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1、 课程设计说明书内页 化工原理课程设计乙醇-水溶液连续精馏塔优化工艺设计姓 名：XXX XXXX学 号：XXXXXX XXXXX学 校：XXXXXXXXX班 级：XXXXXXXXXX指导老师：XXXX时 间：XXXXXX摘要化工生产常常需要进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有效组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的差异并借助多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有很重要的地位。因此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔形的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计
2、采用的筛板塔是化工生产中非常重要的气液传质设备。此设计对二元物系的精馏问题进行了详尽的分析、计算、选取、核算、绘图等，是比较完整的比较精确的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛应用。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺计算，工艺参数的选定，泡点进料，泡点回流，设备的结构设计，工艺尺寸的设计，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，我们可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，各种接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。 关键词：乙醇；水；精馏段；提馏段；筛板塔。目录第一章 前言第二章 绪论2.
3、1 设计任务62.2 设计方案 62.3 技术支持7第三章 塔板的工艺设计3.1 常压下乙醇-水气液平衡组成与温度的关系83.2 精馏塔全塔物料衡算93.3 精馏段的物性衡算113.4 提馏段的物性衡算143.5 板效率及实际塔板数的确定173.6 精馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算183.7提馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算21第四章 塔板的流体力学验算4.1精馏段塔板流体力学验算244.2提馏段塔板流体力学验算274.3 精馏段塔板负荷性能图294.4 提馏段塔板负荷性能图33第五章 塔附件设计5.1 换热器的选择365.2直接蒸汽加热热量衡算375.3冷凝器375.4馏出液冷却器385.5釜液冷
4、却器395.6 换热器规格汇总表405.7 输送泵的选择40第六章 塔的主要接管尺寸的选取6.1 塔顶蒸汽管路426.2塔顶冷凝水管路426.3塔顶液相回流管路426.4加料管路436.5塔釜残液流出管路436.6冷却水出口管路446.7塔顶馏出液管路456.8接口管路汇总表45第七章 塔总体高度的设计7.1塔高的确定467.2塔顶空间的确定467.3塔底空间的确定467.4有效塔高的确定467.5塔顶封头HF的确定467.6裙座高度HS的确定467.7人孔477.8塔板结构的确定47第八章 设计方案讨论及总结47设计结果概要及汇总表49符号一览表54 参考文献56附录57第一章 前言大三下学
5、期的最后几周，在老师的英明指导下，我们进行了化工原理的课程设计。本次设计的目的是把我们大学里所学过的理论知识都串联起来，并将它们灵活运用到实际应用中，以加深我们对理论知识的理解及应用能力。 本次设计的任务是设计优化乙醇-水溶液连续精馏塔。设计过程中，我们认真思考、分析和研究，考虑到实际生产中的经济效益问题及绿色环保问题，经过大量的精确的工艺计算及理论探讨确定，最终选用了筛板式精馏塔，并于常压下用直接蒸汽加热法进行精馏操作；设计出了一套比较接近实际的精馏塔装置。通过课程设计，我们基本上掌握了化工设计的程序和方法，学会查阅资料、使用手册、选用数据和公式、合理确定工艺流程、正确进行工艺计算、用技术经
6、济的观点评价设计结果，用文字数表图纸表达设计思想、以及严谨认真的工作态度和工作作风。在设计过程中，我们得到了老师和许多同学的精心指导，特别是师兄师姐们的热心帮助。我们在此对他们表示衷心的感谢！由于我们水平有限，另外时间也比较紧迫，所以设计方案及方法难免有些缺陷。在此,我们恳请老师给予理解及指导。 设计者 2012年7月X日第二章 绪论2.1 设计任务2.1.1 设计题目 乙醇水溶液连续精馏塔优化工艺设计2.1.2 设计条件 1.常压操作，P1 atm（绝压）。2.原料来至上游的粗馏塔，为91.3的饱和蒸气。因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为85。3.塔顶产品为浓度93.5%（质量分率）的药
7、用乙醇。4.塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.07(质量分率)。 5.塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。6.操作回流比R=(1.12.0) 。7.厂址为南宁地区。2.1.3 设计要求 1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计算和选型。 2画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡图，塔 板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。 3写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己设计的评价。2.2 设计方案2.2.1 生产要求设计要求塔产量为15000吨/年，每年工作日为300天，每天24小时连续正常工作。2.2.2 选择塔型精馏塔属
8、气液传质设备。气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较1知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定,且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，它与泡罩塔相比较具有下列优点：生产能力大10-15%，板效率提高15%左右，而压降可降低30%左右，另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右，安装容易，也便于清洗检修2。因此，本设计采用筛板塔比较合适。2.2.3 精馏方式由设计要求知，本精馏塔为连续精馏方式。2.2.4 操作压力常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用
9、，提高经济效益, 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。2.2.5加热方式精馏塔通常设置再沸器，采用直接蒸汽加热，以提供足够的能量。直接蒸汽加热方式，即把蒸汽直接通入塔釜汽化釜液，这样操作费用和设备费用均可降低，但在塔顶轻组分回收率一定时，由于蒸汽冷凝水的稀释作用，残液轻组分浓度会降低，所需塔板数会略有增加。2.2.6热能利用蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和部分冷凝，因此效率很低，塔顶蒸汽冷凝放出的热量是很大的，但其能位较低，不可能直接用来做塔釜的热源，但可用作低温热源，供别处使用，或可以采用热泵技术，提高温度后再用于加热釜液。此外，通过蒸馏系统的合理设置，也可以获得节
10、能的效果，例如可以采用设置中间再沸器和中间冷凝器的流程。2.2.7工艺流程原料槽中的原料液先由离心泵送到预热器预热，再进精馏塔，精馏塔塔顶蒸汽经全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品输送进乙醇贮存罐，而再沸器则加热釜液，塔釜产品流入釜液贮存罐。2.3 技术支持目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，当然也会有一些简化的模型，但是严格的计算法对于连续精馏塔是最常用的，我们此次所做的计算也采用严格计算法。第三章 塔板的工艺设计3.1常压下乙醇-水气液平衡组成与温度的关系3.1.1乙醇和水的汽液平衡组成查书2得到不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示：表3-1液相摩尔分数x气相摩尔分数y温度/液相摩尔分数x气相摩尔分数y温度/0.000.001000.32730.582681.50.01900.170095.50.39650.612280.70.07210.389189.00.50790.656479.80.09660.437586.70.51980.659979.70.12380.470485.30.57320.684179.30.16610.508984.10.67630.738578.740.23370.544582.70.74720.781578.410.26080.558082.30.89430.894378.
