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1、化工原理课程设计乙醇-水填料精馏塔设计学生某某 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9596C饱和蒸汽，由于沿程热损失，进精馏塔时，原料温度约为 90C；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;min ；&厂址：某某地区三、设计任务：1、完成该精馏塔的工艺设计，包括辅助设备与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
2、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。word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共沸精馏和萃取精馏,这2种别离方法多以 连续操作的方式出现。在一
3、些领域生产乙醇设备简单、投资小，可单塔别离多组分混合物，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 通过精细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，后者的代表如此为填料塔。本次课程设计就是针对乙醇-水体系而进展的常压二元填料精馏塔的设计与 相关设备选型。关键词：乙醇；水；填料塔；精馏1概述11.1物料性质11.2塔设备简介12流程确实定与说明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精馏塔的设计计算23.2塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：5、tF、仏3a 47783.7精馏塔主
4、要尺寸的设计计算 9914附属设备与主要附件的选型计算154.1 .冷凝器156777881890011214312 .裙座的设计225精馏塔高度计算226总结24附录24参考文献26第一局部概述物料性质乙醇易燃，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响或引起燃烧。 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填料作为气液两相间接触构件的传质设备。
5、填料塔具有生产能力大，别离效率高，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，并沿填料外表流下。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， 在填料外表上，气液两相密切接触进展传 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。第二局部流程确实定与说明加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。虽然采用高位槽加料，通过控制液 位高度，可以得到稳
6、定的流量和流速，但由于多了高位槽，建设费用相应增加。假如采用泵加料，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。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，流量定，对别离有利，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，塔的操作比拟容易控制。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根本相等， 无论是设计计算 还是实际加工制造这样的精馏塔都比拟容易。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。乙醇和水不反响。且容易冷凝，故使用全凝器。 塔顶出来的气体温度不高，冷
7、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。第三局部精馏塔的设计计算乙醇 Ma=46.07 Kg/Kmol 水 M b=18.02 Kg/Kmol XfXdXwMF
8、 46.07 + (1-0.174)Md 46.07 + (1-0.826)Mw 46.07 + (1-0.001)F=25000/(24*22.90)=45.49 Kmol/h由：F=D+WFX f=DX +WXv联立得 D=9.54 Kmol/h3.2塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：tVD、tLD、tF、表1乙醇-水的汽-液平衡组成乙醇/%率mol分温度/C乙醇/% （mol分率）温度/C乙醇/%率mol分温度/C液相气相液相气相液相气相由表中数据，用内差法计算得塔顶：tLD/tLD CtvD/ tVD C塔釜:(0-0.001)/(0-0.019)=(100-tw (100-95
9、.5)tw C进料：-84.1 / = / tFtF C精馏段平均温度：和=tVD +t F C提馏段平均温度：t2= tW+t F C在tF温度下乙醇和水的饱和蒸汽压分别为:精馏段：t1 C81.01-89.0/80.7-89.0X1-0.5079/ 0.3965-0.5079=(y 1-0.6564)/(0.6122-0.6564)X1=0.4007 y 1精馏段：t2 C(91.85-89.0)/(95.5-89.0)=(x2-0.0721)/(0.019-0.0721)=(y2-0.3891)/(0.17-0.3891)X2=0.0488 y 2将X1,x2,y1,y2分别代入y得a1
10、21 (1)x由于是泡点进料，xq XFXqyq1(1)XqRXdyqmin1.12倍，本设计取1.5倍。yqxq一般操作回流比取最小回流比的RminL=RL =L+q V =V= R+1D=16.22+9.54=25.76 kmol/h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 1001000CC丨的饱和水蒸气做加热介 质。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1025C .如需冷却到较低温度，如此需采用低温介质，如冷冻盐水、 氟利昂等。本设计建厂地区为某某，应该采用冷却水。循环冷却水进口温度3
11、2C, 出口温度为38C。已求得:t LD C tVDC tW C tFCt1 C t2 CtLD 温度下：Cp1 =140.12 kJ/(kmol-K) Cp2 =75.34 kJ/(kmol K)C PD C p1 ? XdCp2 1Xd(1-0.826)=128.85kJ/(kmol K)-K) Cp2 =75.87 kJ/(kmoltw 温度下：Cp1=151.89kJ/(kmolCpWCp1 ? XwCp2 1XW0.001+ (1-0.001)=75.95 kJ/(kmolt ld温度卜：1 =83.95kJ/kg ;2 =2314.6kJ/kg ;1 ? XD2 1XD0.826
12、+(1-0.826)=472.08 kJ/kg1OC时塔顶气体上升的焓QV 塔顶以0C为基准，qv V ?CpD ?tD V ? ?M D=759931.06 kJ/h回流液的焓 QrtVDC温度下 Cp1=140.12 kJ/(kmol K) Cp2 =75.34kJ/(kmol K)C pDC p1 ? XD Cp2 1 XD(1-0.826)=128.85 kJ/(kmolQr L?C p ?tVD 78.07=163162.16 kJ/h3塔顶馏出液的焓Qd因馏出口与回流口组成一样，所以QdD ?Cp ?tLDQc5进料口的焓Qf冷凝器消耗的焓QcQvQr Qd =759931.06-
13、163162.16-95929.03=500839.87 kJ/htF 温度下：Cp1=153.06kJ/(kmol K); C p2 =76.84kJ/(kmol K);Cp1C p2 1=0.174+(1-0.174)所以 Qf F ?Cp ?tF kJ/(kmol K)(6)塔底残液的焓QwQW W ? C p ?twkJ/(kmol K)7再沸器Qb塔釜热损失为10%如此n设再沸器损失能量Q损0.1Qb , QbQfQC QwQ损Qd加热器的实际热负荷0.9Qb QC Qw Qd Qf精馏段操作线方程:ynRXdR 1Xn1 R 11.701.700.8261.70 10.630xn 10.306提馏段操作线方程:25.7635.950.717yn 12.395xn 0.001R 1 心 0.717 10.001R Xn R 0.717 Xn 0.717因为泡点进料，所以q=1.图1理论板数图解法 4 e yf z 可诃 yy 0 N 卜 2 03 QNXw 0.001 Xf0.174 xD 0.826Nt 9不含再沸器78.04 99.762进料板Nf 7精馏段4块，提馏段5块。表2不同温度卜乙醇-水黏度mPa- s温度C20406080100乙醇水全塔的平均温度:乙醇：88.90 8
