乙醇水溶液连续精馏塔设计文档格式.docx

乙醇水溶液连续精馏塔设计文档格式.docx

《乙醇水溶液连续精馏塔设计文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《乙醇水溶液连续精馏塔设计文档格式.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

操作压力：

塔顶压力为常压

进料状况：

泡点进料，q=1

3.填料类型：

填料类型和规格自选

4.设计内容：

1、精馏塔的工艺设计计算，包括物料衡算、热量衡算、塔板数的确定、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算、精馏塔的塔体工艺尺寸计算、填料层压降的计算、液体分布器简要设计、全凝器工艺设计计算和选型、泵的工艺设计计算和选型、精馏塔接管尺寸计算；

2、绘制带控制点的精馏工艺流程图、精馏塔设备条件图；

3、撰写设计说明书

摘要

本设计对乙醇和水的分离设备——精馏塔做了较详细的叙述，主要包括：

物料衡算，工艺计算，热量衡算,其它附属设备得选择，塔设备的附图等。

本设计是通过填料塔利用连续精馏的方式来分离乙醇和水的物系，使所要求的年处理量达1.3万吨，要求分离出乙醇的质量分率达到91%。

本设计的填料塔要求塔顶是在常压下，采用泡点进料，加料方式采用泵直接加料，进料是以气液混合进料的方式送入精馏塔内，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，塔釜采用直接蒸汽加热。

化工原理是化学工业的理论指导，其中，填料式精馏塔在实际中应用较为广泛，它的设计是化工原理课程的重要组成部分，通过对乙醇-水分离的设计，培养学生综合运用化原理论知识，分析、解决实际问题的能力，掌握化工设计的基本程序和方法。

并在查阅文献、准确选用公式和合理利用数据，以及用简洁文字、图表表达设计结果及制图等方面能力得到基本训练。

关键词：

精馏提馏冷凝器连续乙醇水

第一章绪论

1.1精馏原理及其在工业生产中的应用

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。

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。

精馏是一种最常用的分离方法，它依据多次部分汽化、多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。

塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。

1.2精馏分离液体的应用

精馏是同时进行传热和传质的过程，为实现精馏过程，需要为该过程提供物料的贮存、输送、传热、分离、控制等设备和仪表。

此次化工原理设计是精馏塔的设计，精馏塔是化工生产中十分重要的设备。

在本设计中我们使用填料塔，填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大，经久耐用，具有良好的耐腐蚀性，较高的机械强度和必要的耐热性，取材容易，价格便宜等优点。

精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。

提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。

所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。

本设计的精馏装置包括精馏塔，泵等设备，原料储槽内的水-乙醇混合液体经原料液泵输送至原料液加热器，经预热后，由精馏塔中部进入精馏塔，进行分离，气相由塔顶馏出，经冷凝器冷却后，进入塔顶冷凝液槽，再进入真空再冷器后，回到真空回流罐，经回流泵，回流至精馏塔顶，釜底溶液和立式热虹吸再沸器形成循环流动。

分析回流罐内混合溶液乙醇含量，合格后控制一定回流比，分别从塔顶、塔底采出产品。

本次课程设计是一次对我们所学知识的检验，培养了我们综合运用所学知识,来解决化工实际问题的能力,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，同时培养了我们勤奋思考、努力钻研、艰苦奋斗、持之以恒等许多优秀的品质，这对我们每个学生都是受益无穷的。

1.3填料的选择

填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。

所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。

1.3.1.填料种类的选择

填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：

（1）传质效率要高一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料。

（2）通量要大，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。

（3）填料层的压降要低。

（4）填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。

1.3.2．填料规格的选择

填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。

（1）散装填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。

同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。

而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。

因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。

（2）规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。

选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。

应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型不同规格的填料；

可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料；

有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。

设计时应灵活掌握，根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。

1.3液体分布装置

液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。

第二章设计方案

2.1设计方案的确定

2.2设计方案

本次实设计主要是对乙醇-水的分离，在常压下、用填料式精馏塔对物系进行精馏提纯。

进料是以气液混合进料的方式送入精馏塔内，采用泡点进料，加料方式采用泵直接加料。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，塔釜采用直接蒸汽（133.3℃的水蒸汽）加热。

