精馏塔设计乙醇水

1、Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 化工分离装置设计 设计题目： 精馏塔的设计 院 系： 化工与化学学院化学工艺系 班 级：设 计 者：学 号：指导教师： 张秋明 设计时间： 2017.6.12-2017.6.18 哈尔滨工业大学教务处哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）：化工与化学学院化学工艺系 专 业：化学工程与工艺 班 号： 任务起至日期： 2017年 6月 12日至 2017年 6月18 日课程设计题目： 精馏塔的设计已知技术参数和设计要求： 1.设计一种精馏塔，满足一下要求。（1） 原料：乙醇水溶液，年产量480

2、00吨 乙醇含量：35%(质量分数)，原料液温度：自选设计要求：塔顶的乙醇含量不小于90%(质量分数) 塔底的乙醇含量不大于0.5%(质量分数)（2） 结构合理，尽可能循环利用能源。（3） 初步的观察和分析位置。（4） 鼓励新想法和创新精神。鼓励使用AutoCAD等计算机辅助工具绘图。2.设计和选择辅助设备以及检测仪器仪表。根据确定品种、结构类型和生产能力，确定设备选型和规格，确定设备布置。工作量：（1） 写出详细的精馏塔设计与计算过程，对于精馏塔设计中引用的数据应说明来源和选用依据。（2） 画出精馏塔整体工作流程图，辅助设备仪器要选型；（3） 分析测试仪表和仪器要标明位置和作用。（4） 节能

3、降耗以及提高效率的新方法。工作计划安排： 6.126.13 熟悉设计任务，相关查阅资料，对计算过程进行估算，初步确定部件尺寸 6.146.15初步设计，绘制精馏工作草图 6.166.18 检查修改后，正式写出详细计算过程，绘制精馏塔详细设备和工作图。 6.31 验收答辩 同组设计者及分工： 对此题目，每个人独立设计、制图。 指导教师签字：张秋明 2017年 6月 12日 教研室主任意见：同意 教研室主任签字： 2017年 6月 13 日*注：此任务书由课程设计指导教师1 全塔物料衡算1) 乙醇摩尔分数计算查阅得M乙醇=46.07，M水1 进料摩尔分数2 塔顶摩尔分数3 塔底摩尔分数2) 物料衡

4、算1 年产量48000吨，按年工作日300天处理2 物料衡算2 回流比的确定泡点进料，用Origin作图，由于水-乙醇平衡线较特殊，故通过点（XD,XD）作平衡线的切线得精馏段操作线，再连接q线与操作线交点与点（XW,XW）得提馏段操作线。利用精馏段操作线斜率k求Rmin3 理论塔板数的确定由图解法得：4 精馏段提馏段气液相的确定1) 精馏段2) 提馏段5 精馏段提馏段操作线方程1) 精馏段2) 提馏段6 精馏段提馏段气液相的物理性质1) 温度由图可得：XDDoC XFFoC XWWoC2) 密度查化工原理（天大版）得混合液体密度混合气体密度1 精馏段2 提馏段由物理化学及网上资料查得不同温度

5、下水和乙醇的密度温度/ 乙醇密/kg/m3水密度/kg/m3温度/ 乙醇密度/kg/m3水密度/kg/m380735957208573010071695724精馏段：t1oC 由内插法求得提馏段：t2oC3) 黏度查物理化学得乙醇黏度-温度关系温度/8090100黏度/mPa·s水黏度-温度关系温度/80818290919293黏度/mPa·s.031304) 表面张力其中：下标w、o、S分别指水、有机物及表面部分;指主体部分的分子分率；指主体部分的摩尔体积；为纯水及有机物表面的张力。对于乙醇，q为2。查物理化学得表格：温度/708090100乙醇表面张力/10-2N/m1

6、8水表面张力/10-2N/m精馏段：t1oC 由内插法求得联立得提馏段：t2oC 由内插法求得联立得5) 相对挥发度6) 实际板数计算7 塔体工艺尺寸计算1) 塔的有效高度计算2) 塔径的计算精馏段气液流量提馏段气液流量：1) 精馏塔的有效高度计算8 塔板工艺尺寸计算1) 溢流装置设计1 堰长2 溢流堰的高度hw选平直堰，其中E=1。3 方形降液管宽度wd和截面积Af根据：方形降液管截道面参数比例图4 降液管底隙高度ho=hw5 选用凹型受液盘2) 塔板布置由于D=1.4m>0.8m，所以采用分布式布置。3) 边缘区宽度的确定对于塔径小于1.5m的塔，ws=80110mm，取ws=100

7、mm。4) 开孔面积的计算5) 筛孔计算及排列精馏物质没有腐蚀性，可选用。取筛孔直径。筛孔一般为正三角形排列，取孔中心距。9 筛板流体力学计算1) 塔板压降1 干板阻力hc计算，查化工原理课程设计（柴敬诚版）得：2 气体通过液层的阻力查化工原理课程设计（柴敬诚版）得：3 液体表面张力的阻力2) 液面落差D=1.4m<1.6m，液面落差可忽略。3) 液沫夹带根据亨特关联图，图中直线部分可回归成4) 漏液hL=0.05m>0.03m采用下式:稳定系数F:5) 液泛应满足：其中：Hd为降液管中清液层高度hd为与液体流过降液管的压降相当的液柱高度10 塔板负荷性能图1) 漏液线2) 液沫夹

8、带线以为限，求取VSLS关系如下：由3) 液相负荷上限线对于平直堰，取堰上高度作为最小液体负荷标准。4) 液相负荷下限线以作为液体在降液管中停留下限5) 液泛线联立得忽略h，将的关系式代入上式，并整理得11 板式塔的结构1) 塔顶空间塔顶空间应大于板间距，设计中通常取塔顶间距为：2) 塔底空间取储存液量停留5min而定：3) 封头采用椭圆封头，D=1.4m，查化工机械设备得4) 人孔一般每隔1020层塔板设置一人孔，塔板数为52，本设计开人孔数3个，每个直径为450mm孔板间距为600mm，设人孔处的板间距为600mm。5) 裙座选取裙座直径为1600mm，裙座高度3m。6) 塔总高度12 附属设备1) 冷凝器选择oC乙醇的气化潜热：863KJ/kg= 水的气化潜热：2385KJ/kg冷却水12oCooC40oC导热系数：K=1000传热面积：2)