化工原理课程设计-精馏塔设计7000吨乙醇-水精馏塔设计.doc

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 23
年产量为7000吨
(一)设计任务书
设计题目
乙醇-水精馏塔设计
设计任务和条件
原料液含乙醇20%(质量分数下同),其余为水;
产品乙醇含量不低于94%
%
生产能力为年产7000吨(94%)的乙醇产品
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 R=
加热蒸汽压强 (表压)
(表压)
设备形式浮阀塔
厂址太原
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
设计题目
设计方案的确定及论证
塔板数的计算
塔径
踏板结构的设计。包括:结构尺寸、流体力学验算、负荷性能图
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
流程图及主要设备图。分别用A3 A1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,,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。
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=,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
Rmin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)像平衡线作切线的斜率,求得:
由图可见,该切线的斜率为求得Rmin=
所以R===
由于采用泡点进料q=1则v'=v=v0=(R+1)D= L,'=L+F=RD+F

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/Kmol
XF==
XD==
XW==
产品量D==
总物料衡算:F+V0=D+W
易挥发组分横算FXF+V0y0=DXD+WXW
联立得 V0=
W=
F=

求精馏塔的气液相负荷
L=RD==
L'=L+F=+=
V'=(R+1)D=V=
回收率
乙醇的回收率为
水的回收率为
操作线方程
精馏段操作线方程为:
提馏段操作线方程为:
图解法求理论板层数
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(包括进料板)
实际板层数的求取
设ET=50%则精馏段实际板层数N精=20/=40
提馏段实际板层数N提=4/=8
总的实际板层数NP=N精+N提=48
塔板总效率的估计
操作压力计算
塔顶操作压力 PD=P当+P表=92+4=96KPa
每层塔板压降P=0