填料塔乙醇连续精馏塔_化工原理-课程设计说明书

1、中原工学院能环学院化工原理课程设计说明书 设计名称：4000吨填料塔乙醇连续精馏塔设计班 级： 姓 名： ××× 学 号： 指导老师： 2006 年 1 月12日设计任务书一、设计题目4500吨酒精连续筛板精馏塔设计二、设计任务及操作条件1、 设计任务：生产能力塔顶产品 4500 吨年操作周期 300 天年进料组成 40 质量分数，下同塔顶产品组成 94 塔底产品组成 1% 2、 操作条件操作压力 常压 塔顶进料热状态 泡点 单板压降： 0.7 kPa 3、 设备型式 筛 板 4、 厂 址 郑 州 地 区 三、设计内容：(1) 精馏塔的物料衡算；(2) 塔板数确实

2、定：(3) 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算；(4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；(5) 塔板主要工艺尺寸的计算；(6) 塔板的流体力学验算：(7) 塔板负荷性能图；(8) 精馏塔接管尺寸计算；(9) 绘制生产工艺流程图；(10) 绘制精馏塔设计条件图；(11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。三、参考资料1. 陈英南，刘玉兰. 常用化工单元设备的设计. 上海：华东理工大学出版社，20052. 黄璐，王保国. 化工设计. 北京：化学工业出版社，20013. 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计化工传递与单元操作课程设计. 天津：天津大学出版社，20024. 陈敏恒，丛德兹等. 化工原理(上、

3、下册)(第二版). 北京：化学工业出版社，20005. 柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，19956. 石油化学工业规划设计院. 塔的工艺计算. 北京：石油化学工业出版社，19977. 化工设备技术全书编辑委员会. 化工设备全书塔设备设计. 上海：上海科学技术出版社，19888. 时钧，汪家鼎等. 化学工程手册，. 北京：化学工业出版社，19869. 上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下). 北京：化学工业出版社，198610. 大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，1994目 录概述：一 精馏过程简述.1二 精

4、馏意义1第一局部：工艺设计一 设计任务1二 全塔物料衡算2（1） 确定关键组分2（2） 换算成摩尔百分比3（3） 平均摩尔质量3（4） 全塔物料衡算3三 确定NT.4.1相平衡曲线.42确定NT4四 计算板效率ET4五 摩尔流率的计算.5六 热量衡算.5七 填料的选择.7八 塔径确实定.7九调料层高度确实定.12第二局部一 填料塔附件.12二 塔道.12三 换热气.15四 贮罐.18五 泵.18第三局部一 总体校核19二 数据总汇20三 评价与说明21三 主要参考文献21 年产4000吨填料塔乙醇连续精馏塔设计内容：乙醇精馏流程及意义：1流程简述：本流程为连续精馏，采用泡点进料，原料在预热器中

5、预热至泡点后送入精馏塔，在进料位置与塔上部回流液集合后，流入塔底的再沸器，回流液体在填料外表与上升气体相接触，进行热质传递过程。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一局部回流至塔内，其余作为产品流出。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2精馏意义：乙醇作为常用溶剂广泛的应用于化工、药用行业，为了降低原料消耗和产品本钱，通常设置乙醇回收装置，将使用过的或未反响的乙醇予以提浓回收，根据医药产品特点和工厂实验经验，设计乙醇连续精馏装置。 第一局部 工艺设计一 设计任务： 年产量 D=4000T/y； 原料液浓度为35%； 产品浓度为94%； 塔釜液中乙醇含量<1%;(以上均为

6、质量分数)操作压力：常压；二 全塔物料衡算1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率：D=4000 T/y；WD=94%;WF=35%;W W<1%;这里取W W =1%;说明：以上平均为质量分数分子量 乙醇 46g/mol;水18g/mol;2换算成摩尔百分比由 XA =a A/M A/a A/M A+ a A/M BXF(0.35/46+/18=0.174; XD(0.94/46+/18=0.8597; XW(0.35/46+/18=0.0039;3原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量由M=A×XA+B×XB得MF=46×0.174+18×(1-0.

7、174)=22.872;MD=46×0.0.8597+18×(1-0.8597)=42.0744;MW=46×0.0039+18×(1-)=18.1092;4全塔物料衡算每年以300个工作日计算;DM = 4000×1000/(3600×24×300)= kg/s；D =DM×WD/46+DM×(1-WD3 kmol/h；总物料衡算 F=D+W;乙醇组分物料衡算 FXF=DXD+WW;联系上面的数据，并代入以上数据，得5kmol/h； ；三 根据乙醇-水的汽液平衡数据做出Y-X曲线并确定理论板数NT。1

