课程设计：分离乙醇和正丙醇(详细版)

课程设计一、课程设计题目乙醇和正丙醇物系分离系统的设计二、课程设计内容（含技术指标）1.设计条件生产能力：25000吨/年（每年按300天生产日计算）原料状态：乙醇含量35%（wt%）；温度：25℃；压力：100kPa；泡点进料；分离要求：塔顶馏出液中乙醇含量99%（wt%）；塔釜乙醇含量2%（wt%）操作压力：100kPa其它条件：塔板类型：浮阀塔板；塔顶采用全凝器；R=1.5Rm2.具体设计内容和要求（1）设计工艺方案的选定（2）精馏塔的工艺计算（3）塔板和塔体的设计（4）水力学验算（5）塔顶全凝器的设计选型（6）塔釜再沸器的设计选型（7）进料泵的选取（8）绘制流程图（9）编写设计说明书（10）答辩三、进度安排时间设计安排10.26—10.28设计动员，下达任务书，查阅资料，拟定设计方案，方案论证，物性数据计算10.28—11.11工艺计算（物料衡算、确定回流比、计算理论板层数、实际板层数、实际进料板位置）11.11—11.18塔结构设计（物性数据的计算、塔径计算、塔结构尺寸的计算、水力学性能校验、负荷性能图及塔高的计算）11.18—11.25热量衡算；附属设备的选型和计算11.25-12.02绘制带控制点的工艺流程图（CAD图）12.02—12.09绘制带控制点的工艺流程图，（借图板和丁字尺，手工绘制图）12.09—12.16编写设计说明书，答辩要求课程设计2012.01.03将说明书及图纸装订并提交2012.1.4—1.5答辩四、基本要求序号设计内容要求1设计工艺方案的选定精馏方式及设备选型等方案的选定和论证（包括考虑经济性；工艺要求等）绘制简单流程图2精馏塔的工艺计算物料衡算，热量衡算，回流比、全塔效率、实际塔板数、实际进料位置等的确定3塔板和塔体的设计设计塔高、塔径、溢流装置及塔板布置等4水力学验算绘制塔板负荷性能图5塔顶全凝器的设计选型计算冷凝器的传热面积和冷却介质的用量6塔釜再沸器的设计选型计算再沸器的传热面积和加热介质的用量7进料泵的选取选取进料泵的型号8绘图绘制带控制点的流程图（CAD和手工绘制）9编写设计说明书目录，设计任务书，设计计算结果，流程图，参考资料等10答辩每班数不少于20人答辩教研室主任签名：年月日摘要精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等领域中被广泛应用。精馏是使易挥发组分进入气相，难挥发组分进入液相，从而使液体混合物分离。本次设计任务为处理25000吨/年的乙醇和正丙醇混合物。浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮阀塔广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中。本设计通过物料衡算，热量衡算，工艺计算，结构设计和校核等一系列工作来设计一个具有可行性的合理的浮阀塔。关键词浮阀塔乙醇正丙醇回流比课程设计第一章绪论1.1浮阀塔的简介：浮阀塔是20世纪50年代开发的一种新塔型，其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔除安装一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。阀片升降位置随气流量大小自动调节，从而使进入夜层的气速基本稳定。又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。1.2浮阀塔的优点：课程设计（1）生产能力大：由于浮阀塔板具有较大的开孔率，故其生产能力比泡罩塔的大20%~40%（2）操作弹性大：由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，故维持正常操作所容许的负荷波动范围比泡罩塔和筛板塔的都要宽（3）塔板效率高：因上升气体以水平方向吹入液层，故气液接触的时间交长而雾沫夹带量较小，板效率较高（4）塔板压降及液面落差较小：因为气液流过浮阀塔板时所遇到的阻力较小，故气体的压降及板上的液面落差都比泡罩塔板的小（5）塔的造价低：因结构简单，易于制造，浮阀塔的造价一般为泡罩塔的60%~80%，而为筛板塔的120%~130%浮阀塔不宜处理易结焦货黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般集合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。1.3设计方案在本次实验中我们进行乙醇和正丙醇的精馏分离，蒸馏装置包括精馏塔，原料预热器，蒸馏釜，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却等设备，我们采用的是浮阀式连续精馏塔。蒸馏是物料在塔内的多次部分冷凝所实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走，要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以用高位糟。塔顶采取全凝器，可以更好地控制回流比，而且本次是采用间接加热，需要用到再沸器。可以通过下面的简易流程图了解：课程设计1.4设计思路1.4.1塔型选择由任务书给定，塔板类型为浮阀塔板，这是由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，加上浮阀塔生产能力大的特点，因此选用浮阀塔。1.4.2操作压力的选择由于乙醇-正丙醇体系对温度依赖性不强，常压为液态，都是易挥发有机物能用循环水将馏出物冷凝下来，为降低塔的操作费用，减少运转的费用，故采用常压蒸馏，按任务书给定操作压力为100KPa。1.4.3进料热状况的选择由任务书给定，为泡点（饱和液体）进料，采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节温度影响，泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提馏段上升蒸汽的恒摩尔流量相等，故精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。