化工原理课程设计任务书一设计题目：分离乙醇一水连续浮阀式精馏塔的设计二原始数据及条件生产能力：年处理乙醇-水混合液20万吨(幵工率300天/年) 原料：乙醇含量为20% (质量百分比，下同)的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量不低于95%塔底乙醇含量不高于0.2%建厂地址：吉林地区一设计题R乙醇一水二元物系浮阀式精馏塔的设计 二设计条件(1) 原料来自原料罐，温度20C,乙醇含量52% (质量分率)；原料处理量为1100kg/h。(2) 产品组成：乙醇含量91% (质量分率)。(3) 釜液组成：乙醇浓度0.04% (质量分率)。(4) 塔顶压力：。(5) 精馏塔进料状态为泡点进料。(6) 塔釜为饱和蒸汽直接加热。三设计内容(1) 确定工艺流程。(2) 精馏塔的物料衡算。(3) 塔板数的确定。(4) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算。(5) 精馏塔塔体工艺尺寸的计算。(6) 塔板板面布置设计。(7) 塔板的流体力学验算与负荷性能阁。(8) 精馏塔接管尺寸计算。(9) 塔顶全凝器工艺设计计算和选型。(10) 进料泵的工艺设计计算和选型。(11) 带控制点的工艺流程图、塔板板面布置图、精馏塔设计条件图。(12) 设计说明书。摘要化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液 体混合物中各组分挥发度的不同并借助于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、轻工等工业生产中中占有重耍的地位。为此，掌握气液相 平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，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。本次设计的筛板塔是化工生产中主 要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘阁等, 是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算一一物料衡算xF=0.254 xD=0.788 xW=0.0020 F=100kmol /h实际塔板数精馏段22块，提馏段7块。工艺参数的选定泡点进 料、泡点回流。设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算塔高为11.35m,筛孔数目为3425个， 辅助设备的选型，工艺流程阁，主要设备的工艺条件阁等内容。通过对精馏塔的运算，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。41 41 2 3 51 6 11 11 - 11 - 1第四章塔板的流体力学验算1926272728 28化工原理课程设计任务书摘 Mn.第前I第一早绪论2.1设计方案 2.2选塔依据第三章塔板的工艺设计43.1精馏塔全塔物料衡算3.2常压下乙醇-水气液平衡组成与温度关系3.3理论塔的计算3.4塔径的初步设计3.5溢流装置3. 6塔板的分布、浮阀数目及排列4.1气相通过浮阀塔板的压降194.2 淹塔204.3物沫夹带204. 4塔板负荷性能图21第五章塔附件设计265.1 勝5.2筒体与封头5. 3除沫器5. 4裙座5.5制主第六章塔总体高度的设计296.1塔的顶部空间高度296. 2塔的底部空间高度296. 3塔总体高度29第七章附属设备设计307.1冷凝器的选择307. 2再沸器的选择30第八章设计结果汇总31鱗i吾32参考文献33主要符号说明M附 录35第一章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。在本设计中我们使用筛板塔，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，近年來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门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）。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A的是为了培养综合 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设计初步训练，为以后从事 设计工作打下坚实的基础。第二章绪论2.1设计方案本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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。塔顶上升蒸气采用 全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。 该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间 接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.2选塔依据筛板塔是现今应用最广泛的一种塔型，设计比较成熟，具体优点如下:(1) 结构简单、金属耗量少、造价低廉.(2) 气体压降小、板上液面落差也较小.(3) 塔板效率较高.改进的大孔筛板能提高气速和生产能力，且不易堵塞塞孔2.3设计思路1、精馏方式的选定 _2、操作压力的选取_3、加料状态的选择4、加热方式的选择 _5、冋流比的选择6、冷凝方式及介质选择_7、塔的选择图2_2设计思路1、本设计采用连续精馏操作方式。2、常压操作。3、泡点进料。4、间接蒸汽加热。5、选 R=(l. 1-2. O)Rmin。6、塔顶选用全凝器。7、选用筛板塔，其突出优点是结构简单，造价低，制造方便；生产能力第三章塔板的工艺设计3.1精馏塔全塔物料衡算F：进料量(kmol/s)xF：原料组成(摩尔分数，下同)D：塔顶产品流量(kmol/s)塔顶组成W：塔底残液流量(kmol/s)塔底组成原料乙醇组成:xF20/46塔顶组成XD20/46 + 80/1893/46= 8.91%塔底组成93/46 + 7/18 0.3/46= 83.87%0.1176%进料量:0.3/46 + 99.7/1820x104x1030.2/46 + (1-0.2)/18F=20万吨/年=330x24x36000.342koml/s物料衡算式为：F=D+W=D,nWxW联立代入求解：D=0.0358kmol/s, w=0.30621 kmol/s3.2常压下乙醇-水气液平衡组成与温度关系温度液相组成气相组成)，/%温度液相组成气相组成)%温度液相组成气相组成CX/%C%/%Cx/oy /%1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.2138.9181.532.7359.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.039.6561.2278.1589.4389.4385.312.3847.0479.850.9765.6484.116.6150.8979.751.9865.991.温度利用表中数据用插值法求得89.0-86.7 _ Z1厂89.0 7.219.66 8.91-7.21Zf=87.41C78.1578.41 _78.15 89.43-74.72 83.87-89.4178.25C100-95.5 _ “1000-1.900.1176-0=99. 72C精馏段平均温度提馏段平均温度,kJ7.41+78.25=82 8rc2.密度t2 =+ C 87.41 + 99.72=93.57C己知：混合液密度对分子质量)混合汽密度依式塔顶温度：=78.依式丄= Pl(a力质量分数，M为平均相25CCT22ATp、气相组成.进料温度:气相组成:塔府温度:气相组成:78.41-78.15 _ 78.25-78.15 78.15-89.43 _100yD-89.43 tF =87.41 C89.0-86.7 _ 89.0-87.4138.91-43.75 _ 38.91-100=99.72 C100-95.5 _ 100-99.720-17.00 _ 0-100人.=85.09 %yF =42.26%精馏段：液相组成 A : $ =(xd+xf)/2 $相组成i =( + )/2yw=i.O6%X, =46.39% = 1.06%ML = 46x0.4639 + 18x(1 - 0.4639) = 33.99kg/ kmol 所以MV1= 46x0.6368 +18x(1 -0.6368) = 35.83/ kmol提馏段液相组成易：2=(v+xf)/2=4.51%气相组成A: (Xv+f)/2y2 =21.66%ML2 = 46x0.45 1 + 18x(1 - 0.0451)= 19.26/ kmol A?V2 =46x0.2166 + 18x(1-0.2166) = 24.06 / kmol表3-2不同温度卜乙醇和水的密度：温度/cp(.l(kg.m-3、P、J (kg m-3)温度/C/?(./(权.m 3)广、,/（岵，3）8073597