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1、化工原理课程设计任务书(doc 60页) 化工原理课程设计任务书 设计题目：乙醇水连续精馏塔的设计 班级：化工131 姓名： 学号： 指导老师：毛桃嫣 目录 前言 (4) 设计任务书 (5) 第一章设计方案简介 (6) 1.1概念 (6) 1.1.1塔设备简介 (6) 1.1.2板式塔简介 (6) 1.2 设计方案 (7) 1.2.1塔类型的选用 (7) 1.2.2 操作压力 (8) 1.2.3进料状态 (8) 1.2.4 加热方式 (8) 1.2.5 回流比 (8) 1.2.6 冷却方式 (8) 1.2.7 工艺流程图 (8) 第二章工艺计算 (9) 2.1 精馏塔全塔物料衡算 (9) 2.
2、2 常压下乙醇水气、液平衡组成与温度 (10) 2.3求最小回流比和操作回流比 (11) 2.4 求精馏塔的气、液相负荷 (12) 2.5精馏段操作线方程 (13) 2.6提馏段操作线方程 (13) 2.7图解法求理论板层数 (13) 2.8实际塔板数的求取 (13) 2.9冷凝器热负荷和冷却水消耗量 (14) 第三章主要工艺尺寸的计算 (14) 3.1 操作压力 (14) 3.2 操作温度的计算 (15) 3.3 平均摩尔质量计算 (15) 3.4 密度 (16) 3.5 混合液体表面张力 (17) 3.6 混合物的黏度 (19) 3.7 相对挥发度 (20) 3.8 塔径计算 (20) 3
3、.9 溢流装置 (22) 3.10 弓形降液管的宽度和横截面积 (23) 3.11 降液管底隙高度 (24) 3.12 塔板布置及浮阀数目与排列 (25) 3.13 气体通过复发踏板的压降 (28) 3.14 淹塔 (30) 3.15 物沫夹带 (31) 3.16 塔的负荷性能图 (33) 第四章精馏塔的结构设计 (40) 4.1 接管 (40) 4.2 筒体与封头 (43) 4.3 除沫器 (45) 4.4 裙座 (46) 4.5 人孔 (47) 4.6 吊柱 (47) 4.7 塔总体高度设计 (49) 第五章辅助设备的选型和计算 (51) 5.1 冷凝器1 (51) 5.2 冷凝器2 (5
4、1) 5.3 热量衡算 (52) 第六章设计结果一览表 (54) 参考文献 (57) 结束语 (58) 附录 (59) 前言 课程设计是课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真
5、、高责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。本设计采用连续精馏分离乙醇水二元混合物的方法。连续精馏塔在常压下操作，被分离的乙醇水二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内，以一定的回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的乙醇，由塔底采出水。 在设计过程中应考虑到设计的精馏塔应具有较大的生产能力，并且满足工艺要求，另外还要节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此，设计是否合理关系到生产过程的经济问题。 化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组
6、分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存、运输、加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本设计是针对工业生产中的乙醇水溶液这一二元物质中进行乙醇的提纯精馏方案，根据给出的原料性质及组成、产品性质及组成，对精馏塔进行设计和物料衡算。通过设计核算及试差等计算初步确定精馏塔的进料、塔顶、塔底操作条件及物料组成。同时对精馏的基本结构包括塔的主要尺寸进行了计算和选型，对塔顶冷凝器、塔底再沸器、相关管道尺寸及储罐等进行了计算和选型。在计算设计过程中参考了有关的资料。为精馏塔的设计计算提供了技术支持和保证。 通
7、过对精馏塔进行设计和物料衡算等方面的计算，进一步加深了对化工原理、石油加工单元过程原理等的理解深度，开阔了视野，提高了计算、绘图、计算机的使用等方面的知识和能力。 设计任务书 一、设计任务： 试设计一连续浮阀精馏塔以分离乙醇水混合物。具体工艺参数如下： 1、生产能力：原料处理量105000吨/年乙醇产品。 2、原料液中含乙醇24 %（质量），其余为水。 3、产品要求：馏出液中的乙醇含量为93 %（质量）。 釜液中的乙醇含量不高于 1 %（质量）。 设备的年运行时间平均为300天(7200小时）。 二、设计条件： 1、加热方式：直接蒸汽加热，蒸汽压力为1.02.0kg/cm2。 2、操作压力：常
8、压。 3、进料状况：冷液进料。 4、冷却水进口温度：30 ，出口温度50 。 5、塔板形式：浮阀塔板。 三、应完成的工作量： 1、确定全套精馏装置的流程，绘制工艺流程示意图，标明所需的设备、管线及有关控制或观测所需的主要仪表与装置。 2、精馏塔的工艺设计，塔的结构尺寸设计。 3、辅助装置的设计和选型；估算冷却水用量和冷凝器的换热面积、水蒸气用量。 4、编写设计说明书一份。 5、绘制精馏塔的装配图一张（一号图纸）。 1.设计方案简介 1.1 概念 1.1.1 塔设备简介 具有一定形状（截面大多是圆形）、一定容积、内外装置一定附件的容器。 塔设备是石油、化工、医药、轻工等生产中的重要设备之一，在塔
9、设备内可进行气液或液液两相间的充分接触，实施相间传质，因此在生产过程中常用塔设备进行精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等单元操作过程。 一类塔形的化工设备。 用以使气体与液体、气体与固体、液体与液体或液体与固体密切接触，并促进其相互作用，以完成化学工业中热量传递和质量传递过程。 所采用材料必须对被处理的物料具有耐腐蚀性能。并按其所能承受的压力进行设计。 根据其结构可分为板式塔和填料塔二类。 常用的有泡罩塔、填料塔、筛板塔、淋降板塔、浮阀塔、凯特尔塔、槽形塔（S 型塔）、舌型塔、穿流栅板塔、转盘塔以及导向筛板塔等。 应用于蒸馏、吸收、萃取、吸附等操作。 1.1.2 板式塔简介 板式塔是一类用于气
