乙醇—水分离填料精馏塔设计-化工原理

化工原理课程设计乙醇-水填料精馏塔设计学生姓名学院名称学号班级专业名称指导教师年月日徐州工程学院化工原理课程设计说明书I化工原理课程设计任务书一、设计题目：乙醇-水筛板（填料）精馏塔设计二、设计条件：1、常压p=1atm（绝压）。2、原料来自粗馏塔，为95~96℃饱和蒸汽，由于沿程热损失，进精馏塔时，原料温度约为90℃；3、塔顶浓度为含乙醇92.41%（质量分数）的药用酒精，产量为25吨/天；4、塔釜采用饱和蒸汽直接加热，从塔釜出来的残液中乙醇浓度要求不大于0.3%（质量分数）；5、塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比R=1.1~2.0Rmin；6、厂址：徐州地区三、设计任务：1、完成该精馏塔的工艺设计，包括辅助设备及进出口管路的计算和选型；2、画出带控制点工艺流程图、x~y相平衡图、塔板负荷性能图、塔板布置图、精馏塔工艺条件图；3、写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。徐州工程学院化工原理课程设计说明书II摘要乙醇是生活中一种常见的化学品，它是一种有机物，俗称酒精。它是带有一个羟基的饱和一元醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激性。有酒的气味和刺激的辛辣滋味。乙醇液体密度比水小，能与水以任意比互溶。乙醇的生产离不开精馏、萃取等化工流程。氧化钙脱水法、共沸精馏、吸附精馏、渗透汽化、吸附法、萃取精馏法和真空脱水法等多用在乙醇的回收和提纯的方面。实际生产中较成熟的方法是共沸精馏和萃取精馏,这2种分离方法多以连续操作的方式出现。在一些领域生产乙醇设备简单、投资小,可单塔分离多组分混合物,或同一塔可处理种类和组成频繁更换的物系。塔设备是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一，一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。本次课程设计就是针对乙醇-水体系而进行的常压二元填料精馏塔的设计及相关设备选型。关键词：乙醇；水；填料塔；精馏徐州工程学院化工原理课程设计说明书I1概述...................................................11.1物料性质............................................11.2塔设备简介..........................................12流程的确定及说明.......................................12.1.加料................................................12.2.进料................................................12.3塔顶冷凝方式........................................22.4回流方式............................................22.5加热方式............................................22.6加热器..............................................23精馏塔的设计计算.......................................23.1物料衡算.............................................23.2塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：VDt、LDt、Ft、Wt33.3平均相对挥发度α.....................................43.4回流比的确定.........................................43.5热量衡算.............................................53.5.1加热介质的选择.....................................53.5.2冷却剂的选择.......................................53.5.3热量衡算...........................................53.6理论塔板数计算.......................................73.6.1板数计算...........................................73.6.2塔板效率...........................................83.7精馏塔主要尺寸的设计计算.............................93.7.1流量和物性参数的计算...............................93.7.2塔径设计计算......................................114附属设备及主要附件的选型计算..........................154.1．冷凝器............................................15徐州工程学院化工原理课程设计说明书II4.2再沸器..............................................164.3塔内其他构件........................................174.3.1.塔顶蒸汽管.......................................174.3.2.回流管...........................................174.3.3.进料管...........................................184.3.4.塔釜出料管.......................................184.3.5除沫器............................................184.3.6液体分布器........................................194.3.7液体再分布器......................................204.3.8填料支撑板的选择..................................204.3.9塔釜设计..........................................214.3.10塔的顶部空间高度.................................214.3.11手孔的设计.......................................214.3.12．裙座的设计.....................................225精馏塔高度计算........................................226总结..................................................24附录...................................................24参考文献...............................................26徐州工程学院化工原理课程设计说明书1第一部分概述1.1物料性质乙醇易燃，具刺激性。其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。所以运输时要单独装运，运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。要储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。在操作过程中，还要注意安全防护等措施。1.2塔设备简介填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。第二部分流程的确定及说明2.1.加料加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。虽然采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速，但由于多了高位槽，建设费用相应增加。若采用泵加料，流量稳定，传质效率高，结构简单，安装方便。所以本设计采用泵直接加料。2.2.进料进料状况一般有冷液进料和泡点进料。对于冷液进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，省加热费用，但其受环境影响较大；而泡点进料时进料温度徐州工程学院化工原理课程设计说明书2受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制。此外，泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提镏段的塔径基本相等，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易。此设计采用泡点进料。2.3塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。乙醇和水不反应。且容易冷凝，故使用全凝器。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高无需进一步冷却。2.4回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小型塔，回流冷凝器一般安装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支撑结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较难。由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。2.5加热方式加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热是用蒸汽直接由塔底进入塔内。由于重组分是水，故省略加热装置。采用饱和蒸汽直接加热。2.6加热器类型采用U型管蒸汽间接加热器，用水蒸汽作加热剂。因为塔小，可将加热器放在塔内，即再沸器。第三部分精馏塔的设计计算3.1物料衡算乙醇Ma=46.07Kg/Kmol水Mb=18.02Kg/KmolXF=（0.35/46.07）/（0.35/46.07+0.65/18.02）=0.174XD=（0.9241/46.07）/（0.9241/46.07+0.0759/18.02）=0.826XW=（0.003/46.07）/(0.003/46.07+0.997/18.02)=0.001徐州工程学院化工原理课程设计说明书3MF=0.17446.07+(1-0.174)18.02=22.90Kg/KmolMD=0.82646.07+(1-0.826)18.02=41.19Kg/KmolMW=0.00146.07+(1-0.001)18.02=18.05Kg/KmolF=25000/(24*22.90)=45.49Kmol/h由：F=D+WFXF=DXD+WXW联立得D=9.54Kmol/hW=35.95Kmol/h3.2塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：VDt、LDt、Ft、Wt表1乙醇-水的汽-液平衡组成乙醇／％（mol分率）温度／℃乙醇／％(mol分率)温度／℃乙醇／％（mol分率）温度／℃液相气相液相气相液相气相0.000.00100.00.23370.544582.70.57320.684179.30.01900.170095.50.26080.558082.30.67630.738578.740.07210.389189.00.32730.582681.50.74720.781578.410.09660.437586.70.39650.612280.70.89430.894378.150.12380.470485.30.50790.656479.