化工原理课程设计精馏塔设计.docx

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化工原理课程设计精馏塔设计

南京工程学院

课程设计说明书（论文）

题目乙醇—水连续精馏塔的设计

课程名称化工原理

院（系、部、中心）康尼学院

专业环境工程

班级K环境091

学生姓名朱盟翔

学号240094410

设计地点文理楼A404

指导教师李乾军张东平

设计起止时间：

2011年12月5日至2011年12月16日

符号说明

英文字母

Aa——塔板开孔区面积，m2；

Af——降液管截面积，m2；

A0——筛孔面积；

AT——塔截面积；

c0——流量系数，无因此；

C——计算umax时的负荷系数，m/s；

CS——气相负荷因子，m/s；

d0——筛孔直径，m；

D——塔径，m；

DL——液体扩散系数，m2/s；

DV——气体扩散系数，m2/s；

eV——液沫夹带线量，kg（液）/kg（气）；

E——液流收缩系数，无因次；

ET——总板效率，无因次；

F——气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）；

F0——筛孔气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）；

g——重力加速度，9.81m/s2；

h1——进口堰与降液管间的距离，m；

hC——与干板压降相当的液柱高度，m液柱；

hd——与液体流过降液管相当的液柱高度，m；

hf——塔板上鼓泡层液高度，m；

h1——与板上液层阻力相当的高度，m液柱；

hL——板上清夜层高度，m；

h0——降液管底隙高度，m；

hOW——堰上液层高度，m；

hW——出口堰高度，m；

h'W——进口堰高度，m；

Hσ——与克服表面张力的压降相当的液柱高

度，m液柱；

H——板式塔高度，m；

溶解系数，kmol/（m3·kPa）；

HB——塔底空间高度，m；

Hd——降液管内清夜层高度，m；

HD——塔顶空间高度，m；

HF——进料板处塔板间距，m；

HP——人孔处塔板间距，m；

HT——塔板间距，m；

K——稳定系数，无因次；

lW——堰长，m；

Lh——液体体积流量，m3/h；

LS——液体体积流量，m3/h；

n——筛孔数目；

P——操作压力，Pa；

△P——压力降，Pa；

△PP——气体通过每层筛板的压降，Pa；

r——鼓泡区半径，m，

t——筛板的中心距，m；

u——空塔气速，m/s；

u0——气体通过筛孔的速度，m/s；

u0，min——漏气点速度，m/s；

u'0——液体通过降液管底隙的速度，m/s；

Vh——气体体积流量，m3/h；

Vs——气体体积流量，m3/h；

Wc——边缘无效区宽度，m；

Wd——弓形降液管宽度，m；

Ws——破沫区宽度，m；

x——液相摩尔分数；

X——液相摩尔比；

y——气相摩尔分数；

Y——气相摩尔比；

Z——板式塔的有效高度，m。

希腊字母

β——充气系数，无因次；

δ——筛板厚度，m；

ε——空隙率，无因次；

θ——液体在降液管内停留时间，s；

μ——粘度，mPa；

ρ——密度，kg/m3；

σ——表面张力，N/m；

ψ——液体密度校正系数，无因次。

下标

max——最大的；

min——最小的；

L——液相的；

V——气相的。

乙醇—水连续精馏塔设计前言.....................................................................................................................2

精馏塔优化设计任务书

一、设计题目

乙醇－水连续精馏塔的设计

二、设计参数

1.进精馏塔的料液含乙醇X=30%（质量），其余为水

2.产品的乙醇含量不得低于94%（质量）

3.残液中乙醇含量不得高于0.1%（质量）

4.生产能力为日产（24小时）Y=90吨94%（质量）的乙醇产品

三、设计条件

1.精馏塔塔顶压强：

Z=4KPa（表压）

2.进料热状态：

3.回流比：

R

4.加热蒸汽：

低压蒸汽

5.单板压降≤0.7kPa

6.全塔效率：

ET

52%

7.建厂地址：

南京地区

四、设计内容

1.设计方案的确定及流程说明

2.塔的工艺计算

3.塔和塔板主要工艺尺寸的设计（a、塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定b、塔板的流体力学验算；c、塔板的负荷性能图）

4.设计结果概要或设计一览表

5.精馏塔工艺条件图

6.对本设计的评述或有关问题的分析讨论

乙醇——水连续精馏塔设计

前言

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，因力乙醇极具挥发性，也具有溶解性，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，要用连续蒸馏的方法，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圈形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔饭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。

浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。

浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。

F1型浮阀的结果简单、制造方便。

节省材料。

广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB1b8-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。

浮润塔其有下列优点：

1、生产能力大；2、操作弹性大；3、塔板效率高；4、气体压强降及液面落差较小；5、塔的造价低。

浮阀塔不宜处理易结焦或粘度大的系统，但对于粘度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常年操作。

精馏塔优化设计计算

一.设计方案的确定

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，将原料液预热器加热至泡点后送入精馏塔内。

塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储存罐。

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2倍。

塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储存罐。

2.精馏塔的物料衡算

1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率

乙醇的摩尔质量

水的摩尔质量

2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

3.物料衡算

原料处理量

=

总物料衡算

乙醇物料衡算

联立解得

三、塔板数的确定

1.理论板层数NT的求取

1.1乙醇—水属理想物系，可采用图解法求理论板层数

1.2求最小回流比及操作回流比

采用作图法求最小回流比。

在图中对角线上，自点e（0.144，0.144）作垂线ef即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为

故最小回流比

=

此时乙醇—水系统的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a点（xD，xD）作平衡线的切线ag并延长与y轴相交于c点，截距为0.273，

即

当最小回流比为2.150比0.962还大时，已出现恒浓区，需要无穷多块塔板才能达到g点。

所以对有下凹部分平衡曲线的物系，求Rmin时，不能以平衡数据（yq，xq）代入。

所以，取操作回流比为

1.3求精馏塔的气、液相负荷

L=RD=

V=（R+1）D=

L'=L+F=

V'=V=

1.4求操作线方程

精馏段操作线方程为

y=

提留段操作线方程为

y=

=

1.5图解法求理论板层数

采用图解法求理论板层数，如图所示。

求解结果为

总理论板层数NT=19.5（包括再沸器）

进料板位置NF=17

2.实际板层数的求取

精馏段实际板层数

提留段实际板层数

四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

以精馏段为例进行计算

1.操作压力计算

塔顶操作压力

每层塔板压降

进料板压力

a

精馏段平均压力

2.操作温度计算

依据压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙醇—水的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程省略，计算结果如下

塔顶温度

进料版温度

精馏段平均温度

3.平均摩尔质量