化工原理设计乙醇水连续精馏塔的设计干货分享

1、化工原理设计乙醇水连续精馏塔的设计成绩 100 课程设计说明书题目 乙醇水连续筛板式精馏塔的设计 课 程 名 称 化工原理 院（系、部、中心） 化学化工系 专 业 应用化学 班 级 应化096 学 生 姓 名 xx 学 号 xxxxxxxx 设 计 地 点 逸夫实验楼b6 指 导 教 师 设计起止时间:20年12月20日至 201 年12月日第一章 绪论2一、目的：2二、已知参数：三、设计内容：3第二章课程设计报告内容3一、精馏流程的确定3二、塔的物料衡算三、塔板数的确定4四、塔的工艺条件及物性数据计算五、精馏段气液负荷计算0六、塔和塔板主要工艺尺寸计算10七、筛板的流体力学验算16八、塔板负

2、荷性能图18九、筛板塔的工艺设计计算结果总表22十、精馏塔的附属设备及接管尺寸23第三章 总结3乙醇水连续精馏塔的设计第一章 绪论一、目的:通过课程设计进一步巩固课本所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力,使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤,使学生具有调节技术资料,自行确定设计方案,进行设计计算,并绘制设备条件图、编写设计说明书。.在常压连续精馏塔中精馏分离含乙醇25的乙醇水混合液，分离后塔顶馏出液中含乙醇量不小于9，塔底釜液中含乙醇不高于1（均为质量分数)。.二、已知参数：（)设计任务l 进料乙醇 = (质量分数,下同)l 生产能力 =

3、 80t/dl 塔顶产品组成 94 l 塔底产品组成 。1% （）操作条件 l 操作压强:常压l 精馏塔塔顶压强：z = 4 kpal 进料热状态:泡点进料l 回流比：自定待测l 冷却水：2 l 加热蒸汽:低压蒸汽,0. mpal 单板压强： 0。l 全塔效率:et = 52 %l 建厂地址：南京地区l 塔顶为全凝器，中间泡点进料,筛板式连续精馏三、设计内容:(1) 设计方案的确定及流程说明(2）塔的工艺计算(3) 塔和塔板主要工艺尺寸的计算(a、塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定；b、塔板的流体力学验算；c、塔板的负荷性能图）（） 设计结果概要或设计一览表（5） 精馏塔工艺条件图(6）对本设计的

4、评论或有关问题的分析讨论第二章 课程设计报告内容一、精馏流程的确定乙醇、水混合料液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流,其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热,塔底产品经冷却后送入贮槽。.二、塔的物料衡算(一)料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数（二） 平均摩尔质量(三）物料衡算总物料衡算 易挥发组分物料衡算 日生产能力y=0吨 联立以上三式得 三、塔板数的确定（一)理论塔板数的求取 乙醇、水属理想物系,可采用m。t.图解法求.根据乙醇、水的气液平衡数据作yx图附表 乙醇-水气液平衡数据液相中乙醇的摩尔分数气相中乙醇的摩尔

5、分数液相中乙醇的摩尔分数气相中乙醇的摩尔分数0。0.0.250。5510010.11.300。5750.020704010。0。27050.67000340。60。690。0803920。70。7550.1430。0。20。140.4820。940840.8。530950.9420.2.5251。0 图：乙醇-水的-x图及图解理论板2乙醇-水体系的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a（)作平衡线的切线并延长与轴相交，截距 取操作回流比故精馏段操作线方程 即。作图法求理论塔板数得(包括再沸器）.其中精馏段理论板数为22层,提留段为5层（包括再沸器),第18层为加料板.(二）全塔效率已知52%（三

6、）实际塔板数n精馏段层提留段层四、塔的工艺条件及物性数据计算以精馏段为例进行计算(一）操作压强pm塔顶压力取每层塔板压强降则进料板压强精馏段平均操作压强（二）温度m依据操作压力,通过方程试差法计算出泡点温度，其中水、乙醇的饱和蒸汽压由安托尼方程计算. 方程为式中：溶液中组分的摩尔分数；-溶液上方的总压，pa；同温度下纯组分的饱和蒸汽压，。（下标a表示易挥发组分,表示难挥发组分） 安托因方程为式中:在温度为t时的饱和蒸汽压，mmgt温度,，b，cantine常数，其值见下表。附表 antne常数组分bc乙醇。044915.322.5水。9661668.2228计算结果如下：塔顶温度公式:进料板温