2.3选塔依据

如下：

1、精馏方式的选定

对于二元混合物的分离采用连续精馏操作方式，因为连续精馏过程是一个连续的定态过程，生产能力大，耗能小于间歇精馏过程，易得纯度高的产品。

2、加热方式的选定

本设计采用塔釜蒸汽直接加热，因为乙醇和水混合液在低浓度下轻组分的相对挥发度较大采用直接蒸汽加热可利用较低的加热蒸汽以节省操作费用。

3、回流比的选择

回流比是精馏操作的主要工艺条件。

一般经验值为R=（1.1-2.0）Rmin。

4、操作压力的选取

本设计采用常压操作，因为乙醇—水是非敏性物系，常压操作便可实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的系统都应采用常压蒸馏。

5、进料状态的选择

为气液混合物进料，进料为泡点进料。

6、填料的选定

传质效率高，要求填料能提供大的气液接触面。

生产能力大，气体压力降小。

要求填料层的空隙率大。

不移引起偏流和沟流。

经久耐用具有良好的耐腐蚀性，较高的机械强度和必要的耐热性。

取材容易，价格便宜。

7、塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择

塔顶选用全凝器，因为后继工段产品以液相出料，但所得产品的纯度低于分凝器，因为分凝器的第一个分凝器相当于一块理论板。

塔顶冷却介质采用自来水，方便、实惠、经济。

2.4填料塔与板式塔的比较

1、生产能力：

单位面积上填料塔的生产能力一般均高于板式塔。

2、分离效率：

一般填料塔具有较高的分离效率。

3、塔压降：

填料塔由于空隙率高，故其压降远远小于板式塔。

4、操作弹性：

填料本身对气夜负荷变化的适应性很大，故填料塔的操作弹性取决于其他内件的设计，特别是液体分布器的设计，因而可根据实际需要确定填料塔的操作弹性。

而板式塔弹性较小。

5、结构、制造及造价等：

一般的说，填料的结构较板式塔简单，故制造、维修也较为方便，但填料塔的造价通常高于板式塔。

第三章精馏塔的工艺设计

3.1精馏塔全塔物料衡算

乙醇的摩尔质量

水的摩尔质量

质量分数：

3.1.1进料液及塔顶，塔底产品的摩尔分数分别为.

3.1.2物料衡算的结果

表3.1物料衡算结果表

塔顶出料

塔底出料

进料

质量流量/（kg/h）

1030.08

2111.20

2100

质量分数/%

91

0.05

45

摩尔流量/（kmol/h）

25.53

117.12

89.93

摩尔分数/%

79.8

0.02

24.3

3.1.3塔顶气相、液相、进料和塔底的温度分别为：

，，，

表3.2常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系

温度t/℃

100

81.5

32.73

59.26

95.5

1.90

17.00

80.7

39.65

61.22

89.0

7.21

38.91

50.79

65.64

86.7

9.66

43.75

79.7

51.98

65.99

85．3

12.38

47.04

79.3

57.32

68.41

84.1

16.61

50.89

78.74

67.63

73.85

82.7

23.37

54.45

78.41

74.72

78.15

82.3

26.08

55.80

89.43

查表3.2，用内插法算得

精馏段平均温度：

提馏段平均温度：

3.1.4物料衡算

进料液平均相对分子质量：

=

原料液：

kmol/h

图3-1乙醇—水的气液平衡组成

由图可知：

因故即

又因所以

总物料衡算：

（S为直接蒸汽加热的流量）

即

易挥发组分物料衡算：

即

由

（1）、

（2）和（3）解得:

3.1.5塔顶及塔底产品的平均相对分子质量及质量流量

塔顶产品的平均相对分子质量：

D=

塔顶产品质量流量：

D

3.1.6平均相对挥发度

由得

则精馏段平均挥发度为

提馏段平均挥发度为

全塔平均挥发度为

3.1.7操作线方程的确定

（1）精馏段操作方程：

其中R=1.46,

所以，即为：

y=0.59x+0.32

（2）提馏段操作方程：

其中：

R=1.46,q=1,D=21.96,F=72.78,

所以，

即为：

y=1.94x-0.0002

3.2热量衡算

3.2.1加热介质的选择

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的加热剂。

由于饱和水蒸气冷凝时的传热系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确地控制加热温度。

烟道气的缺点是比热容及传热系数很低，加热温度控制困难。

本设计选用300kPa的饱和水蒸气作加热介质。

水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。

3.2.2冷却剂的选择

本设计选用的冷却剂是冷却水，冷却水一般为10～25℃。

本设计建厂地区为吉林。

吉林市夏季最热月份日平均气温为25℃。

故选用25℃的冷却水，