8、由乙醇-水的汽液平衡数据做Y-X曲线 ; (见咐图) 利用课本第71页数据数据作图得曲线注意：此图用大一些座标纸绘制，并列在说明书的附图中2 确定Rmin及生产用R的选择 在相平衡曲线上，过点a (XD,XD)作相平衡曲线的切线，得挟点B，在坐标纸上查得此切线的Y轴截距XD/(Rmin+1)=0.2665,解之得Rmin=2.2236.由于R=(1.2 2)Rmin,假设取R=1.5×Rmin=3.3394,经圆整,取R=4.3 确定理论塔板NT 过a点作截距Y=XD/(R+1)的直线,取泡点进料,那么q=1,所以q线为过点(XF,0)且垂直于X轴的一条直线,求得此二直线的交点E.连

9、结AC.其中C点坐标为(XW ,XW)那么为精馏操作线.在此坐标纸上,在操作线和相平衡线画理论板数,作图结果理论板数N=18块,其中精馏段理论板16 块,第 17块板为加料板,提馏段理论板1块.四 全塔效率ET由Y -X -T 图查表：塔顶：YA= XD，XA，TD =78.23°C；进料：YF，XF，TF=83.9°C；塔釜：YW，XW，TW =100°C；TM = TW +TD/2=。在此温度下查得水和乙醇黏度：水，醇；L=醇×XF+水×X F mpa/s.塔顶组成的相对挥发度为顶= YA /YB/XA /XB/；加料组成的相对挥发度为中=

10、YA /YB /XA /XB/；塔底组成的相对挥发度为底=YA/ YB/XA /XB/；平均相对挥发度为=顶中底1/3=1/3；ET=0.49××L=0.49×=46.65%；也可以用p118页图1020查出。或用ET= 5132.5lg×L计算。五 .摩尔流率的计算：精馏段液相摩尔流率为L=R×D=4×13.2024=52.8096kmol/h;精馏段气相摩尔流率为V=(R+1)×D=5×13.2024=66.012kmol/h;提馏段液相摩尔流率为Lh;提馏段气相摩尔流率为V=V-(1- q)×F=6

11、6.012kmol/h;七、填料的选择： 由于鲍尔环具有生产能力大，阻力低，效率高，操作弹性大等优点，应选择鲍尔环作为填料。 选取25×25mm瓷质乱堆的鲍而环，其比外表积a=220m2/m3,空隙率=0.76 m3/m3。堆积密度p=505kg/ m3。填料因子=300 m-1。八塔径确实定：液体密度： 1乙醇，D 塔顶：1=736kg/ m3；F 塔进料：1=731kg/ m3；W 塔底；1=716kg/ m3；2水D 塔顶：2=736kg/ m3；F 塔进料：2=731kg/ m3；W 塔底；2=716kg/ m3；精馏段： 1液相密度计算：由1/L=X1/1+X2/2得：乙醇

12、：均=1+2/2 =736+731/2 = /m3；X均=X1+X2/2 =；水： 均=1+2/2 =/2 =/ m3；X均=X1+X2/2 =；1/LL/ m3；2气相：平均摩尔质量为M均=； T均=； PV=NRT=(m/M)RT得 80.314×=1.1173 kg/ m3； 3液相质量流量WL=L××46+ L×1-×46= 4×13.2024×0.645×46+ 4×13.2024××18=1904.314 kg/ h； 其中：=(0.94+0.35)/2=0.645 WV=

13、V×Y×46+ V×1-Y×46= 5×13.2024×0.8483×46+ 5×13.2024××18=2756.16 kg/ h； 其中：； 4WL/ WVV/L=5由填料塔泛点和压降的通用关联图查得教材第142页u2VL/g×L其中L=0.3006 mpa/s；=水/醇=/736+731；=300；V/L；解之得泛点气速为F= m/s;一般空塔气速为泛点气速得倍，这里取70%，那么设计气速为=F×0.7=2.254×0.7=0.911 m/s;气体的体积流量V

14、s= WV/(3600×V)= 2756.16/(3600×1.1173)=0.685 m3/s; D=4×Vs/(×)=4×0.685/(3.14×0.911)=0.979 m;6精馏段压降：在设计气速下 u2VL/g×L2/；以为纵坐标，以为横坐标，的点落在填料=420Pa;7实际板数确实定： 由精馏塔全塔效率关联图可知：L 可以查出ET=48%； 所以实际板数N=14/48%=29.2=30块板。提馏段：1液相：由1/L=X1/1+X2/2得：乙醇：均=1+2/2 =731+716/2 = / m3；X均=X1+X2/

15、2 =；水：均=1+2/2 =/2 = /m3；X均=X1+X2/2 =；1/LL/m3；2气相：M均=； T均=83.9+100/2=92；由 PV=nRT=(m/M)RT得V 8.314×273.15+92=0.6848 kg/ m3；3WL=L××46+ L×1-×46= 119.2535×0.18×46+ 119.2535××18=1904.314 kg/ h； 其中：WV=V×Y×46+ V×(1-Y)×46= 5×13.2024×0.

