回流液汇合后，流入塔底的再沸器，回流液体在填料表面与上升气体相接触，进行热质传递过程。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余作为产品流出。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2精馏意义：乙醇作为常用溶剂广泛的应用于化工、药用行业，为了降低原料消耗和产品成本，通常设置乙醇回收装置，将使用过的或未反应的乙醇予以提浓回收，根据医药产品特点和工厂实验经验，设计乙醇连续精馏装置。 第一部分 工艺设计一 设计任务： 年产量 D=4000T/y； 原料液浓度为35%； 产品浓度为94%； 塔釜液中乙醇含量1%;(以上均为质量分数)操作压力：常
6、压；二 全塔物料衡算1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率：D=4000 T/y；WD=94%;WF=35%;W W1%;这里取W W =1%;说明：（以上平均为质量分数）分子量 乙醇 46g/mol;水18g/mol;2换算成摩尔百分比由 XA =a A/M A/（a A/M A+ a A/M B）XF=0.35/46/(0.35/46+（1-0.35）/18=0.174; XD=0.94/46/(0.94/46+（1-0.94）/18=0.8597; XW=0.01/46/(0.35/46+（1-0.01）/18=0.0039;3原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量由M=AXA+BXB得MF
7、=460.174+18(1-0.174)=22.872;MD=460.0.8597+18(1-0.8597)=42.0744;MW=460.0039+18(1-)=18.1092;4全塔物料衡算每年以300个工作日计算;DM = 40001000/(360024300)=0.1543 kg/s；D =DMWD/46+DM(1-WD)/18=0.15430.94/46+ 0.1543(1- 0.94)/18=13.2024 kmol/h；总物料衡算 F=D+W;乙醇组分物料衡算 FXF=DXD+WW;联系上面的数据，并代入以上数据，得 W=53.2415kmol/h； F=66.4439kmol
8、/h；三 根据乙醇-水的汽液平衡数据做出Y-X曲线并确定理论板数NT。1 由乙醇-水的汽液平衡数据做Y-X曲线 ; (见咐图) 利用课本第71页数据数据作图得曲线（注意：此图用大一些座标纸绘制，并列在说明书的附图中）2 确定Rmin及生产用R的选择 在相平衡曲线上，过点a (XD,XD)作相平衡曲线的切线，得挟点B，在坐标纸上查得此切线的Y轴截距XD/(Rmin+1)=0.2665,解之得Rmin=2.2236.由于R=(1.2 2)Rmin,若取R=1.5Rmin=3.3394,经圆整,取R=4.3 确定理论塔板NT 过a点作截距Y=XD/(R+1)的直线,取泡点进料,则q=1,所以q线为过
9、点(XF,0)且垂直于X轴的一条直线,求得此二直线的交点E.连结AC.其中C点坐标为(XW ,XW)则为精馏操作线.在此坐标纸上,在操作线和相平衡线画理论板数,作图结果理论板数N=18块,其中精馏段理论板16 块,第 17块板为加料板,提馏段理论板1块.四 全塔效率ET由Y -X -T 图查表：塔顶：YA= XD=0.8598，XA =0.8493，TD =78.23C；进料：YF= 0.5131，XF =0.1740，TF=83.9C；塔釜：YW= 0.0349，XW =0.0039，TW =100C；TM = （TW +TD）/2=（100+78.23）/2=89.1。在此温度下查得水和乙
10、醇黏度：水=0.3112，醇=0.25；L=醇XF+水X F=0.31120.25=0.3006 mpa/s.塔顶组成的相对挥发度为顶= YA /YB/（XA /XB）=0.8598/（1-0.8598）/0.8493/（1-0.8493）=1.0882；加料组成的相对挥发度为中=YA /YB /（XA /XB）=0.5131/（1-0.5131）/0.1740/（1-0.1740）=5.0026；塔底组成的相对挥发度为底=YA/ YB/（XA /XB）=0.0349/（1-0.0349）/0.0039/（1-0.0039）=9.2362；平均相对挥发度为=（顶中底）1/3=（1.08825.
11、00269.2362）1/3=3.691；ET=0.49（L）-0.245=0.49（3.6910.3006）-0.245=46.65%；也可以用p118页图1020查出。或用ET= 5132.5lg（L）计算。五 .摩尔流率的计算：精馏段液相摩尔流率为L=RD=413.2024=52.8096kmol/h;精馏段气相摩尔流率为V=(R+1)D=513.2024=66.012kmol/h;提馏段液相摩尔流率为L=L+qF=52.8096+113.2024=119.2535kmol/h;提馏段气相摩尔流率为V=V-(1- q)F=66.012kmol/h;七、填料的选择： 由于鲍尔环具有生产能力
12、大，阻力低，效率高，操作弹性大等优点，故选择鲍尔环作为填料。 选取2525mm瓷质乱堆的鲍而环，其比表面积a=220m2/m3,空隙率=0.76 m3/m3。堆积密度p=505kg/ m3。填料因子=300 m-1。八塔径的确定：液体密度： （1）乙醇（X 24.2，Y 48.6）D 塔顶：1=736kg/ m3；F 塔进料：1=731kg/ m3；W 塔底；1=716kg/ m3；（2）水D 塔顶：2=736kg/ m3；F 塔进料：2=731kg/ m3；W 塔底；2=716kg/ m3；精馏段： （1）液相密度计算：由1/L=X1/1+X2/2得：乙醇：均=（1+2）/2 =（736+731）/2 = 733.5kg/m3；X均=（X1+X2）/2 =（0.35+0.94）/2 =0.6