1.4.4加热方式加热方式采用间接蒸汽加热，设置再沸器，这样使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论塔板数。同时也使用了换热器，确保整个过程的热传递顺利进行。1.4.5回流比的选择由任务书给定，为使设备费和操作费用之和最低，取R=1.5Rm1.4.6塔顶冷凝方式由任务书给定，塔顶采用全凝器。1.4.7管道的选择本次设计选用直管进料管，通过选择适当的流速来确认每个地方的管径。1.5简易流程图课程设计第二章塔板的工艺设计2.1．物系图2.1.1物性数据物质分子式分子量沸点(101.3kPa)熔点（℃）临界温度(℃）临界压力（Mpa)热导率W/(m*K)乙醇CH3CH2OH46.0778.32-114.5243.16.3818正丙醇CH3CH2CH2OH60.197.2126.2263.75.061.7166课程设计2.1.2压下乙醇-正丙醇气液平衡（摩尔）与温度关系温度（t/℃）97.6093.8592.6691.6088.3286.2584.9884.1383.0680.5078.38液相组成x气相组成y000.1260.2400.1880.3180.2100.3490.3580.5500.4610.6500.5460.7710.6000.7600.6630.7990.8840.9141.01.02.1.3密度与温度的关系温度（℃）707580859095100乙醇（kg/m³）748.87739.87735.87731.87728.87723.87715.87正丙醇（kg/m³）762.86755.86750.86745.87740.87735.87730.872.1.4粘性与温度的关系温度（℃）707580859095100乙醇/mPa·s正丙醇/mPa·s0.5100.8490.4800.7500.4260.6850.4100.6400.3700.5650.3450.4950.3250.4602.1.5表面张力与温度的关系温度/℃707580859095100乙醇/mN·m-1正丙醇/mN·m-118.219.817.919.517.418.917.018.516.418.116.117.615.717.22.1.6.比热容与温度的关系温度（℃）60708090100乙醇/kJ/kg.（℃）正丙醇/kJkg（/.℃）3.072.863.253.003.483.133.693.263.893.342.1.7.蒸汽压与温度的关系温度/℃20406080100课程设计乙醇/kPa正丙醇/kPa5.871.94117.896.95446.820.36108.250.93223.6112.42.1.8.汽化热与温度的关系温度（℃）708090100乙醇//kJkg正丙醇//kJkg810.1673.3820.5690.5840.8703.5860.9745.52.2物料衡算2.2.1精馏塔全塔的物料衡算进料量:30.3510.352500010()46.0760.10.0178/300243600Fkmols原料乙醇的组成：0.3546.07100%41.26%0.350.6546.0760.1Fx塔顶的组成：0.9946.07100%99.23%0.990.0146.0760.1Dx塔底的组成：0.0246.07100%2.59%0.020.9846.0760.1Wx物料衡算式：F=D+WFDWFxDxWx联立带入求解：W=0.011kmol/sD=0.00712kmol/s图2-1数据汇集符号FxDxWx//FkmolsW/kmol/sD/kmol/s数值41.26%99.23%2.59%0.01780.0110.007122.2.2温度课程设计t88.3288.3286.25t=0.3580.4610.41260.358FF①：t87.22F℃②78.38-t80.5078.38t=0.8841.01.00.9923DD：t=78.52D℃t97.6097.6093.85t=00.1260.02590WW③t=96.83W℃④精馏段平均温度：1tt87.2278.52t===82.8722FD℃⑤提馏段平均温度：2tt87.2296.83t=92.0322FW℃图2-2数据汇集符号tF/℃t/D℃t/W℃1t/℃2t/℃数值87.2278.5296.8382.8792.032.2.3密度塔顶温度：t=78.52D℃气相组成：80.578.3878.5278.380.9141.01.0Dy99.43%Dy进料温度：t87.22F℃气相组成：88.3286.2587.2286.250.5500.6500.650Fy60.31%Fy塔底温度：t=96.83W℃气相组成：97.6093.8597.6096.8300.2400Wy4.93%Wy（1）精馏段液相组成1x：10.99230.412670.25%22DFxxx气相组成1y：10.99430.603179.87%22DFyyy所以：146.0770.25%60.1(170.25%)50.24/LMkgkmol146.0779.87%60.1(179.87%)48.89/VMkgkmol课程设计（2）提馏段液相组成2x：20.02590.412621.93%22WFxxx气相组成2y：20.04930.603132.62%22WFyyy所以：246.070.219360.1(10.2193)57.02/LMkgkmol246.070.326260.1(10.3262)55.52/VMkgkmol由于不同温度下乙醇和正丙醇的密度可得在t87.22F℃：90859087.22=728.87731.87728.87F乙醇3=730.54kg/mF乙醇9087.229087.22=740.87745.87740.87F正丙醇3=743.65kg/mF正丙醇10.350.65=730.54743.65F3=739.01kg/mF在t=79.81D℃：380758078.52==735.05kg/m735.87739.87735.87DD乙醇乙醇807580