乙醇水溶液连续板式精馏塔设计毕业论文

江汉大学化学与环境工程学院化工原理课程设计1化学与环境工程学院化工原理课程设计题目：乙醇水溶液连续精馏塔设计 系别：化学与环境工程学院 专业：过程装备与控制工程 姓名：彭承强 学号：200909104117 指导老师：刘红娇 2012 年 6 月 27 日江汉大学化学与环境工程学院化工原理课程设计2第一章 前言 .3第二章绪论 .32.1 设计方案.32.2 设计方案的确定及流程说明.32.2.1 选塔依据.32.2.3 选择适宜回流比.42.2.4 回流方式：泡点回流 .42.2.5 操作流程说明.4第三章 塔板的工艺设计 .43.1 精馏塔全塔物料衡算.43.2 主要数据参数的计算.53.2.3 密度的计算 .63.2.6 相对挥发度计算 .133.3 理论塔的计算.143.4 塔径的初步设计.163.4.2 精馏段塔径的计算 .173.4.3 提馏段塔径的计算 .183.5 溢流装置.193.5.2 弓降液管的宽度和横截面积 .193.6 塔板的结构尺寸、浮阀数目及排列.21第四章 塔板的流体力学验算 .244.1 气相通过浮阀塔板的压降.244.2 液泛.254.3 雾沫夹带.264.4 塔板负荷性能图.27第五章 塔附件设计 .315.2 人孔.336.2 塔的底部空间高度.336.3 进料板空间高度 FH.336.4 塔总体高度.33第七章 附属设备设计 .347.1 数据与说明.347.2 预热器计算.347.3 全凝器计算.357.4 冷却器计算.36第八章 设计结果汇总 .37参考文献 .38附录一 设计所需技术参数 .39附录二乙醇 水系统 TXY 数据 .41江汉大学化学与环境工程学院化工原理课程设计3第一章 前言乙醇在工业，医药，民用等方面，都有很广泛的应用，是一种很重要的原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，所以，想得到高纯度的乙醇很困难。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行，塔内装有若干层塔板和充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器，回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。浮阀塔与 20 世纪 50 年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔形，特别是在石油，化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的是 F1 型和 V-4 型。F1 型浮阀的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1 型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，采用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1，生产能力大。2，操作弹性大。3，塔板效率高。4，气体压强降及液面落差较小。5，塔的造价低。浮阀塔不宜处理宜结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。第二章绪论2.1 设计方案本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下的部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，故操作回流比取最小回流比的 1.4 倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.2 设计方案的确定及流程说明2.2.1 选塔依据 浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮阀塔广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中。塔径从 200mm 到 6400mm，使用效果均较好。浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：() 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 2040，而接近于筛板塔。() 操作弹性大，一般约为 59，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。() 塔板效率高，比泡罩塔高 15左右。() 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为 400660N/m 2。() 液面梯度小。 江汉大学化学与环境工程学院化工原理课程设计4() 使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。() 结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的 6080,为筛板塔的120130。2.2.2 加热方式：直接蒸汽加热蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。直接蒸汽加热由于塔底产物基本是水，又由于在化工厂蒸汽较多所以直接蒸汽加热。2.2.3 选择适宜回流比适宜的回流比应该通过经济核算来确定，即操作费用和设备折旧费用之和为最低时的回流比为最适宜的回流比。确定回流比的方法为：先求出最小回流比 R ，根据经验取操作回流比为最小回流min比的 1.22.0 倍，考虑到原始数据和设计任务，本方案取 1.4，即：R 1.4R ；采用釜液产品去min预热原料，可以充分利用釜液产品的余热，节约能源。2.2.4回流方式：泡点回流泡点回流易于控制,设计和控制时比较方便,而且可以节约能源。