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1、化工原理设计乙醇水浮阀塔精馏工艺设计课 程设 计设计题目乙醇-水浮阀塔精馏工艺设计设计题目乙醇水浮阀塔精馏工艺设计成绩课程设计主要内容级jjjj指导教师评语建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。签 名： 00 年 月 日化工原理课程设计任务书设计题目:板式精馏塔设计设计任务：年处理 1.15万 吨乙醇-水溶液系统1. 料液含乙醇 22wt ,馏出液含乙醇不少于94wt,残液含乙醇不大于0.0 wt%.2. 操作条件：（1） 泡点进料,回流比= 1。5 Rmin。（2） 塔釜加热蒸汽压力:间接。2 Pa(表压）,直接0.1 Ma（绝压)
2、。（3） 塔顶全凝器冷却水进口温度20，出口温度5 。（4） 常压操作。年工作日300320 d，每天工作4 h。（5） 设备形式（筛板塔、浮阀塔、泡罩塔等）自选。（6） 安装地点:合肥任务来源：合肥酒厂设计主要内容:工艺流程的确定，塔和塔板的工艺尺寸计算，塔板的流体力学验算及负荷性能图，辅助设备的计算与选型，主体设备的机械设计。.关键词： 浮阀塔 乙醇 设计乙醇水浮阀塔精馏工艺设计摘要:本设计是以浮阀塔为精馏设备分离乙醇水混合溶液。先找出乙醇和水的有关数据，以此利用utocad作图求出最小回流比223和理论塔板数257块，然后对塔和塔板的工艺尺寸进行计算，确定了塔高为3.07m,塔径1.8。
3、对塔的流体力学进行验证后，符合浮阀塔的操作性能。经过对塔设备的强度计算，壁厚12m,满足设计要求。.关键词： 浮阀塔 乙醇 设计英文摘要Abstact:In ths desg，hflatvavle owe was usedodisill and seara t eolater oltion irstl, th senti dataof wa ehnl wa fun, n hemiimu rfluxato。223 and hethoreicaplae nmbr 2。7 as obtaiedthrogh thigram dawed besftare ca。 Ater clclating thsie
4、 of theteran lae,th iaetr oft tower ad hehehtof thetwer wstermned，n the resutw 1.8 m an2. m,respetivey.At st, accrdingto th lqu mchni calcuaion ofthor , it wasitabl to he capalof ating of thisfloatingvalv tower。 By calculaing the itns ofh towr，the thickness f he tower wa got，anthe tickess soulmet th
5、e ndi equrmnt.Keywr: loat avl ow ehano design. 目 录 v绪论本设计书介绍的是浮阀塔精馏的设计，其中包括设计方案的确定、塔主要设备的工艺设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图及草图及说明、设计结果概要及一览表等几大内容。.本设计主要用于分离酒精和水的混合物，利用浮阀塔将其进行精馏分离。精馏所进行的是精馏所进行的是气、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、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。.在本设计过程中,严格按照常用数据算图,化工设备常用材料性能以及化工图例国标规定进行设计，同时查阅了大量的有关资料。每一步的
6、计算都严格按照化工原理课程设计一书中的公式进行计算，并经过核对与验算，总体来说有一定的合理性。.由于本组所有成员能力水平有限,设计书中难免会存在不完善的地方，在此，诚恳地希望老师批评改正，让我们能更进一步的努力。.一、设计任务及方案简介1。1设计任务。1。1 设计题目：年处理1。万吨乙醇水溶液系统。2 设计条件：液料含乙醇7。2wt，馏出液含乙醇不少于94wt%，残液含乙醇不大于0。5t%。.1。1。3 操作条件:(1）泡点进料,回流比。（2）塔釜加热蒸汽压力，间接0。2Mpa（表压），直接01p（绝压)。（3)塔顶全凝器冷却水进口温度20C,出口温度0C。（4）常压操作,年工作日300d，每
7、天工作24h.（）设备形式:浮阀塔安装地点:合肥任务来源:合肥酒厂设计主要内容：工艺流程的确定,塔和塔板的工艺尺寸计算,塔板的流体力学验算及负荷性能图，辅助设备的计算和选型，主体设备的机械设计。.2 设计方案论证及确定.2.1生产时日及处理量的选择:设计要求塔年处理1。5万吨乙醇水溶液系统，年工作日00,每天工作2h。.12。2 选择用板式塔不用填料塔的原因：因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下： （1）生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。 (）效率高:气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率.（3)流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可
