乙醇-水连续板式精馏塔的设计-化工原理课程设计.docx

化工原理课程设计 乙醇水精馏塔设计 武汉工程大学目录摘 要4前 言5课程设计任务书7课程设计综合成绩评定表9第一章 设计概述101.1塔设备在化工生产中的作用与地位101.2塔设备的分类101.3板式塔101.3.1泡罩塔101.3.2筛板塔111.3.3浮阀塔11第二章 设计方案的确定及流程说明122.1塔型选择122.2操作压力122.3进料状态132.4加热方式132.5回流比132.6产品纯度或回收率142.7热能的利用142.8操作流程14第三章 精馏塔的工艺计算153.1精馏塔全塔物料浓度计算153.2最小回流比和最佳回流比的确定153.3物料横算193.4实际塔板数的确定203.4.1塔板效率的计算203.4.2实际塔板数21第四章 精馏塔主体尺寸的计算214.1 精馏段与提馏段的气液流率214.1.1平均摩尔质量的计算214.1.2各液相平均密度的计算224.1.4精馏段的气液流率234.1.5提馏段的气液流率244.2平均表面张力的计算244.3 塔径的计算274.3.1精馏段塔径的计算274.3.2提馏段塔径的计算294.4塔高的计算294.5塔板结构尺寸的确定304.5.1溢流装置304.5.1.1溢流堰长lw314.5.1.2出口堰高hw314.5.2降液管324.5.2.2降液管底隙高度h0324.5.3塔板布置334.5.3.4筛孔排列34第五章 塔板的流体力学验算345.1 气体通过塔板的压力降hp345.1.1 干板阻力hd345.1.2 板上充气液层阻力hl355.1.3 由表面张力引起的阻力h355.2 液面落差365.3 液沫夹带（雾沫夹带）365.4 漏液365.5 液泛37第六章 塔板负荷性能图386.1精馏段塔板负荷性能计算386.1.1漏液线386.1.2液沫夹带线386.1.3液相负荷下限线396.1.4液相负荷上限线396.1.5液泛线396.2塔板负荷性能图406.2.1精馏段塔板负荷性能图406.2.2提馏段塔板负荷性能图41第七章 接管尺寸的确定及选型417.1进料管尺寸的确定及选型417.2釜液出口管尺寸的确定及选型427.3回流管尺寸的确定及选型427.4塔顶蒸汽出口径及选型427.5水蒸汽进口管口径及选型427.6塔顶出料管口径及选型43第八章 精馏塔的主要附属设备438.1冷凝器438.1.1冷凝器的选择438.1.2冷凝器的传热面积和冷却水的消耗量438.2预热器458.3泵的选用45设计结果一览表46设计小结47参考文献47附录48摘 要本次设计就是针对乙醇与水体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。本次设计对筛板塔的工艺过程和结构进行了比较全面的设计，并对其他辅助设备如冷凝器，泵的选型做了计算。通过本次对筛板精馏塔的设计，使我们初步掌握化工设计的基本原理和方法。培养独立思考，事实求是，综合运用所学知识，解决实际问题的能力。关键词：筛板塔，精馏段，提馏段，乙醇，水AbstractThis design is for the ethanol and water system, and carried out at atmospheric pressure distillation column binary sieve type design and its auxiliary equipment. The design of the process and structure of the sieve tower were more comprehensive design, and other auxiliary equipment such as condensers, pump selection made calculations. The design of the sieve through the distillation column, so we initially grasp the basic principles and methods of chemical engineering design. Develop independent thinking, seeking truth from facts, the ability to use the knowledge to solve practical problems.Keywords: sieve tray tower，rectifying section, stripping section, ethanol,water前 言乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。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，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。乙醇-水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇-水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇-水体系的精馏设备是非常重要的。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，可采用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差较大。精馏是传质分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，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的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可见，单有精馏塔主体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，才能实现整个精馏操作。塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中都得到了广泛的应用，因此我们进行板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。筛板塔板简称筛板，结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板(孔径为38mm)和大孔径筛板(孔径为1025mm)两类。工业应用以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离粘度大、易结焦的物系)。筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。本设计讨论的就是筛板塔。筛板的优点足结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。应予指出，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降故过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补了上述不足，故应用日趋广泛。在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下，设计中可大胆选用。由于设计时间紧迫，课程设计难免有瑕疵，期间，对亏有方继德老师给予极大的帮助，在此十分感谢。课程设计任务书一、 课题名称乙醇-水连续板式精馏塔的设计二、 课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量）1.文献资料：【1】陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编，化工原理。北京：化学工业出版社。2000.02【2】贾绍义，柴诚敬编。化工原理课程设计。天津：天津大学出版社。2003.12【3】华东理工大学化工原理教研室编。化工过程开发设计。广州：华南理工大学出版社。1996.02【4】刘道德编。化工设备的选择与设计。长沙：中南大学出版社。2003.04【5】王国胜编。化工原理课程设计。大连：大连理工大学出版社。2005.02【6】化工原理课程设计指导/任晓光主编。北京：化学工业出版社，2009，01.2.仪器设备：板式精馏塔3.指导老师：方继德三、 设计任务（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等）1设计一连续板式精馏塔以分离乙醇和水，具体工艺参数如下：原料乙醇含量：质量分率 =30.8%，原料处理量：质量流量 = 33.8 t/d产品要求：摩尔分率：xD = 0.828300, xW= 0.0001172工艺操作条件：塔顶压强为4kPa(表压)，单板压降5s，符合要求）液体在提馏段降液管内的停留时间： =AfHTLSt=36000.07070.436000.001611=17.55S（5s，符合要求）4.5.2.2降液管底隙高度h0精馏段：降液管底隙高度：h0=hw-0.006=0.048-0.006（0.020.025）m设计合理提馏段：降液管底隙高度：h0=hw-0.006=0.036-0.006（0.020.025）m设计合理4.5.3塔板布置4.5.3.1边缘区宽度的确定取安定区宽度：Ws=0.07m取边缘区宽度：Wc=0.04m4.5.3.2开孔区面积的计算开孔区面积按下式计算：Aa=2（xr2-x2+r2180sin-1xr）其中x=D2-Wd+Ws=12-0.15+0.07=0.28m r=D2-Wc=12-0.04=0.46m故Aa=20.280.462-0.282+3.140.462180sin-10.280.46=0.481m24.5.3.3筛孔数n与开孔率取筛孔的孔径d0为5mm正三角形排列，一般碳钢的板厚为2.5mm,取td0=3故孔中心距t=35.0=15mm，依下式计算塔板上筛孔数n ,即 n=1158103t2Aa=11581031520.481=2478个孔依下式计算塔板上开孔区的开孔率，即： =A0Aa%=0.907（td0）2=0.90732=10.08%（在515%范围内）每层板上的开孔面积为 A0=