7、度公式:则精馏段平均温度(三）平均摩尔质量mm塔顶 查气液平衡曲线，可得2进料板即查气液平衡曲线，可得 则精馏段平均摩尔质量：（四） 平均密度1。液体密度 附表 乙醇与水的密度温度/2010110乙醇密度/kgm37957577657574637301703水密度/kg/m398.2995。792。988。193。2977.89。8965.39495.0已知：（为质量分数）塔顶 因为 所以 进料板由加料板液相组成因为所以 故精馏段平均液相密度2.气相密度（五）液体表面张力附表 乙醇与水的表面张力温度/89010110乙醇表面张力×13/n/m22.21。20.419.81817.15

8、6.21.21。4水表面张力×103n/m7671。269。667。66.264362。66.758.856.9塔顶 因为 所以 进料板 因为 所以 则精馏段平均表面张力为（六)液体黏度已知： 乙醇的a=86.64 b=30088塔顶 水的黏度 进料板 水的黏度 则精馏段平均液相黏度为五、精馏段气液负荷计算六、塔和塔板主要工艺尺寸计算（一） 塔径d参考表41,初选板间距,取板上液层高度表4- 板间距与塔径的关系塔径d/m0.3。50.081.61.424.板间距ht/mm2003000350345030004060 图45 mnt关联图查图4-5可知，依照下式校正c取安全系数为070

9、,则故按标准,塔径圆整为.6m,则空塔气速（二）溢流装置 采用单溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。各项计算如下。1.溢流堰长 为0。66d，即 .出口堰高由 ,图4-9 液流收缩系数计算图查图9，知e =1 则故3.管滴宽度与降液管滴面积 由 图4-1 弓形降液管的宽度和面积查图，得 ，故 由下式计算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积,即 （符合要求）。降液管底隙高度取液体通过降液管底隙得流速 ，依下式计算降液管底隙高度 （符合要求）(三)塔板布置1.取边缘区宽度，安定区宽度2.依下式计算开孔区面积其中 其中:出口堰高 how-堰上液层高度 降液管底隙高度 进口堰与降液

10、管的水平距离 -进口堰高 -降液管中清液层高度 板间距 堰长 弓形降液管高度.-无效周边高度 安定区宽度 塔径 鼓泡区半径 -鼓泡区宽度的1/2 t同一横排的阀孔中心距(单位均为) .（四)筛孔数与开孔率取筛孔的孔径，正三角形排列，一般碳钢的板厚，取，故孔中心距依下式计算塔板上的筛孔数n，即依下式计算塔板上的开孔区的开孔率,即（在55范围内）每层塔板上的开孔面积为气体通过筛孔的气速 （五）塔有效高度z（精馏段）(六） 塔高计算七、筛板的流体力学验算(一)气体通过筛板压强降的液柱高度 依式 1. 干板压强降相当的液柱高度依 图-13 干筛孔的流量系数查图413, 2. 气流穿过板上液层压强降相当

11、的液柱高度 图4-14 充气系数关系图由图14查取板上液层充气系数为0。6。 依右式 3. 克服液体表面张力压强降相当的液柱高度依式（4-41）故 单板压强降07ka（设计允许值)（二）雾沫夹带量的验算 依式（441) 式中,塔板上鼓泡层高度，可按泡沫层相对密度为。考虑，即=（0.)=2。5=2.×0.7=0.175故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。（三）漏液的验算筛板的稳定性系数 故在设计负荷下不会产生过量漏液。（四)液泛的验算为防止降液管液泛的发生,应使降液管中清液层高度。 取，则故,在设计负荷下不会发生液泛。根据以上塔板的各项流体体力学验算，可认为精馏段塔径及各工艺尺寸是合适

