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1、化工原理 课程设计 题 目：乙醇水精馏筛板塔设计设计时间：2010、12、20-2011、1、6化工原理课程设计任务书（化工1） 一、 设计题目 板式精馏塔的设计二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计三、工艺条件生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年进料热状况：自选回流比：自选加热蒸汽：低压蒸汽单板压降：0.7Kpa工艺参数组成浓度（乙醇mol%）塔顶78加料板28塔底0.04四、设计内容1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。2.工艺参数的确定基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。3.
2、主要设备的工艺尺寸计算板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。4.流体力学计算流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。5.主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。五、设计结果总汇六、主要符号说明七、参考文献八、图纸要求1、工艺流程图一张(A2 图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸）目录前言31概述41.1 设计目的41.2 塔设备简介42设计说明书62.1 流程简介62.2 工艺参数选择73 工艺计算83.1物料衡算83.2理论塔板数的计算83.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据8如表3-183
3、.2.2 q线方程93.2.3 平衡线93.2.4 回流比103.2.5 操作线方程103.2.6 理论板数的计算113.3 实际塔板数的计算113.3.1全塔效率ET113.3.2 实际板数NE124塔的结构计算134.1混合组分的平均物性参数的计算134.1.1平均分子量的计算134.1.2 平均密度的计算144.2塔高的计算154.3塔径的计算154.3.1 初步计算塔径164.3.2 塔径的圆整174.4塔板结构参数的确定174.4.1溢流装置的设计174.4.2塔盘布置（如图4-4）174.4.3 筛孔数及排列并计算开孔率184.4.4 筛口气速和筛孔数的计算195 精馏塔的流体力学
4、性能验算205.1 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算205.1.1液沫夹带校核205.2.2塔板阻力校核215.2.3溢流液泛条件的校核235.2.4 液体在降液管内停留时间的校核235.2.5 漏液限校核235.2 分别作精馏段、提留段负荷性能图245.3 塔结构数据汇总266 塔的总体结构287 辅助设备的选择297.1塔顶冷凝器的选择297.2塔底再沸器的选择297.3管道设计与选择317.4 泵的选型327.5 辅助设备总汇.32前言化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中大部分是均相混合物。生产中为满足要求需将混合物分离成较纯的物质。精馏是分离液
5、体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂的驱动下（有时加质量剂），使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。该过程是同时进行传质、传热的过程。乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏
6、的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。1概述1.1 设计目的蒸馏是分离均相混合物的单元操作，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。精馏是典型的化工操作设备之一。进行此次课程设计的目的是为了培养
7、综合运用所学知识,来解决实际化工问题的能力,做到能独立进行化工初步设计；掌握化工设计的基本程序和方法；学会查阅技术资料、选用公式和数据；用简洁文字和图表表达设计结果；用CAD制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，为以后从事设计工作打下坚实的基础。1.2 塔设备简介塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一,他可以使气(或汽)或液液两相紧密接触，达到相际传质及传热的目的。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各方面都有重大影响。塔设备中常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体
8、的冷却和回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿和减湿等。最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相能充分接触，以获得高的传质效率。此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：1、生产能力大；2、操作稳定，弹性大；3、流体流动阻力小；4、结构简单、材料耗用量少，制造和安装容易；5、耐腐蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。在本设计中我使用筛板塔，筛板塔的突出优点是结构简单造价低。合理的设计和适当的操作筛板塔能满足要求的操作弹性，而且效率高采用筛板可解决堵塞问题适当控制漏液。筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一，五
9、十年代之后通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构，近年来与浮阀塔一起成为化工生中主要的传质设备。为减少对传质的不利影响，可将塔板的液体进入区制成突起的斜台状这样可以降低进口处的速度使塔板上气流分布均匀。筛板塔多用不锈钢板或合金制成，使用碳钢的比率较少。它的主要优点是：结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60左右，为浮阀塔的80%左右；在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%40%；塔板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；气体压力降较小，每板降比泡罩塔约低30%左右。缺点是：小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液；操作弹性较小（约23）。2设计说明书2.1 流程简
10、介图1-1 精馏过程流程图2.2 工艺参数选择(1) 处理能力：5000T/y ,年开工7200小时(2) 进料浓度：Xf=0.15（mol%）(3) 进料温度：tf=18 (4) 塔顶冷凝水采用12深井水, 塔釜间接蒸汽加热(5) 压力： 常压操作 单板压降0.7 kPa(6) 要求： xd=86 mol % xw= 1mol % 3 工艺计算3.1物料衡算进料浓度为XF=0.15（mol%），则MF=46*0.15+18*0.85=22.2Kg/KmolF=5000T/y=5000000/(MF*7200)=31.28Kmol/h由 F=D+W FXF=DXD+WXW得：D=5.152 K
11、mol/hW=26.128 Kmol/h 3.2理论塔板数的计算3.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据如表3-1 表3-1 乙醇-水汽液平衡组成温度 液相组成 气相组成 /% /%100 0 095.5 1.90 17.0089.0 7.21 38.9186.7 9.66 43.7585.3 12.38 47.0484.1 16.61 50.89温度 液相组成 气相组成 /% /%82.7 23.37 54.4582.3 26.08 55.8081.5 32.73 59.2680.0 39.65 61.2279.8 50.97 65.6479.7 51.98 65.99温度 液相组成 气相组成
12、 /% /%79.3 57.32 68.4178.74 67.63 73.8578.41 74.72 78.1578.15 89.43 89.43 3.2.2 q线方程18进料：查物性数据：易挥发组分比热c1 2.453 kJ/kgK难挥发组分比热c2 4.184 kJ/kgK易挥发组分汽化潜热r1 902 kJ/kgK难挥发组分汽化潜热r2 2458 kJ/kgK进料温度t1 18 ，进料组成对应的泡点温度t2 83 则平均r =zf r1*M轻组分+(1- zf) r2*M重组分 =0.15*902*46+0.85*2458*18=43831.2 KJ/Kmol 平均cp= zf c1*M
13、轻组分+(1- zf) c2*M重组分 =0.15*2.453*46+85*4.184*18=80.941KJ/KmolK 得q=（cp*t+r）/r=80.941*(83-18)+43831.2/43831.2=1.119则q线方程：=9.396x-1.2593.2.3 平衡线根据表3.1作出平衡线图，并画出理论塔板数，如图3-1和3-2。图3-1乙醇水的气液平衡x-y图图3-2乙醇水的气液平衡局部放大图3.2.4 回流比由0.259=xD/(Rmin+1) 得最小回流比Rmin2.32 又R=（1.1-1.8）Rmin取回流比R=43.2.5 操作线方程 精馏段操作线方程为: =0.8xn+0.2xD提馏段操作线方程为: =1.887xm-0.008873.2.6
