化工原理课程设计-精馏塔设计7000吨乙醇-水精馏塔设计

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1、目录（一）设计任务书2（二）设计计算2一、设计方案的确立及论证2二、工艺计算3三、精馏塔的工艺条件及相关物性数据的计算6四、精馏塔的塔径塔体工艺尺寸计算10五、塔板主要工艺尺寸的计算12六、塔板流体力学验算14七、塔板符合性能图16八、附属设备19参考文献23感想2325年产量为7000吨（一）设计任务书一、设计题目乙醇-水精馏塔设计二、设计任务和条件1)原料液含乙醇20%（质量分数下同），其余为水；2)产品乙醇含量不低于94%3)残液乙醇含量不低于0.1%4)生产能力为年产7000吨（94%）的乙醇产品5)操作条件：精馏塔的塔顶压强4KPa（表压）进料状态泡点进料回流比

2、R=1.6Rmin加热蒸汽压强101.33KPa（表压）单板压降不大于0.66KPa（表压）6）设备形式浮阀塔7）厂址太原8）设备工作日每年300天，24小时连续运行太原地区夏天水温16~18oC三、设计题目1）设计方案的确定及论证2）塔板数的计算3）塔径4）踏板结构的设计。包括：结构尺寸、流体力学验算、负荷性能图5）其它：包括加热蒸汽、冷凝器的选择、冷却水消耗量、传热面积等6）流程图及主要设备图。分别用A3A1号图纸（二）设计计算一、设计方案的确立及论证本设计任务为分离乙醇和水的混合物。对于二元混合物的分离应采用常压下的连续精馏装置。本设计采用泡点进料，将原料液通过预热

3、器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝。冷凝液在泡点下-部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐，该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.6倍，塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。本方案确定为常压下操作，物性也无特殊要求则可在常压下操作，且常压下操作也较容易，不需多余空压设备。25将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，此时塔的操作比较容易控制，不致受季节、气温的影响。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。采用直接蒸汽加热，塔底产物近于纯水，而

4、在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大，其优点有：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不需安置庞大的传热面。但是，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度较低，因而塔板数稍有增加，而乙醇和水，当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易分离，故所加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。选择R=1.6Rmin,使过程处于最佳条件下进行，可使能耗降至最低。二、工艺计算2.1Rmin的确定乙醇-水体系为非理想体系，其平衡曲线有下凹部分。此时Rmin可由点（xD,yD）像平衡线作切线的

5、斜率，求得:由图可见，该切线的斜率为求得Rmin=2.2337所以R=1.6Rmin=2.23371.6=3.574由于采用泡点进料q=1则v'=v=v0=(R+1)D=4.574DL,'=L+F=RD+F2.2物料衡算2.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率乙醇的摩尔质量MA=46Kg/Kmol水的摩尔质量MB=18Kg/KmolXF==0.0891XD==0.8598XW==0.00039产品量D==22.35Kmol/h总物料衡算：F+V0=D+W易挥发组分横算FXF+V0y0=DXD+WXW联立得V0=102.2289Kmol/hW=296.852Kmol/hF

6、=216.9731Kmol/h2.2.2塔板数的确定（1）求精馏塔的气液相负荷L=RD=3.57422.35=79.8789Kmol/hL'=L+F=79.8789+216.9731=296.852Kmol/hV'=(R+1)D=V=102.2289Kmol/h(2)回收率25A.乙醇的回收率为B.水的回收率为(3)操作线方程A.精馏段操作线方程为：B.提馏段操作线方程为：（4）图解法求理论板层数1、采用直角阶梯法求理论板层数如右图，其放大图为下，求解结果为总理论板层数：NT=24(不包括再沸器)进料板位置NF=21精馏段得理论板层数N精=20，提馏段的理论板层数N提=4

7、（包括进料板）2、实际板层数的求取设ET=50%则精馏段实际板层数N精=20/0.5=40提馏段实际板层数N提=4/0.5=8总的实际板层数NP=N精+N提=483、塔板总效率的估计①　操作压力计算25塔顶操作压力PD=P当+P表=92+4=96KPa每层塔板压降P=0.66KPa塔底操作压力PW=PD+0.6648=96+0.6648=127.68KPa①　操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙醇-水的饱和蒸汽压由安托尼方程计算A=7.33827B=1650.05C=231.48A=7.0740