8、以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 .（4）有一定的操作弹性:当气液相流率有一定波动时,两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化. .（5)结构简单,造价低,安装检修方便.（6）能满足某些工艺的特性:腐蚀性，热敏性，起泡性等. 故选用板式塔。1.2 板式精馏塔选择浮阀塔的原因：(1)生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板,生产能力比泡罩塔板大 2040,与筛板塔接近。 .(2)操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 .（3)塔板效率高,由于上升气体从水平方向吹入液层,
9、故气液接触时间较长,而雾沫夹带量小,塔板效率高。 （4）气体压降及液面落差小,因气液流过浮阀塔板时阻力较小,使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 （5)塔的造价较低,浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 0%80%，但是比筛板塔高 2030。 .1。2.4 选择泡点进料的原因：在供热量一定的情况下，热量应尽可能从塔底输入,使产生的气相回流在全塔发挥作用.为使塔的操作稳定,免受季节气温影响,精、提馏段采用相同塔径以便于制造，则常采用泡点进料。.1。5操作压力的选择：常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益, 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下
10、操作。.。6 加热方式的选择：采用间接蒸汽加热,设置再沸器。1。2。7 回流比的选择:主要从经济观点出发,力求使设备费用和操作费用之和最低，该设计选择为。二、工艺流程草图及说明2。1.1 工艺草图21 工艺流程草图 图 2-1工艺流程简图2。工艺流程说明一整套精馏装置应该包括精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走.乙醇水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底.在每层板上，回流液体与上升蒸
11、汽互相接触,进行热和质的传递过程。操作时,连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品,部分液体气化，产生上升蒸汽，一起通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液,其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品,经冷凝器冷却后送入贮槽.塔釜采用再沸器加热。塔底产品经冷却后送入贮槽.三、精馏塔工艺的设计及计算.1塔的物料衡算:31.1 液料及塔顶，塔底产品含乙醇摩尔分数=0。128 =0。86=0.0019631.2平均摩尔质量 =12846。07+(1-0。1）102=2161 K/l =。86.0+（10.86)18。242。4 KgKol 0。000190（00096）8
12、.2803 Kg/Kol. 物料衡算总物料衡算 +=97.2 Kg/h易挥发组份物料衡算9+0.050。1281572.22联立以上式，得： 15972。22Kgh =15722/1.=39。 Kml/h.=465。 Kg/ D=6171/2.14=1953 molh. =1351Kg/h W=/11365118。03=295 Kmlh . 塔板数的确定:表3-1 不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示温度F乙醇气相摩尔分数乙醇液相摩尔分数温度F乙醇气相摩尔分数乙醇液相摩尔分数温度F乙醇气相摩尔分数乙醇液相摩尔分数 22.03190018。1790.567150。232323175。986
13、。470。46464726.0.10774600111179.3790.580.4242175.30.647980.4747822.72086484。020176740.65960。25252175.340.65160.48489199.4323.245280。033179.470。57930。22626175.602.580.494596723.937860。04040479。118。5744620。72727175.484.659803.505194460。31909005055178。9686578490。2228175.5040639160.55152548803629。6060617
14、8.70。58410.92297.22790。660560255319080。351。07007178520。23.3030315.1050.62690。35418.56.11770.08080817。35605899750.3131319920.650。5455188.28840810。0990918.16820。9363323324。830.680930.55556187.21610。44739.1010177.860。597280。333331790。6853850.565651。27470.4618420.111177.100.008690.3343477.8990。75588。417
