乙醇-水连续筛板精馏塔的设计

课程设计说明书题目乙醇—水连续筛板式精馏塔的设计课程名称化工原理院系专业班级学生姓名学号指导教师成绩目录第一章绪论.................................................................................................................................................................3一、目的：...........................................................................................................................................................3二、已知参数：...................................................................................................................................................3三、设计内容：...................................................................................................................................................3第二章课程设计报告内容.........................................................................................................................................4一、精馏流程的确定...........................................................................................................................................4二、塔的物料衡算...............................................................................................................................................4三、塔板数的确定...............................................................................................................................................5四、塔的工艺条件及物性数据计算...................................................................................................................7五、精馏段气液负荷计算.................................................................................................................................10六、塔和塔板主要工艺尺寸计算.....................................................................................................................12七、筛板的流体力学验算.................................................................................................................................17八、塔板负荷性能图.........................................................................................................................................20九、筛板塔的工艺设计计算结果总表.............................................................................................................23十、精馏塔的附属设备及接管尺寸...................................................................................错误!未定义书签。第三章总结...............................................................................................................................................................24.乙醇——水连续精馏塔的设计第一章绪论一、目的：通过课程设计进一步巩固课本所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调节技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书。在常压连续精馏塔中精馏分离含乙醇70%的乙醇—水混合液，分离后塔顶馏出液中含乙醇量不小于90%，塔底釜液中含乙醇不高于0.1%（均为质量分数）。二、已知参数：（1）设计任务进料乙醇X=70%（质量分数，下同）原料流量Q=20t/d塔顶产品组成90%塔底产品组成0.1%（2）操作条件操作压强：常压精馏塔塔顶压强：常压釜加热方式:直接蒸汽进料热状态：饱和蒸汽进料回流比：自定待测冷却水：20℃加热蒸汽：低压蒸汽，0.2MPa单板压强：≤1kpa塔顶为全凝器，中间饱和蒸汽进料，筛板式连续精馏三、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计算（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）对本设计的评论或有关问题的分析讨论第二章课程设计报告内容一、精馏流程的确定乙醇、水混合料液经原料预热器加热至饱和后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用直接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。二、塔的物料衡算(一)料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数48.018/3046/7046/70Fx78.018/1046/9046/90Dx0004.018/9.9946/1.046/1.0Wx(二)平均摩尔质量kmolkgMF/44.3118)48.01(4648.0kmolkgMD/84.3918)78.01(4678.0kmolkgMW/01.1818)0004.01(460004.0(三)物料衡算原料液流量F=20000/(24*31.44)=26.51kmol/h总物料衡算FWD易挥发组分物料衡算FxWxDxFwD联立以上三式得hkmolF/51.26hkmolD/68.14hkmolW/83.11三、塔板数的确定(一)理论塔板数TN的求取乙醇、水属理想物系，可采用M.T.图解法求TN1.根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x图附表乙醇—水气液平衡数据液相中乙醇的摩尔分数气相中乙醇的摩尔分数液相中乙醇的摩尔分数气相中乙醇的摩尔分数0.00.00.250.5510.010.110.300.5750.020.1750.40.6140.040.2730.50.6570.060.340.60.6980.080.3920.70.7550.10.430.80.820.140.4820.8940.8940.180.5130.950.9420.20.5251.01.0图：乙醇—水的y-x图及图解理论板2.乙醇—水体系的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a（,,,DDxx）作平衡线的切线并延长与y轴相交，截距424.01minRxD839.0minR取操作回流比68.1839.025.1minRR故精馏段操作线方程11RxxRRyDn即291.0627.0xy3.作图法求理论塔板数TN得层11TN（包括再沸器）。其中精馏段理论板数为7层，提馏段为4层（包括再沸器），第4层为加料板。精馏段：hkmolDRL/66.2468.1468.1hkmolDRV/34.3968.14)168.1()1(提馏段：hkmolLqFLL/66.24hkmolFqVV/83.1251.2634.39)1((三)实际塔板数N精馏段1450.07精N层提馏段850.04提N层全塔板数：N=22块四、塔的工艺条件及物性数据计算以精馏段为例进行计算（一）操作压强Pm塔顶压力kPaPD3.101取每层塔板压强降Pa1kP△则进料板压强kPaPF3.1151143.101塔底压强压强Pd=101.3+22*1=121.3kpa精馏段平均操作压强kPaPm3.10823.1153.101提馏段平均操作压强kPaPm3.11823.1213.115（二）温度tm依据操作压力，通过方程试差法计算出露点温度，其中水、乙醇的饱和蒸汽压由安托尼方程计算。①方程为BBAAxpxpP00式中：x—溶液中组分的摩尔分数；P—溶液上方的总压，Pa；0p—同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa。（下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分）②安托因方程为CTBAp0lg式中：0p—在温度为T时的饱和蒸汽压，mmHgT—温度，℃A,B,C—Antoine常数，其值见下表。附表Antoine常数组分ABC乙醇8.044961554.3222.65水7.966811668.21228计算结果如下：塔顶温度公式：3.10122.0133.01078.0133.01022821.166896681.765.2223.155404496.8tt℃75.81Dt进料板温度公式：3.11552.0133.01048.0133.01022821.166896681.765.2223.155404496.8tt℃31.87Ft塔底温度公式：3.1219996.0133.0100004.0133.01022821.166896681.765.2223.155404496.8tt℃04.100wt则精馏段平均温度℃53.84231.8775.81Mt提馏段平均温度℃68.93204.10031.87Nt（1）相对挥发度的计算：乙醇－水的相对挥发度一般应用各温度下的挥发度的几何平均值或者算术平均值表示，本设计中使用各温度下的几何平均值来表示。α=底顶=2.32（2）求L平均温度t==90.90(0C)下μA=0.449mpasμB=0.3281mpas则μL=FxA