乙醇-水分离过程筛板精馏塔设计

乙醇——水筛板塔课程设计1化工原理课程设计化工原理课程设计题目乙醇-水分离过程筛板精馏塔设计（院）系化工院专业化学工程与工艺班级2010级化工1班学生姓名***************学号1006210117指导教师**************目录乙醇——水筛板塔课程设计2一、化工原理课程设计任务书..........................................4二、塔板工艺设计....................................................62.1精馏塔全塔物料衡算...........................................62.2乙醇和水的物性参数计算.......................................62.2.1温度...................................................72.2.2密度...................................................82.2.3相对挥发度............................................112.2.4混合物的黏度..........................................122.2.5混合液体的表面张力....................................122.3塔板的计算..................................................132.3.1q、精馏段、提留段方程计算............................132.3.2理论塔板计算..........................................152.3.3实际塔板计算..........................................152.4操作压力的计算..............................................15三、塔体的工艺尺寸计算............................................153.1塔径的初步计算..............................................163.1.1气液相体积流量计算....................................163.1.2塔径计算..............................................163.2塔体有效高度的计算..........................................193.3精馏塔的塔高计算............................................193.4溢流装置....................................................203.4.1堰长..................................................203.4.2溢流堰高度............................................203.4.3弓形降液管宽度和截面积................................203.5塔板布置....................................................213.5.1塔板的分块................................................213.5.2边缘区宽度的确定..........................................213.5.3开孔区面积计算............................................213.5.4筛孔计算及其排列..........................................22乙醇——水筛板塔课程设计3四、筛板的流体力学验算............................................224.1塔板压降....................................................224.1.1干板阻力..............................................224.1.2气体通过液层的阻力....................................234.1.3液体表面张力的阻力（很小可以忽略不计）................234.1.4气体通过每层板的压降..................................234.2雾沫夹线....................................................244.3液沫夹带....................................................244.4漏液........................................................244.5液泛........................................................25五、塔板负荷性能图................................................255.1漏液线......................................................255.2液沫夹带线..................................................265.3液相负荷下限线..............................................275.4液相负荷上限线..............................................285.5液泛线......................................................285.6图表汇总及负荷曲线图........................................29六、主要工艺接管尺寸的计算和选取..................................31七、课程设计总结...................................................34八、参考文献......................................................35乙醇——水筛板塔课程设计4一、化工原理课程设计任务书1.1设计题目分离乙醇一水筛板精馏塔的设计1.2原始数据及条件生产能力：年处理乙醇一水混合液2.6万吨/年（约为87吨/天）。原料：来自原料罐，温度20℃，乙醇含量为30%（质量分率，下同）。分离要求：塔顶乙醇含量不低于95%。塔底乙醇含量不高于0.05%。塔顶压力P=105KPa。进料状态为冷进料。塔釜为饱和蒸汽直接加热。1.3设计说明书内容1.设计任务。2.塔的工艺计算：包括全塔物料恒算、塔底及塔顶温度、精馏段和提馏段气液负荷、塔顶冷凝去热负荷、冷却水用量、塔底再沸器热负荷、加热蒸汽用量、塔的理论板数、实际板数。3.塔的结构设计：包括塔高、塔径、降液管、溢流堰、开孔数及开孔率。4.塔板流体力学验算。5.塔板布置图、塔板负荷性能图。6.附属设备的设计：塔顶冷凝器、塔顶再沸器、进料接管、塔顶产品接管、塔底产品接管、塔顶蒸汽接管。7.计算塔的人孔或手孔开孔数目。8.撰写设备结果一览表。9.绘制精馏塔或冷凝器的设备图。10.设计感想、设计评价。11.参考文献。1.4设计时间安排1.6月24日——6月28日：完成设计说明书中的1-4项。2.6月29日——7月3日：完成设计说明书5-8项。3.7月4日：完成设计说明书。4.7月5日——7月7日：绘制精馏塔或冷凝器的设备图。乙醇——水筛板塔课程设计51.5格式基本要求1.纸型：A4纸。2.页边距：上3.5cm，下2.5cm,左2.5cm,右2.5cm。3.页眉：2.5cm,页脚：2cm，上侧装订。4.字体：正文全部仿宋体、小四。5.行距：固定值22磅。6.包括封面、任务书、目录等，内容大概15-20页。乙醇——水筛板塔课程设计6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。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。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到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入乙醇的储罐，而其中的气态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冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。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→水乙醇——水筛板塔课程设计7二、塔板工艺设计2.1精馏塔全塔物料衡算乙醇-水溶液中含乙醇30%（质量分数下同），乙醇和水的相对摩尔质量分别为46kg/kmol和18kg/kmol。F:进料量(kmol/s)XF:原料组成D:塔顶产品流量(kmol/s)XD:塔顶组成W:塔底残液流量(kmol/s)XW:塔底组成原料甲醇组成：30460.143630704618FX塔顶组成：95460.88149554618DX塔底组成：0.01460.0200.0599.54618WX2.2平均摩尔质量kg/kmol＝22.0208180.1436)－(1＋460.1436＝MFKmolKgMD/6793.4218)8814.01(468814.0kg/kmol56.1818020.01020.046WM2.3全塔物料衡算：依题给条件：一年以300天，一天以24小时计，有：全塔物料衡算：釜液处理量hKmolF/97.1630208.22243001000106.24，0.14360.020163.9723.52/0.88140.020FWDWDFkmolh163.9723.52140.45/WFDkmolh乙醇——水筛板塔课程设计82.2乙醇和水的物性参数计算2.2.1温度常压下乙醇-水气液平衡组成与温度的关系温度T℃液相中乙醇的摩尔分率%气相中乙醇的摩尔分率%1000.000.0095.50.01900.170089.00.07210.389186.70.09660.437585.30.12380.470484.10.16610.508982.70.23770.544582.30.26080.558081.60.32730.582680.70.39650.612279.80.50790.656479.70.51980.659979.30.57320.684178.740.67630.738578.410.74720.781578.150.89430.8943根据表中数据可以求得FtDtWt1.1238.01436.03.851661.0