15、4626277950。6043.353535174。5370。694560.58585984.6970.485990。131317.477750.3363174080。692790595940364.49150。141477。311061510.737317.32610。704060660634410.505375.55577.1536170。38383814。23809010。1162182。90160。537170.161676。9990。8591.99397414071402062623182。130。51338.17171176.848106221510。4404.02687196。6
16、363618。967608340。1818187。62732.414141173.9320。7237164181。59.48120。191919176。5540.29340.4242217.8400.7970505656618118490.5408260.22176.41.632982.34338.8.464470.2112176.710.636662。4444180.51720.5517270。222216.3.640850。4545463。2理论塔板数的求取 3.2.1.1 根据乙醇、水的平衡数据作图及txy图。 图1 乙醇、水的y-x图及图解理论板3.2.。求最小回流比及操作回流比R.因
17、泡点进料，在图3-中作精馏线与q线的交点坐标为7791,0。8042，此即最小回流比时操作线与平衡线的交点坐标。依最小回流比计算式:. =取操作回流比 R=1。3.36 图乙醇、水的图3.3 求理论塔板数。依图3-1。精馏段操作线方程为：=0695x.27 提馏段操作线方程为:y=12659+ =2671（不包括塔釜),其中精馏段理论塔板数22层，提馏段3.7层（不包括塔釜）,第23层为加料板。.3.3 塔的平均温度: 利用表中数据,用拉格朗日标值可求得: ： C C C3.31 精馏段平均温度：C.。2 提馏段平均温度：3。 密度： 混合液密度：(a为质量分率，为平均相对分子质量） 混合器密
18、度： 3。4.1 精馏段:C 液相组成 % 气相组成 : 所以： 3.4。2 提馏段:92.7液相组成 气相组成 所以 3。4.3 不同温度下乙醇和水的密度:表32 不同温度下乙醇的和水密度温度/C乙醇密度Kgm3水的密度/38035971。8739。907495.3952961。10071694求得和下的乙醇和水的密度： 同理：=92。7C， =721.9C， =63。53g/ 在精馏段: 气相密度: 在提馏段；液相密度=931。4 g/气相密度:3。5 混合物的粘度 =81.7C，查表得, =。3315 ma。s =.432 mpas =9257C,查表得,=0.07pa。s =0。86p
19、a.精馏段粘度: 0.368ma.s提馏段粘度： =0.104 pas36 相对挥发度: 36.1精馏段挥发度:由，,得： ,故 3。 提馏段挥发度：由， 故 3.7 气液相体积流量计算根据txy图得,=2.223,则=1.5=3。333.7。1精馏段:L=RD=3。319.53=363 Kmolh =（R）=(3。33+）09.53=74。2 mo/已知,=264Kg/Kmol 34。40 Kg/Kmol =82731 Kg/ =18Kg/有质量流量 体积流量 3。7.2提馏段:饱和液体进料，q1 已知: 则有质量流量： 体积流量： 3。 混合溶液表面张力 二元有机物水的溶液表面张力可用以下
20、公式计算: 其中： 式中下脚标w,o，s分别代表水，有机物及表面部分，,指主体部分的分子数，指主体部分的摩尔体积；，指纯水及有机物的表面张力。对乙醇,q=2。.8.1精馏段：=。C 表33 不同温度下乙醇和水的表面张力温度/C709010乙醇表面张力mN/11.11621。2水表面张力/mN/6486266078。8 乙醇表面张力: =1.98 ma.水表面张力: 62277 pa.s=0。9=-0.1=0。587-07=-1。33联立方程组：求得 N3。8。2 提馏段：=92.5C 乙醇表面张力: =15943 mpa.s水表面张力： 。21mpas =5.6=。0429 =.71 B=0。
21、757=0。766+0.757=.041 03 0.366 故， /3. 全塔效率及实际塔板数理论塔板数的计算，可采用逐板计算法,图解法，在本次设计中采用图解法。根据101325a下，乙醇水的气液平衡组成关系可绘出平衡曲线即xy曲线图，泡点进料，所以1.即q为一条直线，本平衡具有下凹部分，操作线尚未落到平衡线前,已与平衡线相切，=。791，0.8042，所以=2.23，操作回流比3.36. .已知：精馏段操作线方程为:0。79x+0.25 提馏段操作线方程为：y=1.52659x+在图上做操作线，由此得到理论板=26.（包括再沸器）,加料板在2块理论板。塔板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理
22、性质及流体力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度.板效率可用公式来计算。.注:塔顶与塔板平均温度下的相对挥发度。 -塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mp.s 3。91 精馏段 已知311，0。368所以:，故=47块39.2 提馏段已知8.0 , 故 块全塔所需实际塔板数；=1+4=5 块全塔效率: 加料板位置在第48块塔板.四、工艺计算及主体设备的设计1 管径的初步设计 图4 MIT 关联图 41.精馏段：由 ，安全系数=06-08,式中,c可由史密斯关联图得:横坐标数值:取板间距 =07m 则 m查图可知 /s 圆整为8米 横截面积: 空塔气速: .1。2 提馏段: 横坐标数值:
