15万吨年乙醇-水板式精馏塔设计

成绩银川能源学院化工原理课程设计题目：15万吨/年乙醇-水板式精馏塔设计学生姓名xx学号1210140068指导教师xx院系石油化工学院成绩专业化学工程与工艺班级1201班化学工程教研室制任务书-1-前言-2-摘要-2-第一章.综述-3-1．1绪论-3-1.1.1主要设备的型式-3-1.1.2操作压力的确定-3-1.1.3进料状态与塔板数，塔径，回流量及塔的热量负荷都有密切的关系.-3-1.1.4热能的利用-3-1.2设计基础数据-3-1.3工艺流程-6-第二章.塔板的工艺设计-8-2.1精馏塔全塔物料衡算-8-2.2物性参数的计算-8-2.2.1温度-8-2.2.2密度-9-2.2.3混合液体表面张力计算-11-2.2.4混合物的粘度-13-2.3塔板数的计算-13-2.4热量衡算-14-2.4.1加热介质的选择-14-2.4.2冷却剂的选择-14-2.4.3比热容及汽化潜热的计算-14-2.4.4热量衡算-15-2.5气液相体积流量计算-16-2.6精馏塔的塔体工艺尺寸计算-17-2.7.1堰长-20-2.7.2弓形降液管的宽度和横截面-21-2.7.3降液管底间隙高度-22-2.8塔板分布-22-2.9塔板的流体力学计算-22-2.9.1.塔板的压降-22-2.9.2淹塔-23-2.9.3雾沫夹带-24-2.10塔板负荷性能图-25-2.10.1.雾沫夹带线-25-2.10.2液相负荷上限线-26-2.10.3液相负荷下限线-26-2.10.4漏液线-26-第三章板式塔的结构与附属设备-27-3.1塔体结构-27-3.1.1塔顶封头-27-3.1.2塔顶空间-27-3.1.3塔底空间-27-3.1.4人孔-27-3.1.5进料处板间距-28-3.1.6裙座-28-3.1.7塔的接管-28-第四章附属设备的选型和计算-29-4.1冷凝器的选择-30-4.2再沸器的选择-30-课程设计心得-31-参考文献-32-任务书设计题目：乙醇—水板式精馏塔设计设计条件：乙醇进料组成：18%处理量：150000吨塔顶馏出液含水≤5﹪；塔顶馏出液含乙醇≥95﹪；塔底釜残液含水≥95﹪；塔底釜残液含乙醇≤5﹪；产品纯度95﹪；操作周期7200小时/年；塔板效率60﹪；操作压力常压（表压）；进料状态泡点进料；塔底加热蒸汽压力300kpa(温度133.3ºC)(表压)；单板压降≤0.7kpa；。/，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，塔板类型浮阀塔工作日300天设计任务：1、设计方案的确定及工艺流程的组织与说明；2、精馏过程的工艺计算；3、塔和塔板主要工艺结构参数的设计计算；4、塔内流体力学性能的计算与校核；5、绘制塔板负荷性能图6、绘制生产工艺流程图7、绘制精馏塔装配图8、塔的工艺计算结果汇总一览表9、塔附件及辅助设备的设计或选型计算10、带控制点的生产工艺流程图的及精馏塔设计工艺条件图的绘制11、对设计过程的评述及有关问题的讨论12、编制课程设计说明书13、参考文件前言在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就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。本次设计的题目是乙醇-水板式精馏塔设计。乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，可采用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差较大。精馏是传质分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可见，单有精馏塔主体还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个精馏操作。因此我们进行板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。摘要本次设计的题目是乙醇-水板式精馏塔设计。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计内容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，精馏塔工艺过程流程图，精馏塔设备结构图，设计说明书。浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对乙醇-水的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程。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、生产操作条件及物性参数是否合理，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。关键词：浮阀塔，精馏段，提馏段，乙醇，水。