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1、 西安文理学院化工原理课程设计乙醇水溶液连续筛板精馏塔设计系院名称：化学与化学工程学院专业班级： 12化工 指导老师 提交时间： 2021年12月10日 目录1.化学原理课程设计任务书- 3 -2.概述- 4 -2.1 精馏塔对塔设备的要求- 4 -板式塔类型- 4 -精馏塔的设计步骤- 5 -3.物料衡算- 5 -计算原料液及其塔顶产品的摩尔分数- 6 -计算原料液及其塔顶产品的平均摩尔质量- 6 -4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算- 7 -平均粘度的计算- 7 -平均外表张力的计算- 8 -4.3操作温度的计算- 9 -气相组成的计算- 9 -相对挥发度的计算- 10 -回流比确实
2、定- 10 -5.塔板数确定- 10 -理论塔板数确实定- 10 -实际塔板数确定- 11 -6.精馏塔的热量衡算- 12 -蒸汽用量- 12 -冷却水用量- 13 -7.精馏塔的塔体工艺尺寸计算- 15 -精馏段与提馏段的体积流量- 15 -塔径的计算- 17 -8.塔板主要工艺尺寸的计算- 19 -溢流装置计算- 19 -塔板布置- 20 -有效面积计算- 20 -筛孔计算与排列- 21 -9.塔总体高度计算- 22 -塔顶封头- 22 -塔顶空间- 23 -塔底空间- 23 -人孔- 23 -进料板处板间距- 23 -裙座- 23 -10.塔的接管- 24 -进料管- 24 -回流管-
3、24 -塔底出料管- 24 -塔顶蒸汽出料管- 24 -塔底蒸汽出料管- 25 -11.筛板的流体力学验算- 25 -精馏段- 25 -11.2 提馏段- 27 -12.塔板负荷性能图- 28 -精馏段- 28 -提馏段- 32 -13.筛板塔设计计算结果- 36 -塔设计计算结果表表十四- 36 -14.参考文献- 37 -15.设计总述- 37 -16.符号说明- 37 -17.思想及总结- 40 -：乙醇水溶液连续筛板精馏塔设计：(1)处理量：8万吨/年；(2)料液组成质量分数：42%；(3)塔顶产品组成质量分数：95%；(4)塔顶易挥发组成回收率：99.5%；(5)年工作生产时间：33
4、0天；(6)常压精馏，泡点进料，泡点回流。1.3设计内容工艺计算：(1)物料衡算；(2)热量衡算；(3)回流比确实定；(4)理论塔板数确实定；(5)实际塔板数确实定。1.4塔板及其塔的主要尺寸的设计：(1)塔板间距确实定；(2)塔径确实定；(3)塔板的设计；(4)布置及其板上流流程确实定；(5)流体力学的计算及其有关水力性质的校核，作负荷性能图。(6)绘制工艺流程图、PID图及精馏塔的设备图。(1)设计说明书一份。(2)设计图纸包括流程图，PID图，塔盘布置图，塔工艺条件图。2.概述2.1 精馏塔对塔设备的要求精馏所进行的是气液两相之间的传质。而作为气液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气液
5、两相得到充分的接触，以到达较高的传质效率。但是，工业生产对塔板的要求不只限于高效率，塔设备还应具备以下根本要求：(1)通过能力大，即气、液处理量大。(2)操作稳定，操作弹性大。 (3)塔板压降低。 (4)结构简单，本钱低，制造和安装容易。(5)耐腐蚀、不易堵塞，方便操作、调节和检修。(6)塔内的滞留量要小。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。 气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板
6、上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。 筛板塔作为传质过程常用的塔设备，其主要优点有：(1)结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。(2)处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。(3)塔板效率高，比泡罩塔高15左右。(4)压降较低，每板压力比泡罩塔约低30左右。 缺点是：(1)塔板安装的水平度要求较高，否那么气液接触不匀。(2)操作弹性较小(约23)。(3)小孔筛板容易堵塞。精馏塔的设计步骤本设计按以下几