16、6515×46+ 5×13.2024××18=2392.4 kg/ h； 其中：4WL/ WVV/L=/ /5由填料塔泛点和压降的通用关联图查得u2VL/g×L其中L=0.3006 mpa/s；=水/醇；=300；V/V；解之得F=/s;一般空塔气速为泛点气速得倍，这里取70%，那么设计气速为=F×0.7=1.482×0.7=1.14 m/s;气体的体积流量Vs= WV/(3600×V) = 2392.4/(3600×0.6848)=0.970 m/s; D=4×Vs/(×)=4

17、15;0.970/(3.14×1.14)=;6精馏段压降：在设计气速下 u2VL/g×L2/=0.0 31；以为纵坐标，以为横坐标，的点落在填料=380Pa;总结：取较大塔径作为填料的内径D=1.041 m，圆整后为D=1.2 m；九 填料塔填料层高度确实定：填料层高度计算采用理论板当量高度法填料层高度为H=NT×HETP ；HETP等板高度即别离效果相当于一块理论板的填料层高度；采用工业设备等板高度经验数据，25mm鲍尔环的等板高度一般为，这里取；H= NT×0.4 =15×0.4=7 m； 第二局部 辅助设计一 填料塔的附属元件设计：1填料

18、支承装置：填料塔在塔内无论是乱堆或整砌均需要放在支承装置上，支承装置要有足够的机械强度，才能承装置的自由截面积应大于填料层的截面积，否那么流速增大时，将首先在支承处出现液泛现象。本系列采用驼峰式支承装置。驼峰式支承装置为单体组合式结构，它是目前最好的散装填料支承装置，没个单元体的尺寸为：宽： 290mm；高： 300mm；能从人孔送入塔中。单元体在塔中放置由凸台为边距，间隙10 mm，以使液体自由流下。2液体再分布器：液体在填料内的均匀分布非常重要，它直接影响填料外表的有效利用率，如果特体分布不均，填料外表不能充分润湿，塔的效率就会下降，为此，必须在塔顶设置液体分布器，向填料层上面提供良好的液

19、体出事分布，以保证有足够的分布均匀的喷淋点。本设计选用分体盘式液体再分布器。气相通过升气管进入上段填料段，从上层填料下来的液体那么完全被收集，进而从盘底小孔分布到下层填料中，升气管一般高200 mm，升气管上沿与挡夜板间距50 mm左右，升气管直径为100 150，每排升气管间应设置液孔，分体盘式液体灾分布器，适用于不易堵塞的物料。3喷头：选用莲蓬式喷头二 管道设计：1进料管： 因为进料的性质与水相近，属低黏度液体，一般流速取3.0 m/s，这里取 =2 m/s，83.9°C 1/L故L=871.84 kg/ m3F=6；MF=/mol; VF=F×MF/(3600

20、5;L)=66.4439×22.9/(3600×871.84)=4.84×10-4m3/S;d=4×VF/(×)=4×4.84×10-4/(3.14×2)=17.6 mm=18 mm；应选取管径22×；校核：d=4×VF/(×d2)= 4×4.84×10-42)= 1.708 m/s;2塔顶蒸汽出口管径： 常压气体流速取 1020 m/s;此处取15 m/s;V=66.012kmol/h; V=/m3 d=4×VF/(× )=4×66.

21、012×42.08/(3.14×15×3600×1.1173)=0.242 m=250 mm；应选取管径271.6×；校核：d=4×VS(×d22)= /s;3回流液： 在78.21°C F：L=/m3;一般液体流速取3.0 m/s，这里取 =2 m/s，VL=L×MD/(3600×L)=66.012×42.08/(3600×746.9)=10.33×10-4m3/S;d=4×VL/(×)=4×10.33×10-4/(3.14

22、×2)0.5=0.0256 mm=26 mm；应选取管径28×1 mm；校核：d=4×VF/(×d2)= 4×9.6×10-42)= /s;4再沸器气体接管：在在100°C F：V=/m3;一般流速取4060 m/s，这里取 =50 m/s，VS=L×MD/(3600×L)=53.2627×18.112/(3600×0.6848)=0.391 m/s;d=4×VL/(×)=4×0.391/(3.14×50)=0.0998 mm=100mm；应选取

23、管径104×2 mm；校核：d=4×VF/(×d22)= /s;三 贮罐选择： 原料液：（1） 原料液每天储藏量：m=F×M×24= 66.4439×22.872×24=/day;1/L故L/ m3；V=m/L41.6 m3/day;(2) 产品每天储量：；1/LL/m3 V=F×M×24/L =13.2024×42.08×24/746.9=17.85 m3/day;四 泵的选型：选择：因为V=1×104m3/s=3/h;所以选择IS50-32-125型:流量V=3/h;扬程 H=5.4 m；=43%；轴功率 0.13 ；电机功率；必须气蚀余量；质量泵/底座32/38；第三局部一总体校核：1填料塔的操作范围的校核： 2板压降的校核：