AbstractThisdesigntopicisthedesignofethanol-waterdistillationcolumn.Indeterminingtherequirementsprocess,determinethedesignscheme,designcontentincludingthecalculationofdistillationcolumndesign,calculationoftowerauxiliaryequipmentdesign,flowchartofdistillationtowerdistillationprocess,thestructureoftowerequipmentdrawings,designspecification.Floatvalvetoweristhemainequipmentofgas-liquidmasstransferinchemicalproduction,thedesignfortheethanol-waterdistillationproblemanalysis,selection,calculation,accounting,drawing,isacompletedistillationdesignprocess.Throughthedistillationtoweroperation,candrawthedistillationtowerofvariousdesignsuchasprocess,thetoweroftheoperationconditionsandphysicalparametersisreasonable,toensurethesmoothprogressofdistillationprocessandtoimproveefficiencyasmuchaspossible.Keywords:floatvalvetower，rectifyingsection,strippingsection,ethanol,water.第一章.综述1．1绪论1.1.1主要设备的型式　　塔的类型选择板式塔，板式塔的主要构件有塔体，塔板及气液进、出口等塔板的选择。塔板选择浮阀塔板。浮阀塔板结构简单，即在塔板上开若干个孔，在每个孔的上方装上可以上下浮动的阀片，操作时，浮阀可随上升气量的变化自动调节开度，当气量较小时，阀片的开度亦较小，从而可使气体能以足够的气速通过环隙，避免过多的漏液，当气量较大时，阀片浮起，开度增大，使气速不致过高。浮阀塔板的优点是生产能力大，操作弹性大，气液接触状态良好，塔板结构简单，安装容易，压强小，塔板效率高，液面梯度小，使用周期长等。1.1.2操作压力的确定采用操作压力为常压，即P＝4kPa(表压)。1.1.3进料状态与塔板数，塔径，回流量及塔的热量负荷都有密切的关系.蒸汽加热，其优点是可以利用压力较低的蒸汽加热，在釜内只须安装鼓泡管，不须安置宠大的传热面。这样在设计费用上可节省许多。1.1.4热能的利用蒸馏过程的特征是重复地进行汽化和冷凝，因此，热效率很低，所以塔顶蒸汽和塔底残液放出的热量利用要合理，这些热量的利用，要考虑这些热量的特点，此外，通过蒸馏系统的合理设置，也可以节能。1.2设计基础数据表1-1常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系温度t/℃液相组成x/%气相组成y/%1000095.51.9017.0089.07.2138.9186.79.6643.7585.312.3847.0484.116.6150.8982.723.3754.4582.326.0855.8081.532.7359.2680.739.6561.2279.850.7965.6479.751.9865.9979.357.3268.4178.7467.6373.8578.4174.7278.1578.1589.4389.43表1-2不同温度下乙醇和水的密度温度/℃80735971．885730968．690724965．395720961．85100716958．4表1-3不同温度下乙醇和水的表面张力温度/℃乙醇表面张力/（）水表面张力/（）701864.38017.1562.69016.260.710015.258.81.3工艺流程如图1-5所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。图1：精馏工艺流程图第二章.塔板的工艺设计2.1精馏塔全塔物料衡算原料乙醇摩尔的组成：塔顶产品乙醇摩尔的组成：塔底残液乙醇的摩尔组成：原料液：M=0.078946+（1-0.0789）18=20.2092kg/kmol塔顶液：M=0.881346+(1-0.8813)18=42.6764kg/kmol塔底液：M=0.0201846+（1-0.02018）18=18.56504kg/kmol进料量F==0.3061kmol/s①②③由①②③式可知2.2物性参数的计算2.2.1温度进料温度：℃塔顶温度：==78.17℃塔底温度：℃精馏段的平均温度：=℃提馏段的平均温度：℃2.2.2密度塔顶温度：℃气相组成：％进料温度：℃气相组成：％塔底温度：℃气相组成：％精馏段的平均液相组成：=％精馏段的平均气相组成：=％精馏段液相平均分子:精馏段气相平均分子:精馏段平均液相组成：％精馏段平均气相组成：％提馏段液相平均分量:提馏段气相平均分量:求在、、下的乙醇和水的密度（单位）℃，℃，℃，所以2.2.3混合液体表面张力计算二元有机物-水溶液表面张力可用下列公式计算其中lgQ=0.441*[]A=B+QA=lg上式诸式中下标W,O,S分别代表水乙醇及部分表面部分；主体部分的分子数；主体部分的分子体积；分别为纯乙醇有机物的表面张力；对于乙醇q=2乙醇的表面张力同理可得：水的表面张力：利用公式可得塔顶表面张力：原料液表面张力：塔底液表面张力：从而可得精馏段表面张力提馏段表面张力2.2.4混合物的粘度利用液体黏性共线图查出：℃；℃;精馏段的黏度：相对挥发度：精馏段的平均相对挥发度提馏段的平均相对挥发度2.3塔板数的计算泡点进料：q=1，则R=1.6=1.6×3.09=4.94理论板：指离开这种板的气液相互成平衡，而且塔板上组成均匀。计算方法：逐板计算精馏段：理论板数已知：塔板效率为：0.6所以：精馏段实际板层数：5块提馏段：理论板数：3已知：塔板效率为：0.6所以：提馏段实际板层数：5块全塔所需实际板数：（块）2.4热量衡算2.4.1加热介质的选择常用加热介质饱和蒸汽水。本设计选用300Kpa（温度133.3）的饱和水蒸汽做加热介质。2.4.2冷却剂的选择常用冷却剂水和空气，25冷凝水，温升10，冷却水出口温度35。2.4.3比热