12、的.八、塔板负荷性能图（一）雾沫夹带线（） (a） 近似取 ， 故 （b）取雾沫夹带极限值为0kg液/k气，已知，,并将式()、（b）代入，得下式:整理得 （）. 在操作范围内，任取几个值，依（1）式算出相应的值列于下表中。25.00427 依表中数据在图中做出雾沫夹带线(1），如图4-2所示.（二）液泛线（2) （*） 近似取， 故 （c）. (已算出) 故 （） （e)将为45m,为。058m，及式（c)()（e）代入（*）式得:整理得： (）在操作范围内取若干值,依式（2)计算值，列于下表中。474。394。27412依表中数据做出液泛线（2)，如图424中线（）所示.(三）液相负荷上限

13、线() 取液体在降液管中停留时间为5s， 液泛负荷上限线（)在坐标图上为与气体流量无关得垂直线,如图42线(）所示。(四）漏液线（气相负荷下限线）（4）由、代人式漏液点气速式： 前已算出为0.142，代入上式并整理,得 此即气相负荷下限关系式，在操作范围内任取n个值，依（4）式计算相应得值。.41.201。231。26列于下表中，依附表中数据作气相负荷下限线(4)，如图42中线（）所示。(五)液相负荷下限线(5) 取平堰、堰上液层高度,作为液相负荷下限条件,依下式计算，取，则 整理上式得 （5） 依此值在图上作线（5)即为液相负荷下限线，如图7所示.将以上5条线标绘于图4-24（图）中,即为精

14、馏段负荷性能图。条线包围区域为精馏段塔板操作区，p为操作点,o为操作线.p线与线（)的交点相应气相负荷为,op线与气象负荷下限线(4)的交点相应气相负荷为。.其中p(，)即（3。7×,33。3） 可知本设计塔板上限由雾沫夹带控制，下限由漏液控制。 精馏段的操作弹性九、筛板塔的工艺设计计算结果总表 筛板塔的工艺计算结果汇总见表10.序号项目数值平均温度tm，92992平均压力pm，kp120。5气相流量v，（m³/s）2.2984液相流量l,(m³s）0。0265实际塔板数536有效段高度z,275塔径，1。68板间距,m。459溢流形式单溢流0降液管形式弓形1堰长

15、,。512堰高，m。51板上液层高度,m0.714堰上液层高度，m0.121降液管底隙高度，m3安定区宽度,m0.08517边缘区宽度，0.061开孔区面积,m²1.391筛孔直径,m0.0060孔中心距,m.081筛孔数目495522开孔率， 1.13空塔气速，/s1。32筛孔气速，m/s。37稳定系数1。6每层塔板压降，p61负荷上限液沫夹带控制28负荷下限漏液控制9液沫夹带ev,（kg液kg气）.830气相负荷上限，m³/s382气相负荷下限,³/s1.132操作弹性33十、精馏塔的附属设备及接管尺寸选列管式原料预热器，强制循环式列管全凝器,列管式塔顶及塔底

16、产品冷却器，热虹吸式再沸器。第三章 总结两个周的化工原理课程设计已经圆满结束。在此感谢我们的指导老师张老师对我们悉心的指导,感谢同学给予我的帮助。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际,与具体项目、课题相结合设计的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，所以我们就上网，图书馆找资料。在查阅资料的过程中,我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。在设计过程中,总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。验算的

17、时候只要一个不合格,那么必须全部重来，不断的改正,不断地吸取教训，才能不断的进步，得到最终的设计成果. .通过该课程设计,全面系统的理解了精馏塔的一般原理和基本实现方法。把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的精馏塔的知识强化,能够把课堂上学的知识通过自己设计的精馏塔表示出来，加深了对理论知识的理解。以前对与精馏塔 认识是模糊的，概念上的，现在通过自己动手做实验，从实践上认识了精馏塔是如何运行的,各个部件之间的关系,对精馏塔原理的认识更加深刻。课程设计中程序比较复杂。.在这次课程设计中,我就是按照实验指导的思想来完成。加深了理解精馏塔的内部功能及内部实现，培养实践动手能力。.在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力，而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦.虽然这个设计还存在一些瑕疵,但是