23、取板间距 0。0 则 查图可知: m/s m/s 圆整为1。m 横截面积 空塔气速： ms 4.2 溢流装置 4.。1 堰长 ： 取=0。65D0651.=17 m 出口堰高,本设计采用平直堰,堰上液高度；近似取=1 4。2.1。 精馏段； = m m .。.2提馏段: = m m .2.2 方形降液管的宽度和横截面 查图得:,则 m 验证降液管内停留时间： 精馏段： s 提馏段： s 停留时间5，故降液管可用. 降液管底隙高度 423。 精馏段取降液管底隙流速 m/，则： m 4.23.2提馏段取/s则： m 取 m都不小于02m，故满足要求.4.3 塔板分布及浮阀数目及排列 4。3.塔板分
24、布 本设计塔径D=.18m，采用分块式塔板,以便通过人孔装拆塔板。 .3。2 浮阀数目与排列 .。2 精馏段取阀孔动能因子 ，则孔速 m/s每层塔板上浮阀数目为块取边缘区宽度 m,破沫区宽度 m计算塔板上的鼓泡区面积，即：其中 =1。7 浮阀排列方式采用等腰三角叉排,取同一个横排的孔心距,则排间距： m 考虑到孔径较大,必须采用分块式塔板，而各分块的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区面积,因此排间距不宜采用82，而应小些，故取=065m,按=7，=65mm，以等腰三角形叉排方式做图,排得阀数286个. 按N=86个重新核算孔速及阀孔动能因数，m/s=.22 阀孔动能因数变化因数不变,仍在93范围内
25、,塔板开孔率= 4.3.2提馏段 取阀孔动能因子=12,则 m/s每层塔板上的浮阀数目为 块按75m,估算排间距， mm取 mm，排得阀数为236快。按23块重新核算孔速及阀孔动能因数， m/s 阀孔动能因数变化不大,开孔率浮阀排列方式如图所示：图4-2 精馏段阀孔排列方式图4 提馏段阀孔排列方式4. 塔板的流体力学计算 。4。1气相通过浮阀塔板的压降 可根据计算 4.41.1 精馏段 1)干板阻力m/s 因 故=0.049 m 2)表面张力所造成的阻力 此阻力很小,可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的高度为: m p .。2 提馏段 )干板阻力 /s因 故0。04ms2)板上充气液层阻
26、力 取m 3)表面张力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的高度为: m pa4. 淹塔为了防止发生淹塔现象,要求控制降液管中清液高度：即。 4。1 精馏度 1）单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度 m2）液体通过降液管的塔头损失 m3）板上液层高度 .07 ，则 m 取=0.5,已选定m， m 则 所以符合防淹塔的要求。.52 提馏段1)单板压降所相当的液柱高度m2）液体通过降液管的压头损失: m3)板上液层高度：.07m ,则 m 取=.5，则 ,可见 所以符合防淹塔的要求。4. 物沫夹带 4.6。1精馏段 泛点率= 泛点板上流体流经长度：板上流经面积: 查物
27、料系数K1.0,泛点负荷性能系数图。泛点率:泛点率：对于大塔，为了避免过量物沫夹带，应控制泛点率不超过80，由以上可知，物沫夹带能够满足的需求。4.62 提馏段取物料系数K=0，泛点负荷性能系数图泛点率:泛点率：由计算知，符合要求。7塔板负荷性能图.7物沫夹带线 泛点率=据此可作业负荷性能图中的物沫夹带线，按泛点泛%计算。.。11 精馏段0.8=整理得：即由上式知物沫夹带线为直线,则在操作范围内作取两个值，算出。4.7.2提馏段：0。=整理得：0。74=0.0301.847即.74-0964。7。2 液泛线由此确定液泛线，忽略式中而4.7。1 精馏段整理得：47。2 提馏段整理得:.8液相负荷
28、上限液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于35，液体降液管内停留时间 。以s作为液体降液管内停留时间的下限，则： 4。 液漏线对于 型重阀,依5作为规定气 体最小负荷的标准，则9.1 精馏段 49.2 提馏段 40 液相负荷下限性取堰上液层高度作为液相负荷下限条件作出液相负荷下限线，该线为气相流量无关的竖直线。取E1则 由以上454。10可作出负荷性能图，图如下:由塔板负荷性能图可看出：1） 在任务规定的气液负荷下的操作p处在操作区内的适中位置。2） 塔板的气相负荷上限完全由物沫夹带线控制，操作下限由漏液控制;3） 按固定的液气比，由图可查出塔板的气相负荷上限=48（。00），气相负荷下限
29、1。52(155） .所以:精馏段操作弹性为：。84/1。572=3。78：;提馏段操作弹性为：6。1.=389. 图4精馏段负荷性能图（H表示液泛线,I表示液沫夹带线，J表示液漏线，表示负荷下限,E代表负荷上限,下同。）.图4-4 提馏段负荷性能图五、塔的附属设备选型及校核： 5。1接管 5.1 进料管 进料管的要求很多,有直管进料管、弯管进料管、丁型进料管。本设计采用直管进料管，管径如下: 取=1。6 ms ，=85。1C由,当=。1C时： Kg/ Kg/ 故：=8936 g m查标准系列选取：5.1。 回流管采用直管回流管，取 m/s,172。6，查txx图得,C,(为全凝器冷凝后的温度) 由差值法： 故: ， mm查表取:。1.3 塔釜出料管谢阅。感谢您的阅览以及下载，关注我，每天更新30 / 30文档交流