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1、化工原理课程设计最终版 青岛科技大学 化工课程设计 设计题目：乙醇-正丙醇溶液连续板式精馏塔的设计指导教师： 学生姓名： 化工学院化学工程与工艺专业135班 日期: 目录一设计任务书 二塔板的工艺设计 （一）设计方案的确定 （二）精馏塔设计模拟 （三）塔板工艺尺寸计算 1）塔径 2）溢流装置 3)塔板分布、浮阀数目与排列 （四）塔板的流体力学计算 1）气相通过浮阀塔板的压强降2）淹塔 3)雾沫夹带 （五）塔板负荷性能图 1）雾沫夹带线 2）液泛线 3）液相负荷上限 4）漏液线 5）液相负荷上限 （六）塔工艺数据汇总表格 三塔的附属设备的设计 （一）换热器的选择 1)预热器 2)再沸器的换热器
2、3)冷凝器的换热器 （二）泵的选择 四塔的内部工艺结构 （一）塔顶 （二）进口 塔顶回流进口 中段回流进口 （三）人孔 （四）塔底 塔底空间 塔底出口 五带控制点工艺流程图 六主体设备图 七附件 （一）带控制点工艺流程图 （二）主体设备图 八符号表 九讨论 十主要参考资料 一设计任务书 设计一板式精馏塔，用以完成乙醇-正丙醇溶液的分离任务 如表一 表一 1）塔板的选择； 2）流程的选择与叙述； 3）精馏塔塔高、塔径与塔构件设计； 4）预热器、再沸器热负荷及加热蒸汽消耗量，冷凝器热负荷及冷却水用量，泵的选择； 5）带控制点工艺流程图及主体设备图。 二塔板的工艺设计 （一）设计方案的确定 本设计的
3、任务是分离乙醇正丙醇混合液，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，运用Aspen软件做出乙醇正丙醇的T-x-y 相图，如图一： 图一：乙醇正丙醇的T-x-y相图 由图一可得乙醇正丙醇的质量分数比为0.5:0.5时，其泡点温度是84.40o C （二）精馏塔设计模拟 1.初步模拟过程 运用Aspen软件精馏塔Columns模块中DSTWU模型进行初步模拟，并不断进行调试，模拟过程及结果如下： 图二：初步模拟模块 图三：塔规格初步设计结果 由此塔得到的组分如下： 图四：塔规格初步设计所得到流股及其组成 由上图看出重组分中乙醇的质量分数是 2.0%，其结果是并不符合分离要求，因此运用精馏塔Col
4、umns模块中RadFrac模型进行精确模拟设计，并不断进行调试，模拟过程及结果如下： 图五：精确模拟模块 图六：塔规格精确设计结果 图七：塔规格精确设计所得到流股及其组成 由图七看出在塔顶乙醇含量和塔底乙醇含量均达到分离要求，因此软件所得计算结果数据如表二： 表二 对表二数据简单的处理和从软件中可得到如下数据： 表三 （三）塔板工艺尺寸计算 1）塔径 空塔气速u=(安全系数)?max u ,安全系数=0.6-0.8， max u =1） 横坐标数值： 0.50.5 0.0029734.067()()0.0481.28 1.644 s L s V L V ?=?= 取板间距：0.40T H m
5、 =，取板上液层高度：0.07L h m =， 则0.33T L H h m =- 查图可知C 20=0.12 ,0.20.2 1 2022.52( )0.12()0.1162022 C C =?=（2） max 0.116 2.45u =/m s 取安全系数为0.6，则空塔气速为： max 0.60.6 2.45 1.47u u =?=/m s 塔径： 1.053D = =m 按标准塔径圆整为： 1.1D m =，则 横截面积：222/40.785 1.10.95T A D m =?= 实际空塔气速：1 1.28 1.350.95 u =/m s 2）溢流装置 选用单溢流弓形降液管，不设进口
6、堰。各项计算如下： 堰长 堰长0.660.66 1.10.726W l D m =?= 出口堰高 出口堰高W h :W L OW h h h =-（3） 采用平直堰，堰上层高度：2/32.84 (/)1000 OW h W h E L l =? 近似取E=1，由列线图查得OW h ， W l =0.726m ，30.0029360010.36/h L m h =?=， 查图得0.02OW h m =,0.05W h m = 弓形降液管宽度d W 和截面积f A 由0.66W l D =查得0.1937f T A A =，0.124d W D = 则 20.19370.950.1840.124
7、1.10.136f d A m W m =?=?=， 验算液体降液管内停留时间，即 0.0680.45 28.60.0029 f T S A H s L ?= = = 停留时间5s ，故降液管可使用 降液管底隙高度0h / 00 3600h s o w w L L h l u l u = =（4） 取降液管底隙的流速0u =0.13m/s 则 100.0029 0.0310.7260.13 o w Ls h m l u = =?（5） 取0.03o h m = 3)塔板分布、浮阀数目与排列 取阀孔动能因子F0=10. 则孔速0 07.8/u m s = = =（6） 每层塔板上浮阀数目为 22
8、 00 1.28 137.4/440.0397.8 S V N d u = =?（7） 因此取每层塔板上浮阀数目为138个 取边缘区宽度0.06Wc m =;破沫区宽度0.10S W m = 计算塔板上的鼓泡区面积， 即22sin()180a x A R arc R ? =? ? ? （8） 其中 1.1 0.060.4922 C D R W m = -=-=（9） 1.1 ()(0.1360.10)0.31422 d S D x W W m = -+=-+=（10） 所以220.31420.3140.74sin( )0.9981800.49a o A arc m ? =?=? ? 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距 750.075t mm m =,则 排间距：0.9980.0961380.075 s T A t m A =?, 取100t mm = （四）塔板的流体力学计算 1）气相通过浮阀塔板的压强降 气体通过塔板时，需克服塔板本身的干板阻力、板上充气液层的阻力及液体表面张力造成的阻力，这些阻力即形成了塔板的压降。气体通过塔板的压降 p c l h h h h =+（11） 式中：c h 与气体通过塔板的干板压降相当的液柱高度，m 液柱；