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1、化工原理课程设计任务书一 设计题目：乙醇水连续浮阀式精馏塔的设计二 任务要求设计一连续筛板浮阀精馏塔以分乙醇和水具体工艺参数如下： 原 料 加 料 量F =100kmol/h进料组成 x =273F馏出液组成 x=0.831 釜液组成 x=0.012w塔顶压力 p=100kpa单板压降 0.7 kPa2 工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝器，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流。三 主要设计内容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计（1）塔径及提馏段塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高4、设计结果汇总5、工艺流程图及精馏塔工艺条件图目
2、录化工原理课程设计任务书 错误!未定义书签。摘 要W第一章 前言 错误!未定义书签。1.1 精馏原理及其在化工生产上的应用 11.2 精馏塔对塔设备的要求 11.3 常用板式塔类型及本设计的选型 11.4 本设计所选塔的特性 1第二章 流程的确定和说明 32.1 设计思路 32.2 设计流程 3第三章精馏塔的工艺计算 43.1 物料衡算 43.1.1原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率 43.1.2物料衡算 43.2 回流比的确定 53.2.1平均相对挥发度的计算 53.2.2最小回流比的确定 63.3 板数的确定 63.3.1精馏塔的气液相负荷 63.3.2精馏段与提馏段操作线方程 63.3.3
3、逐板法确定理论板数及进料位置 63.3.4全塔效率 83.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 83.4.1操作温度的计算 83.4.2操作压强 93.4.3塔内各段气液两相的平均分子量 103.4.4精馏塔各组分的密度 123.4.5液体表面张力的计算 153.4.6液体平均粘度的计算 153.4.7气液负荷计算 163.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 163.5.1塔径的计算 错误!未定义书签。3.5.2精馏塔有效高度的计算 错误!未定义书签。3.5.3溢流装置计算 错误!未定义书签。3.5.4塔板布置 203.6 筛板的流体力学验算 213.6.1塔板压降 213.6.2液沫夹带 错误
4、!未定义书签。3.6.3漏液 错误!未定义书签。3.6.4液泛 错误!未定义书签。3.7 塔板负荷性能图 错误!未定义书签。3.7.1过量液沫夹带线关系式 错误!未定义书签。3.7.2液相下限线关系式 错误!未定义书签。3.7.3严重漏夜线关系式 错误!未定义书签。43.7.4液相上限线关系式 错误!未定义书签。3.7.5降液管液泛线关系式 错误!未定义书签。3.8 主要接管尺寸的选取 错误!未定义书签。3.8.1进料管 错误!未定义书签。3.8.2釜液出口管 错误!未定义书签。3.8.3塔顶蒸汽管 错误!未定义书签。3.8.4回流管 错误!未定义书签。3.8.5塔底蒸汽管 错误!未定义书签。
5、第四章主要计算计算结果列表 错误!未定义书签。4.1浮阀塔计算结果汇总 错误!未定义书签。结束语 29参考文献 30主要符号说明 31错误!未定义书签。错误!未定义书签。错误!未定义书签。 37附 录一、物性表 二、负荷性能图三、带控制点的工艺流程图四、塔的设备结构图 38摘要本设计是以乙醇一一水物系为设计物系，以浮阀塔为精馏设备分离乙醇和水。浮阀塔 是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对二元物系乙醇水的精馏问题进行 分析，选取，计算，核算，绘图等，是较完整的精馏设计过程。通过逐板计算得出理论板数为16块，回流比为3.531,算出塔效率为0.518，实际板数 为32块，进料位置为第11块，
6、在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1米， 有效塔高 13.6 米，浮阀数（提馏段每块 76）。通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指 标数据均符合标准。本次设计过程正常，操作合适。关键词：乙醇、水、二元精馏、浮阀连续精馏精馏塔、提馏段第1 章 前言1.1 精馏原理及其在化工生产上的应用实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。 对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液（气相冷却而成）是沸点低的 B 物质，而残液是 沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温 度最低。精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔
7、底。1.2 精馏塔对塔设备的要求精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精 馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求 大致如下： 一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易 于达到所要求的真空度。四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不 会使效率发生较大的变化。五：结构简单，造价低，安装检修方便。 六：能满足