10、液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收，有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下，自上而下依次流过各层塔板，至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。 （1）泡罩塔 通常用来使蒸气（或气体）与液体密切接触以促进其相互间的传质作用。塔内装有多层水平塔板，板上有若干个供蒸气（或气体）通过的短管，其上各覆盖底缘有齿缝或小槽的泡罩，并装有溢流管。操作时，液体由塔的
11、上部连续进入，经溢流管逐板下降，并在各板上积存液层，形成液封；蒸汽（或气体）则由塔底进入，经由泡罩底缘上的齿缝或小槽分散成为小气泡，与液体充分接触，并穿过液层而达液面，然后升入上一层塔板。短管装在塔内的，称内溢流式；也有装在塔外的，称外溢流式。泡罩塔广泛用于精馏和气体吸收。 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有f80、f100、f150mm 三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度
12、的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面。 泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板 上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。 （2）浮阀塔 浮阀塔是开发的一种新塔型，广泛应用于精馏、吸收和解吸等过程，其特点是在每个筛孔处安装一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。阀片升降位置随气流量大小自动
13、调节，从而使进入液层的气速基本稳定。又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间。 浮阀塔，一种板式塔，用于气液传质过程中。 浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。 浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。 塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。 在分离稳定同位素时采用在克服泡罩塔缺陷的基础上发展起鼓泡式接触装置。浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式。 浮阀主要有V型和
14、T型两种，特点是：生产能力比泡罩塔约大20%40%；气体两个极限负荷比为56，操作弹性大；板效率比泡罩塔高10%15%；雾沫夹带少，液面梯度小；结构难于泡罩塔与筛板塔之间；对物料的适应性较好等，通量大、放大效应小，常用于初浓段的重水生产过程。 （3）筛板塔 扎板塔的一种，内装若干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部分经筛孔）逐板下降，并在板上积存液层。气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触，并相互作用。泡沫式接触气液传质过程的一种形式，性能优于泡罩塔。为克服筛板安装水平要求过高的困难，发展了
15、环流筛板；克服筛板在低负荷下出现漏液现象，设计了板下带盘的筛板；减轻筛板上雾沫夹带缩短板间距，制造出板上带挡的的筛板和突孔式筛板和用斜的增泡台代替进口堰，塔板上开设气体导向缝的林德筛板。筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔。应用于蒸馏、吸收和除尘等。在工业上实际应用的筛板塔中，两相接触不是泡沫状态就是喷射状态，很少采用鼓泡接触状态的。 1.2 设计方案 1.2.1 塔类型的选用 本次设计方案的任务是设计一种精馏塔，来实现分离乙醇水混合物。应老师的要求，此次设计选用浮阀塔。浮阀塔是开发的一种新塔型，广泛应用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从
16、浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触，浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节开度。 1.2.2 操作压力 精馏可在常压、加压或减压下进行，用哪种方式是通过处理的物料的性质及技术上的可行性和经济上的和理性来综合考虑确定的。本次设计方案采用的操作压力是：常压。 1.2.3 进料状态 进入精馏塔的原料液可能有5种热状况，由于不同的进料状态，上升到精馏段的蒸汽量和下降到提馏段的液体量会发生变化。 本次设计方案采用的进料状态是：冷液进料。 1.2.4 加热方式 直接蒸汽加热可利用压力较低的蒸汽加热，而且能节省费用。 本次设计方案选用的是：直接蒸汽加热，蒸汽压力为 1.02.0kg/cm2。 1.2.5 回流比 回流比的上限为全回流时的回流比，下限就是最小回流比。在实际生产中，全回流情况下，虽然所需的理论板数为最少，但是得不到产品，若在最小回流比下工作，所需的理论板数则是无限大。因此，我们应通过经济衡算来在两个极值之间选择一个适宜的回流比来进行操作。 1.2.6 冷却方式 本次设计采用常温水进行冷却，冷却水进口温度：30，出口温度自定。 1.2.7 工艺流程图