7、个阶段进行：(1)设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。(2)精馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。(3)塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算,并画出塔的操作性能图。 (4)编写说明书。(5)绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。本设计任务为别离乙醇和水的混合物。采用连续常压精馏流程，设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一局部回流至塔内，其余局部经产品冷凝器冷却后送至贮罐。该物系属于易别离物系，最小回流比比拟小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔底
8、采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至贮罐。乙醇和水的物理性质表一工程分子量沸点/C临界温度 /C临界压强 /Kpa乙醇水100计算原料液及其塔顶产品的摩尔分数乙醇的摩尔质量为：水的摩尔质量为：料液组成质量分数：；塔顶产品组成质量分数：；塔顶易挥发组成回收率：；处理量：；年工作生产时间：；那么： 3.2计算原料液及其塔顶产品的平均摩尔质量又根据回收率： 那么有： 全塔物料衡算：得出：对轻组分乙醇作物料衡算得: 得出: 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算液相平均粘度依下式计算精馏段平均温度根据乙醇，水粘度数据表使用内插法计算得：乙醇：水：精馏段平均液相组成：精馏段粘度：提馏段平均温度 根据
9、乙醇，水粘度数据表使用内插法计算得：乙醇：水：提馏段平均液相组成： 提馏段粘度：乙醇和水的黏度(表二)温度/C2030405060708090100110水/mp乙醇/mp乙醇和水的外表张力表三温度/C2030405060708090100110水/mN乙醇/mN液相平均外表张力依下式计算由 根据乙醇，水粘度数据表使用内插法计算得 乙醇A：水B：进料版液相平均外表张力的计算由 根据乙醇，水粘度数据表使用内插法计算得乙醇A：水B：塔底液相平均外表张力的计算由 根据乙醇，水粘度数据表使用内插法计算得乙醇A：水B：那么精馏段液相平均外表张力： 提馏段液相平均外表张力：4.3操作温度的计算因 ,根据化
10、工设计书乙醇水相平衡数据表3-13使用内插法计算得：进料温度 塔顶温度 塔釜温度 故，精馏段平均温度 提馏段平均温度塔顶温度： 汽相组成：进料温度： 汽相组成： 塔釜温度： 汽相组成：精馏段平均汽相组成：提馏段平均汽相组成： 由=0.221， =0.538，由=0.881， =0.886，由=0.00146，=0.01322，精馏段的平均相对挥发度： 提馏段的平均相对挥发度： 得 (泡点进料)计算精馏段、提馏段操作线方程精馏段操作线方程； 提馏段操作线方程：逐板法计算理论塔板数由Excel计算得精馏塔各板液相气相摩尔分数，见下表。理论塔板数表四XYN1234567891021112得：第4块板
11、进料精馏段理论塔板数为3块，提馏段理论塔板数为8块精馏段： ： 块提馏段 ： 块全塔所需实际塔板数： 全塔效率: 精馏段: 提馏段: 因那么，蒸汽用量预热器热蒸汽的用量取原料液进预热器的入口温度，出口温度为在下，由液体的比热容数据表得， 即混合液体的平均比热容又预热器的热负荷为： 热量衡算得：查液体的汽化热共线图，得时水的汽化热那么再沸器加热蒸汽用量查水的饱和蒸汽表，得时水的汽化查液体的汽化热共线图，得时乙醇的汽化热; 再沸器的热负荷为：热量衡算得：那么冷却水用量操作回流比，产品产出速率 那么出塔顶蒸汽流量冷凝器冷却水用量设冷凝水入口温度，出口温度在下，查水的物理性质得在塔顶温度下，查得水的汽
12、化热为乙醇的汽化热为。那么的乙醇的汽化热为冷凝器的热负荷为热量衡算得：那么冷却器冷却水用量冷却水入口温度，设出口温度；产品进冷却器的温度，设产品出口温度为。在乙醇水溶液被冷却的平均温度时，查得 即混合液体的平均比热容在冷却水的平均温度时，查得冷却器的热负荷为：热量衡算得：那么精馏段：液相平均温度：此时 液相平均密度：其中，平均质量分数： 所以 精馏段液相负荷： 液相质量流量：液相体积流量：精馏段的气相负荷： 根据克拉佩龙方程以及得，带入以上数据可得气体的平均密度：气相体积流量： 精馏段物性数据表五位置进料板塔顶质量分数摩尔分数摩尔质量沸点温度 /C提馏段：液相平均温度： 此时 平均密度为：其中，平均质量分数： 所以 提馏段气液相负荷：提馏段物性数据表六位置塔釜进料板质量分数摩尔分数摩尔质量沸点温度 /C 塔径的计算由于精馏段和提馏段的上升蒸汽量相差不大，为便于制造，取两端的塔径