8、某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。1.4 常用板式塔类型及本设计的选型常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。而浮阀塔具有很 多优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型 塔板研开发的主要方向。近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，浮阀塔多用 不锈钢板或合金 。实际操作表明，浮阀在一定程度的漏夜状态下，使其操作板效率明显 下降，其操作的负荷范围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。 浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点。所以在 此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，
9、造价低，制造方便；塔板开孔率大， 生产能力大等。乙醇与水的分离是正常物系的分离，精馏的意义重大，在化工生产中应用非常广泛，对 于提纯物质有非常重要的意义。所以有必要做好本次设计1.4本设计所选塔的特性浮阀塔的优点是：1生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大20%40%,与筛板塔接近。2操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许 的负荷波动范围比筛板塔,泡罩塔都大。3塔板效率高,由于上升气体从水平方向吹入液层,故气液接触时间较长,而雾沫夹 带量小,塔板效率高。4气体压降及液面落差小,因气液流过浮阀塔板时阻力较小,使气体压
10、降及液面落差比泡罩塔小。5塔的造价较低,浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%,但是比筛板塔高 20%30。但是,浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上）,所以一般采用不锈钢作成, 致使浮阀造价昂贵,推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展,各种新型填料,高 效率塔板的不断被研制出来,浮阀塔的推广并不是越来越广。近几十年来,人们对浮阀塔的研究越来越深入,生产经验越来越丰富,积累的设计数据比较完整,因此设计浮阀塔比较合适第二章流程的确定和说明2.1设计思路首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原 料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原
11、料从进料口进入到精馏塔中。因 为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分 开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到 塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品 冷却器中，停留一定的时间然后进入乙醇的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中， 这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进 入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面 所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成乙醇和水的分离。2.1设计流程乙醇一水混合液经原
12、料预热器加热，进料状况为汽液混合物q=l送入精馏塔，塔顶上升 蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余经塔顶产品冷却器冷却后，送至储罐，塔釜 采用直接蒸汽加热，塔底产品冷却后，送入贮罐（附流程图）。第三章 精馏塔的工艺计算3.1物料衡算3.1.1原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率乙醇的摩尔质量M二46.07kg /kmolA水的摩尔质量M 二18.02kg /kmolB原料加料量 F=100kmol/h进料组成x =0.275F馏出液组成 x=0.843D釜液组成 x=0.013w塔顶压力 p=100kpa单板压降0.7 kPaM = x x M+ (1 一 x )x MF F 乙醇F水= 0.
13、273 x 46.07 +(1 一 0.273)x 18.02 = 25.70 kg /kmolM = 0.831x 46.07 + (1 - 0.831)x 18.02 = 41.60kg / kmolDM = 0.012x 46.07 + (1 - 0.012)x18.02 = 18.36kg / kmolW3.1.2物料衡算精馏塔二元系物料D x - x0.273 - 0.012=-fw = 0.319F x x 0.831 0.012DWF = D + W=100 = D + WFx = Dx +Wx100x 0.273 = 0.831D + 0.0121WFDW解得：D=31.6 k
14、mol / h W=68.4 kmol / h精馏段：L=RD=2.36X31.6=74.51 kmol/hV= (R+1) D= (2.36+l)X31.6=106.08kmol/h提馏段：L 二L+qF=74.51+100=174.51 kmol/hV 二V+(ql)F二V=106.08 kmol/h3. 2回流比的确定3.2.1平均相对挥发度的计算查1由相平衡方程y二兰 得“业1 + (a- 1)xx( y -1)由常压下乙醇-水溶液的平衡数据x0.180.20.250.30.350.4y0.510.5250.5510.5750.5950.61x0.450.550.50.60.650.7y0.6350.6780.6780.6970.7250.755由道尔顿分压定律prPy及a. =IA=耳yG-y )=B-vx(1 - x )ABB B By ya = t bi x xA B将上表数据代入 得：序号12345a.3.68153.15692.72542.35012.1263序号678910a.1.91551.72281.54081.41961.3207贝ya
