化工原理连续精馏塔课程设计

（二〇一五年七月化工原理课程设计学号：201220517038题目：3.5万吨/年乙醇连续精馏塔设计学生姓名：秦云学院：化工学院系别：应用化学系专业：应用化学班级：应化12-1指导教师：刘醒民内蒙古工业大学化工学院课程设计化工原理—化工设备机械基础课程设计任务书专业应用化学班级应化12-1设计人秦云一.设计题目3.5万吨/年乙醇连续精馏塔设计二.原始数据及条件生产能力：年产3.5万吨乙醇（开工率300天/年），每天工作24小时；原料：乙醇含量为45%（质量分率，下同），水含量为55%的常温混合液。分离要求：塔顶，乙醇含量不低于91%塔底，乙醇含量不高于2%操作条件：塔顶压强进料热状况塔釜加热蒸汽压力单板压降0.5KPa（表压）饱和液体（q=1）0.5MPa（表压）≤0.5KPa内蒙古工业大学化工学院课程设计三.设计要求：（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：1.前言2.设计方案的确定和流程的说明3.塔的工艺计算4.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5.附属设备的选型和计算7.注明参考和使用的设计资料8.对本设计的评述或有关问题的分析讨论（二）绘制一个带控制点的工艺流程图（2#图）（三）绘制精馏塔的工艺条件图（1#图纸）内蒙古工业大学化工学院课程设计推荐教材及主要参考书：1.王国胜,裴世红，孙怀宇.化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社，20052.贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，2002.3.马江权，冷一欣.化工原理课程设计.北京：中国石化出版社，2009.4.《化工工艺设计手册》，上、下册;5.《化学工程设计手册》；上、下册;6.化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-塔设备；化学工业出版社：北京.2004，017.化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书-管道；化学工业出版社：北京.2004，018.陈敏恒.化工原理(第三版).北京：化学工业出版社，2006内蒙古工业大学化工学院课程设计目录第一章设计方案简介........................................1第二章工艺流程图及说明....................................2第三章塔板的工艺计算......................................33.1精馏塔全塔物料衡算..................................33.2基本物性参数计算....................................33.2.1温度...........................................33.2.2精馏段和提馏段平均组成.........................43.2.3摩尔质量.......................................43.2.4操作压力.......................................43.2.5密度..........................................43.2.6混合物表面张力...................................53.2.7混合物的粘度................................63.2.8相对挥发度.....................................63.3理论塔板和实际塔板数的计算...........................73.3.1最小回流比的确定...................................73.3.2理论塔板数的确定..................................73.3.3确定进料位置....................................10第四章塔体的主要工艺尺寸计算...............................114.1塔体主要尺寸确定..................................114.1.1塔径的初步计算....................................114.1.2塔体主要工艺尺寸计算.............................124.1.3塔板布置....................................134.2筛板的流体力学验算....................................144.2.1塔板压降.........................................144.2.2页面落差.........................................144.2.3液泛.............................................154.2.4漏液...........................................154.2.5液沫夹带.......................................154.3塔板负荷性能曲线......................................154.3.1漏液线..........................................15内蒙古工业大学化工学院课程设计4.3.2液沫夹带线......................................154.3.3液相负荷下限线..................................164.3.4液相负荷上限线..................................174.3.5液泛线..........................................17第五章板式塔的结构..........................................195.1塔其他部分高度的计算..................................195.1.1塔的顶部空间高度................................195.1.2塔的底部空间高度................................195.1.3人孔............................................195.2接管..............................................195.2.1进料管..........................................195.2.2回流管..........................................205.2.3塔底出料管......................................205.2.4塔顶蒸汽出料管..................................205.2.5塔底进气管......................................21第六章附属设备的计算.......................................226.1热量衡算............................................226.2附属设备的选型........................................236.2.1再沸器..........................................236.2.2塔顶回流冷凝器..................................246.2.3塔顶产品冷凝器..................................246.2.4塔底产品冷凝器..................................246.2.5原料预热器......................................25第七章设计评述.............................................26主要符号说明.................................................27塔设计计算结果参数.............................................29内蒙古工业大学化工学院课程设计1第一章设计方案简介精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、喷射塔板等等,本次课程设计是筛板塔。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。精馏广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法本次课程设计是分离乙醇——水二元物系。在此我选用连续精馏筛板塔。具有以下优点：(1)结构简单，造价低(2)板上页面落差小，其他压降低(3)气体分散均匀，传质效率高具有以下缺点：筛板易堵塞，不易处理结焦、粘度大的物料本次设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精馏设计过程。精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。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、物性参数及接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。工科大学生应具有较高的综合能力，解决实际生产问题的能力，课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的机会认真去对待每一项任务，为将来打下一个稳固的基础。内蒙古工业大学化工学院课程设计2第二章工艺流程图及说明首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。原料液全部作为提馏段的回流液。提馏段气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温冷却，其中一部分停留一定的时间然后进入乙醇的储罐，而其中的一部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品再沸器中，在再沸器中被加热到重新回到精馏塔；一部分经冷却流出。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成乙醇与水的分离。冷凝器→塔顶产品冷却器→乙醇储罐→乙醇↑回流↓原料→原料罐→原料预热器→精馏塔↑回流↓再沸器←→塔底产品冷却器→水的储罐→水内蒙古工业大学化工学院课程设计3第三章塔板的工艺计算3.1精馏塔全塔物料衡算F:进料量(kmol/h)XF:原料组成D:塔顶产品流量(kmol/h)XD:塔顶组成W:塔底残液流量(kmol/h)XW:塔底组成XF=24.0185546454645XD=80.018946914691Xw=008.01898462462总物料衡算:F=D+W易挥发组分物料衡算:FXF=DXD+WXW联立以上式子得:F=