年产5万吨乙醇精馏塔的设计课程设计

1、目 录第一节 概 述21.1 精馏操作对塔设备的要求21.2板式塔类型21.2.1筛板塔21.2.2浮阀塔31.3精馏塔的设计步骤3第二节 设计方案的确定52.1操作条件的确定52.1.1操作压力52.1.2 进料状态62.1.3加热方式62.1.4冷却剂与出口温度62.1.5热能的利用72.2确定设计方案的原则72.2.1 满足工艺和操作的要求72.2.2 满足经济上的要求72.2.3 保证安全生产7第三节 板式精馏塔的工艺计算83.1 物料衡算与操作线方程93.1.1 常规塔93.1.2 直接蒸汽加热9第四节 板式塔主要尺寸的设计计算114.1塔的有效高度和板间距的初选114.1.1 塔的

2、有效高度114.1.2 板间距的初选114.2 塔径114.2.1 初步计算塔径11第五节 板式塔的结构135.1 塔的总体结构135.2 塔体总高度13第六节 精馏装置的附属设备146.1 回流冷凝器146.2 管壳式换热器的设计与选型146.3 再沸器14精馏塔设计结果一览表15参考文献16附件1：酒精精馏工艺流程图18附件2：主体设备条件图19第一节 概 述1.1 精馏操作对塔设备的要求 精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种

3、基本要求： （1）气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 1.2板式塔类型气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。1.2.1筛板塔筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：（1）结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。（2） 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。（3）塔板效率高，比泡罩塔高15左右。（

4、4）压降较低，每板压力比泡罩塔约低30左右。 筛板塔的缺点是：（1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。（2）操作弹性较小(约23)。（3）小孔筛板容易堵塞。1.2.2浮阀塔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。浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：1.3精馏塔的设计步骤 本设计按以下几个阶段进行：（1）设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。（2）蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。（3）塔

5、板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图。（4）管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。（5）抄写说明书。（6）绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。2.1操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。2.1.1操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济

6、上的合理性进行考虑。2.1.2 进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。2.1.3加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液)2.1.4冷却剂与出口温度冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温

7、水作冷却剂，是最经济的。2.1.5热能的利用精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。2.2确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：2.2.1 满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。2.2.2 满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建

8、费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。2.2.3 保证安全生产例如酒精属易燃物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。第三节 板式精馏塔的工艺计算精馏塔的工艺设计计算，包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。3.1 物料衡算与操作线方程通过全塔物料衡算，可以求出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系。物料衡算主要解决以下问题：（1）根据设计任务所给定

9、的处理原料量、原料浓度及分离要求（塔顶、塔底产品的浓度）计算出每小时塔顶、塔底的产量；3.1.1 常规塔常规塔指仅有一处进料和塔顶、塔底各有一个产品，塔釜间接蒸汽加热的精馏塔。（1）全塔总物料衡算总物料f = d + w （3-1）易挥发组分 f= d + w （3-2）若以塔顶易挥发组分为主要产品，则回收率为 （3-3）式中 f、d、w分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h；、分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分率。3.1.2 直接蒸汽加热（1）全塔总物料衡算总物料 （3-4）易挥发组分 （3-5）式中 v0 直接加热蒸汽的流量，kmol/h；0 加热蒸汽中易挥发组分的摩

10、尔分率，一般0=0；w* 直接蒸汽加热时釜液流量，kmol/h；*w直接蒸汽加热时釜液中易挥发组分的摩尔分率。第四节 板式塔主要尺寸的设计计算板式塔主要尺寸的设计计算，包括塔高、塔径的设计计算，板上液流形式的选择、溢流装置的设计，塔板布置、气体通道的设计等工艺计算。4.1塔的有效高度和板间距的初选4.1.1 塔的有效高度板式塔的有效高度是指安装塔板部分的高度，可按下式计算： （4-1）式中 z塔的有效高度，m；et全塔总板效率；nt 塔内所需的理论板层数；ht塔板间距，m。4.1.2 板间距的初选表4-1 塔板间距与塔径的关系塔 径/d，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.4

11、4.0板间距/ht，mm2003002503503004503506004006004.2 塔径4.2.1 初步计算塔径图4-1 史密斯关联图图中ht塔板间距，m； hl板上液层高度，m；v ,l分别为塔内气、液两相体积流量，m3/s； v，l 分别为塔内气、液相的密度，kg/m3 。第五节 板式塔的结构5.1 塔的总体结构塔的外壳多用钢板焊接，如外壳采用铸铁铸造，则往往以每层塔板为一节，然后用法兰连接。 5.2 塔体总高度 第六节 精馏装置的附属设备精馏装置的主要附属设备包括蒸气冷凝器、产品冷凝器、塔底再沸器、原料预热器、直接蒸汽鼓管、物料输送管及泵等。前四种设备本质上属换热器，并多采用列管

12、式换热器，管线和泵属输送装置。下面简要介绍。6.1 回流冷凝器6.2 管壳式换热器的设计与选型6.3 再沸器精馏塔设计结果一览表序号项目数值1平均温度，1152平均压力，kpa114.453气相流量，（）0.3524液相流量，（）0.00075实际塔板数186有效段高度z，m6.27塔径，m0.88板间距，m0.359溢流形式单溢流10降液管形式弓形11堰长，m0.52812堰高，m0.046913板上液层高度，m0.05514堰上液层高度，m0.007815降液管底隙高度，m0.016616安定区宽度，m0.06517边缘区宽度，m0.03518开孔区面积，0.31819筛板直径，m0.00

13、320筛孔数目453521孔中心距，m0.00922开孔率，%10.123空塔气速，m/s0.69724筛孔气速，m/s10.8925稳定系数1.8026每层塔板压降，pa649.127负荷上限液泛控制28负荷下限漏液控制29液沫夹带，（液/气）0.01430气相负荷上限，0.7231气相负荷下限，0.1332操作弹性4.77参考文献1 姚玉英.化工原理（下）m. 天津:天津科技出版社, 1999.2 谭天恩.化工原理（下）m. 北京:化学工业出版社, 1994.3 陈敏恒.化工原理（下）m. 北京:化学工业出版社, 1989.4 贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计m. 天津:天津大学出版社, 2002.5 吴楼涛，李永刚离子膜法氢碱技术的发展及建议. 化工进展j, 2003, 22(8): 876-880.6 梁莹，高桂华辽河集团公司氯碱厂扩产改造项目工艺设计. 氯碱工业j, 2000, 6: 13-16.7 kurtz. electrolytic production