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化工原理课程设计任务书一、设计题目：乙醇－水连续精馏塔的设计二、原始设计数据1、原料中含乙醇量34%（摩尔分数，下同）其余为水，流出液中含乙釜残液中含乙醇不高于0.6%，生产能力为日产（24小时）120吨的乙醇产品（以馏出液浓度计）。2、操作条件：塔顶压强4kpa（表压）；进料热状态：自选；回流比：自选；加热蒸汽为低压蒸汽；单板压强不大于0.7kpa；加热方式：间接蒸汽加热。3、塔板形式：筛板塔。三、设计内容(1)设计方案的确定及工艺流程的说明。(2)她的工艺计算及塔和塔板的主要工艺尺寸的设计（包括塔高、塔径、塔板结构尺寸的确定，塔板的流体力学性能的验算，她的负荷性能等，有关图示如负荷性能图、塔板布置等要用坐标纸绘制）。(3)设计结果概要或设计一览表。(4)塔的主要接管尺寸。(5)辅助设备（馏出液冷凝器）的选型与计算。(6)对本设计的评论或有关问题的分析讨论。(7)编写设计说明书。四、课程设计的步骤和时间安排1、讲课、布置任务和查阅资料0.5天2、阅读指导书，确定工艺流程1天3、设计计算3天4、辅助设备选型或设计计算1.5天5、绘图2天6、编写设计说明书1.5天7、上交说明书图纸设计日记，考核与答辩0.5天五、图纸：1、带有控制点的工艺流程图（手绘或CAD均可，附在说明书后）；2、塔的工艺条件图（1#图纸，必须手绘）。六、设计时间：二周。目录第一章方案确定……………………………………………………………………11.1摘要……………………………………………………………………11.2设计方案………………………………………………………………21.3设计思路………………………………………………………………4第二章主要塔的工艺计算…………………………………………………………42.1精馏塔全塔物料衡算……………………………………………………42.2精馏塔工艺条件及有关物性数据计算…………………………………52.2.1温度……………………………………………………………………52.2.2密度……………………………………………………………………62.2.3混合液体表面张力……………………………………………………72.2.4混合物黏度……………………………………………………………82.2.5相对挥发度……………………………………………………………82.3精馏塔理论塔板及有关数据计算………………………………………92.3.1精馏段操作数据计算…………………………………………………102.3.2提馏段操作数据计算………………………………………………102.3.3塔板效率的计算……………………………………………………102.4塔径的初步设计………………………………………………………112.4.1精馏段塔径计算……………………………………………………112.4.2提馏段塔径计算……………………………………………………122.5精馏塔有效高度及操作压力的计算…………………………………122.5.1精馏塔有效高度的计算……………………………………………122.5.2精馏塔操作压力的计算……………………………………………122.6塔板主要工艺尺寸的计算及布置……………………………………132.6.1溢流装置计算………………………………………………………132.6.2塔板分布……………………………………………………………142.6.3塔板的流体力学验算………………………………………………151塔板压降…………………………………………………………………152液面落差…………………………………………………………………163液沫夹带…………………………………………………………………164漏液………………………………………………………………………165液泛………………………………………………………………………17第三章塔板负荷性能图…………………………………………………………173.1漏液线…………………………………………………………………173.2液沫夹带线……………………………………………………………183.3液相负荷下限线………………………………………………………193.4液相负荷上限线………………………………………………………193.5液泛线…………………………………………………………………203.6作图校核………………………………………………………………21第四章筛板塔的工艺设计计算结果总表………………………………………24第五章主要附属设备的设计……………………………………………………255.1冷凝器的选择…………………………………………………………255.2再沸器的选择…………………………………………………………255.3馏出液冷却器的选择…………………………………………………265.3.1计算流体热负荷……………………………………………………265.3.2计算所需传热面积…………………………………………………275.3.3初选换热器…………………………………………………………275.3.4总传热系数的核算…………………………………………………27第六章塔体结构及次要附属设备的设计………………………………………296.1接管的尺寸及选择……………………………………………………296.1.1进料管………………………………………………………………296.1.2塔顶蒸汽出口管…………………………………………………296.1.3回流管管径…………………………………………………………296.1.4塔釜出料液管………………………………………………………296.1.5塔底至再沸器的接管管径…………………………………………296.1.6再沸器返塔连接管管径……………………………………………306.1.7法兰的选择………………………………………………………306.2筒体与封头……………………………………………………………306.2.1筒体…………………………………………………………………306.2.2封头…………………………………………………………………306.2.3裙座的设计…………………………………………………………316.2.4除沫器设计……………………………………………………………316.2.5吊柱…………………………………………………………………316.2.6人孔…………………………………………………………………31结束语………………………………………………………………………………32设计心得……………………………………………………………………………32参考文献……………………………………………………………………………33第一章设计方案1.1、摘要化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系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，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。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xF=0.34xD=0.75xW=0.006实际塔板数精馏段21块，提馏段5块。工艺参数的选定泡点进料、泡点回流。设备的结构设计和工艺尺寸的计计算塔高为15.70m,筛孔数目为5522个，辅助设备的选型，工艺流程图，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、生产操作条件及物性参数是合理的，各种接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。关键词：乙醇；水；精馏段；提馏段；筛板塔。1.2、设计方案高径比很大的设备称为塔器．塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一．它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的．常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等．在化工或炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响．据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例．因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视．作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相充分接触，以获得较高的传质效率．此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项传质效率．此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：（１）生产能力大．在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象．（２）操作稳定、弹性大．当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作．并且塔设备应保证能长期连续操作．（３）流体流动的阻力小．即流体通过塔设备的压力降小．这将大大节省生产中的动力消耗，以及降低经常操作费用．对于减压蒸馏操作，较大的压力降还使系统无法维持必要的真空度．（４）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易．这可以减少基建过程中的投资费用．（５）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修．事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述所有要求，仅是在某些方面具有独到之处．精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂的驱动下（有时加质量剂），使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。该过程是同时进行传质、传热的过程。精馏塔是大型的设备组装件，分为板式塔和填料塔两大类。板式塔又有筛板塔、泡罩塔、浮阀塔等。。根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔．筛板塔是很早出现的一种板式塔．它的结构简单，塔盘造价较低，安装、维修都较容易．从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用．近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达２０－２５mm），导向筛板等多种形式．筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分．工业塔常用的筛孔孔直径为３－８mm，按正三角形排列．空间距与孔径的比为２.５－５．近年来有大孔径（１０－２５mm）筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，只是漏夜点低，操作弹性小．筛板塔的特点如下：（１）结构简单、制造维修方便．（２）生产能力大，比浮阀塔高．（３）塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏．（４）塔板效率较高，但比浮阀塔稍低．（５）合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔．（６）小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液．本设计是乙醇和水混合液加热至泡点后送入精馏塔分离。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余进入冷却器冷却作为塔顶产品送至贮槽。该物系属于易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，釜残液经过再沸器，循环使用蒸汽，具体流程简易图如下：1.3、设计思路1、本设计采用连续精馏操作方式。2、常压操作。3、泡点进料。4、间接蒸汽加热。5、选R=(1.1-2.0)Rmin。6、塔顶选用全凝器。7、选用筛板塔，其突出优点是结构简单，造价低，制造方便；生产能力第二章主要塔设备的工艺计算2.1精馏塔全塔物料衡算2．1．1设计已知条件及符号意义F：原料液流量（kmol/s）xF：原料组成（摩尔分数）D：塔顶产品流量（kmol/s）xD：塔顶组成（摩尔分数）W：塔底残液流量（kmol/s）xW：塔底组成（摩尔分数）乙醇