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化工原理课程设计任务书设计题目：乙醇—水连续精馏塔的设计班级：化工131姓名：学号：指导老师：毛桃嫣-2-目录前言……………………………………………………………………........................4设计任务书……………………………………………………………………………5第一章设计方案简介………………………………………………………………..61.1概念……………………………………………………………………………….61.1.1塔设备简介……………………………………………………………………...61.1.2板式塔简介……………………………………………………………………...61.2设计方案………………………………………………………………………….71.2.1塔类型的选用…………………………………………………………………...71.2.2操作压力………………………………………………………………………..81.2.3进料状态………………………………………………………………………...81.2.4加热方式………………………………………………………………………..81.2.5回流比…………………………………………………………………………..81.2.6冷却方式………………………………………………………………………..81.2.7工艺流程图……………………………………………………………………..8第二章工艺计算……………………………………………………………………..92.1精馏塔全塔物料衡算…………………………………………………………….92.2常压下乙醇—水气、液平衡组成与温度……………………………………….102.3求最小回流比和操作回流比…………………………………………………...112.4求精馏塔的气、液相负荷………………………………………………………122.5精馏段操作线方程……………………………………………………………...132.6提馏段操作线方程……………………………………………………………...132.7图解法求理论板层数…………………………………………………………...132.8实际塔板数的求取……………………………………………………………...132.9冷凝器热负荷和冷却水消耗量………………………………………………...14第三章主要工艺尺寸的计算………………………………………………………143.1操作压力………………………………………………………………………..143.2操作温度的计算………………………………………………………………..153.3平均摩尔质量计算……………………………………………………………..153.4密度……………………………………………………………………………..163.5混合液体表面张力……………………………………………………………..173.6混合物的黏度…………………………………………………………………..193.7相对挥发度……………………………………………………………………..203.8塔径计算………………………………………………………………………..203.9溢流装置………………………………………………………………………..223.10弓形降液管的宽度和横截面积………………………………………………233.11降液管底隙高度………………………………………………………………243.12塔板布置及浮阀数目与排列…………………………………………………253.13气体通过复发踏板的压降……………………………………………………283.14淹塔……………………………………………………………………………303.15物沫夹带………………………………………………………………………313.16塔的负荷性能图………………………………………………………………33第四章精馏塔的结构设计…………………………………………………………40-3-4.1接管……………………………………………………………………………..404.2筒体与封头……………………………………………………………………..434.3除沫器…………………………………………………………………………..454.4裙座……………………………………………………………………………..464.5人孔……………………………………………………………………………..474.6吊柱……………………………………………………………………………..474.7塔总体高度设计………………………………………………………………..49第五章辅助设备的选型和计算……………………………………………………515.1冷凝器1………………………………………………………………………...515.2冷凝器2………………………………………………………………………...515.3热量衡算………………………………………………………………………..52第六章设计结果一览表……………………………………………………………54参考文献……………………………………………………………………………..57结束语………………………………………………………………………………..58附录…………………………………………………………………………………..59-4-前言课程设计是课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。本设计采用连续精馏分离乙醇—水二元混合物的方法。连续精馏塔在常压下操作，被分离的乙醇—水二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内，以一定的回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的乙醇，由塔底采出水。在设计过程中应考虑到设计的精馏塔应具有较大的生产能力，并且满足工艺要求，另外还要节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此，设计是否合理关系到生产过程的经济问题。化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存、运输、加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本设计是针对工业生产中的乙醇—水溶液这一二元物质中进行乙醇的提纯精馏方案，根据给出的原料性质及组成、产品性质及组成，对精馏塔进行设计和物料衡算。通过设计核算及试差等计算初步确定精馏塔的进料、塔顶、塔底操作条件及物料组成。同时对精馏的基本结构包括塔的主要尺寸进行了计算和选型，对塔顶冷凝器、塔底再沸器、相关管道尺寸及储罐等进行了计算和选型。在计算设计过程中参考了有关的资料。为精馏塔的设计计算提供了技术支持和保证。通过对精馏塔进行设计和物料衡算等方面的计算，进一步加深了对化工原理、石油加工单元过程原理等的理解深度，开阔了视野，提高了计算、绘图、计算机的使用等方面的知识和能力。-5-设计任务书一、设计任务：试设计一连续浮阀精馏塔以分离乙醇—水混合物。具体工艺参数如下：1、生产能力：原料处理量105000吨/年乙醇产品。2、原料液中含乙醇24%（质量），其余为水。3、产品要求：馏出液中的乙醇含量为93%（质量）。釜液中的乙醇含量不高于1%（质量）。设备的年运行时间平均为300天(7200小时）。二、设计条件：1、加热方式：直接蒸汽加热，蒸汽压力为1.0~2.0kg/cm2。2、操作压力：常压。3、进料状况：冷液进料。4、冷却水进口温度：30℃，出口温度50℃。5、塔板形式：浮阀塔板。三、应完成的工作量：1、确定全套精馏装置的流程，绘制工艺流程示意图，标明所需的设备、管线及有关控制或观测所需的主要仪表与装置。2、精馏塔的工艺设计，塔的结构尺寸设计。3、辅助装置的设计和选型；估算冷却水用量和冷凝器的换热面积、水蒸气用量。4、编写设计说明书一份。5、绘制精馏塔的装配图一张（一号图纸）。-6-1.设计方案简介1.1概念1.1.1塔设备简介具有一定形状（截面大多是圆形）、一定容积、内外装置一定附件的容器。塔设备是石油、化工、医药、轻工等生产中的重要设备之一，在塔设备内可进行气液或液液两相间的充分接触，实施相间传质，因此在生产过程中常用塔设备进行精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等单元操作过程。一类塔形的化工设备。用以使气体与液体、气体与固体、液体与液体或液体与固体密切接触，并促进其相互作用，以完成化学工业中热量传递和质量传递过程。所采用材料必须对被处理的物料具有耐腐蚀性能。并按其所能承受的压力进行设计。根据其结构可分为板式塔和填料塔二类。常用的有泡罩塔、填料塔、筛板塔、淋降板塔、浮阀塔、凯特尔塔、槽形塔（S型塔）、舌型塔、穿流栅板塔、转盘塔以及导向筛板塔等。应用于蒸馏、吸收、萃取、吸附等操作。1.1.2板式塔简介板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收，有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下，自上而下依次流过各层塔板，至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。（1）泡罩塔通常用来使蒸气（或气体）与液体密切接触以促进其相互间的传质作用。塔内装有多层水平塔板，板上有若干个供蒸气（或气体）通过的短管，其上各覆盖底缘有齿缝或小槽的泡罩，并装有溢流管。操作时，液体由塔的上部连续进入，经溢流管逐板下降，并在各板上积存液层，形成液封；蒸汽（或气体）则由塔底进入，经由泡罩底缘上的齿缝或小槽分散成为小气泡，与液体充分接触，并穿过液层而达液面，然后升入上一层塔板。短管装在塔内的，称内溢流式；也有装在塔外的，称外溢流式。泡罩塔广泛用于精馏和气体吸收。泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有f80、f100、f150mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面。泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板-7-上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。（2）浮阀塔浮阀塔是开发的一种新塔型，广泛应用于精馏、吸收和解吸等过程，其特点是在每个筛孔处安装一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。阀片升降位置随气流量大小自动调节，从而使进入液层的气速基本稳定。又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间。浮阀塔，一种板式塔，用于气液传质过程中。浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较