2.2.5 操作流程说明乙醇-水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，进入回流罐部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用直接蒸汽供热，塔底产品用于预热原料 冷却后送入贮槽。精馏装置有精馏塔、原料预热器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔底蒸汽输入，由冷凝器中的冷却介质将余热带走。乙醇水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。第三章 塔板的工艺设计3.1 精馏塔全塔物料衡算F：进料量（kmol/s） ：原料组成（摩尔分数，下同）FxD：塔顶产品流量（kmol/s） ：塔顶组成DW：塔底残液流量（kmol/s） ：塔底组成Wx江汉大学化学与环境工程学院化工原理课程设计544F30/461.7892.5/210/.3610.38=t/y.172koml/s52+SDWXFDdFxx原 料 乙 醇 组 成 ：塔 顶 组 成 ： 塔 底 组 成 ：进 料 量 ： 物 料 衡 算 式 为 ： 0.15kmol/s, =0.16kol/s,S=0.35l/s联 立 代 入 求 解 ：3.2 主要数据参数的计算3.2.1 乙醇水系统 t-x-y 数据表 3-1 乙醇水系统的气液平衡数据乙醇摩尔数/% 乙醇摩尔数/%沸点t/ 液相 气相沸点t/ 液相 气相99.9 0.004 0.053 82 27.3 56.4499.8 0.04 0.51 81.3 33.24 58.7899.7 0.05 0.77 80.6 42.09 62.2299.5 0.12 1.57 80.1 48.92 64.7099.2 0.23 2.90 79.85 52.68 66.2899.0 0.31 3.725 79.5 61.02 70.2998.75 0.39 4.51 79.2 65.64 72.7197.65 0.79 8.76 78.95 68.92 74.6995.8 1.61 16.34 78.75 72.36 76.9391.3 4.16 29.92 78.6 75.99 79.2687.9 7.41 39.16 78.4 79.82 81.8385.2 12.64 47.49 78.27 83.87 84.91江汉大学化学与环境工程学院化工原理课程设计683.75 17.41 51.67 78.2 85.97 86.4082.3 25.75 55.74 78.15 89.41 89.413.2.2 温度的计算利用表中数据用插值法求得： = =85.32tF41.76.2985.2tFtF： = =78.30D8.9.3.34DD： = =95.11tW61.45.2tWtW精馏段平均温度 = = =81.81t1FDt23.78.5提馏段平均温度 = =90.222Fw1.93.83.2.3 密度的计算已知：混合液密度 依式 = （a 为质量分数， 为平均相对分子质量）L1BAM混合汽密度 依式 02.4vPMRT塔顶温度： =78.3Dt气相组成： =84.2078.478.3.13.91049DyDy进料温度： =85.32Ft气相组成： =47.12.52.526477.FyFy塔釜温度： =95.11wt气相组成： =18.429.81.39.1.3202wywy 精馏段：江汉大学化学与环境工程学院化工原理课程设计7液相组成 ： 1x/2DFx147.x气相组成 ： y/y65.y所以 1460.7180.4731./58LVMkgmol提馏段液相组成 ： 2x/2wFx27.x气相组成 ： 2y/y23.y所以 2460.72180.7.02/318LVMkgmol表 3-2 不同温度下乙醇和水的密度 温度/3/ckgm3/wkg温度/3/ckg3/wkg80 735 971.8 95 720 961.8585 730 968.6 100 716 958.490 724 965.3求得在与下的乙醇和水的密度（单位： ）3/kgm385078.07.30 76./3D CDCDtCkgm 385.92./96.1.968WDkg 30.20.25750.1/73D m 江汉大学化学与环境工程学院化工原理课程设计839085.3285.32 729.6/74374F CFCFtC kgm 390.968./6.965WFkg 31.210. 1./783F m 3W95.9595. 719./16720720W CCWtCkg 310. 61./8.4.9.85Wkgm 3.9710.4794.7/6WW 所以 31 3281.50.218.6/93.4.9.54/FDLWkgm46181.2/LDDMxxkgol.47/FFml46181.56/LWWxxkgol1 .24.73./2DLFLMl218.56.20./LWF kgmol441.58/VDDyyl613.9/FFMkgol江汉大学化学与环境工程学院化工原理课程设计9461823.16/VWWMyykgmol1 .5.9./2DVFV l23.16.27.18/WVFV kgmol1.9305.2.4.9.0847183VF.51.352029VD1.90.43.6.784715VW31.5./2Vkgm32.0.7960.48/V3.2.4 混合液体表面张力二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算 1/41/41/4mswso注：000wwxVxV 00/ /ssss 2/3/ 2/3lg.41qw owVqBQT ,江汉大学化学与环境工程学院化工原理课程设计102lg1swswsooABQA , ,式中下角标，w,o,s 分别代表水、有机物及表面部分；x w、xo 指主体部分的分子数，Vw、Vo 主体部分的分子体积，w、o 为纯水、有机物的表面张力，对乙醇 q