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1、化工原理课程设计说明书设计题目：乙醇水连续精馏塔的设计 设计人员： 尚慧、曲雅男 所在班级： 2012级化学工程与工艺 成绩： 指导老师： 日期： 化工原理课程设计任务书一、设计题目：乙醇水连续精馏塔的设计二、设计任务及操作条件（1）进精馏塔的料液含乙醇35%（质量分数，下同），其余为水； （2）产品的乙醇含量不得低于92%； （3）塔顶易挥发组分回收率为99%； （4）生产能力为15000吨/年92%的乙醇产品； （5）每年按330天计，每天24h连续运行。（6） 操作条件 a) 塔顶压强 4kPa（表压） b) 进料热状态 自选 c) 回流比 自选 d) 加热蒸气压力 低压蒸气（或自选）e
2、) 单板压降 0.7kPa。三、设备形式：筛板塔或浮阀塔四、设计内容：1、设计说明书的内容 1) 精馏塔的物料衡算； 2) 塔板数的确定； 3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5) 塔板主要工艺尺寸的计算； 6) 塔板的流体力学验算； 7) 塔板负荷性能图； 8) 精馏塔接管尺寸计算； 9) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。2、设计图纸要求： 1) 绘制生产工艺流程图（A2号图纸）； 2) 绘制精馏塔设计条件图（A2号图纸）。 五、设计基础数据：1.常压下乙醇水体系的t-x-y数据；2. 乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。（一） 精馏塔全塔物料
3、衡算qnF :原料液流量(kmol/s) xF :原料组成q nD :塔顶产品流量(kmol/s) XD :塔顶组成qnw :塔底残液流量(kmol/s) xw :塔底组成原料液乙醇的组成 塔顶组成 塔顶产品流量 (二) 物性参数计算表3-13 常压下乙醇-水汽液平衡组成（摩尔）与温度关系乙醇（摩尔分数）%温度/乙醇（摩尔分数）%温度/乙醇（摩尔分数）%温度/液相汽相液相汽相液相汽相0010023.3754.4582.757.3268.4179.31.9017.0095.526.0855.8082.367.6373.8578.747.2138.918932.7358.2681.574.7278
4、.1578.419.6643.7586.739.6561.2280.789.4389.4378.1512.3847.0485.350.7965.6479.816.6150.8984.151.9865.9979.71、 温度的确定利用表3-13中的数据，利用数值插入法确定进料温度tF,塔顶温度tD,塔底温度tW进料温度； tF=83.9塔顶温度； tD=78.28塔底温度； tW=95.5提馏段平均温度； （二）密度表312不同温度下乙醇和水的密度温度/温度/70750977.890724965.380735971.895720961.8585730968.6100716958.4求得在t1与t
5、2下的乙醇与水的密度。 在精馏段液相密度：（三）混合液体表面张力不同温度下乙醇和水的的表面张力见表313.二元有机物水溶液表面张力可用下列各式计算。公式：式中下角标，w，o，s分别代表水，有机物及表面部分，xw，xo指主体部分的分子数，Vw，Vo为主体部分的分子体积，（1） 精馏段t1=81.09 表313 乙醇和水不同温度下的表面张力温度/708090100乙醇表面张力/mN/m1817.1516.215.2水表面张力/mN/m64.362.660.758.8 （四）混合物的黏度t1=81.09，查表的（五）相对挥发度（六）气体流量体积计算根据xy图得（2） 提馏段：饱和液体进料q=13.4
6、.2.3 理论塔板计算理论板：指离开这种板的气、液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。依据在1.01325*105pa下，乙醇-水的气、液平衡组成关系可绘出平衡曲线，即x-y曲线图，泡点进料，所以q=1，即q为一直线，本平衡具有下凹部分，操作线尚未落在平衡线前，已与平衡线相切。 在图上做操作线，由点（0.8182,0.8182）起在平衡线与操作线间化阶梯，过精馏段操作线与q线交点，直到阶梯与平衡线交点小于0.00078为止，由此得到理论板NT=16块（包括再沸器）加料板为第13块理论板。 板效率可用奥康奈尔公式ET=0.49(uL)-0.245式中-塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度； U-塔
7、顶与塔底平均温度下的液体黏度mpa.s。3.4.2.4塔径初步设计（1） 精馏段（2）提馏段3.4.2.5 溢流装置（1） 堰长lw(1) 精馏段 (2) 提馏段 2. 弓形降液管的宽度和横截面验算降液管内停留时间：精馏段：提馏段：（3） 降液管底隙高度1、 精馏段2、 提馏段3.4.2.6塔板布置及浮筏数目与排列（1） 塔板分布本设计塔径D=1.0m，采用分块式塔板，以便通过人孔装拆塔板。（2） 浮法数目与排列1、 精馏段：浮筏排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距t=75mm3.4.3塔板流体力学计算3.4.3.1气象通过浮阀塔板的压降可根据hp=hc+hl+h计算。3.4.3.
8、2 淹塔为了防止发生淹塔现象，要求控制降液管中清液高度。（1） 精馏段1,单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度：hp1=0.0393（m）2，液体通过液体降液管的压头损失： 3，板上液层高度：hL=0.07m，则（2） 提馏段1,单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度：hp2=0.076（m）2，液体通过液体降液管的压头损失： 3，板上液层高度：hL=0.07m，则3.4.3.3雾沫夹带（1） 精馏段对于大塔，为了避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%。由以上计算可知，雾沫夹带能满足ev800mm，故裙座壁厚取16mm。3.4.4.5吊柱对于较高的室内无框架的整体塔，在塔顶设置吊住，对于补充
9、和更换填料，安装和拆卸内件，既经济又方便的一项设施，一般取15m以上的塔物设吊柱。本设计中塔高度大，因此设吊柱。因设计塔径D=1000mm，可选用吊柱500kg。S=1000mm，L=3400mm，H=1000mm。材料为A3.3.4.4.6人孔人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道，人孔的设置应便于进入任何一层塔板，由于设置人孔出塔间距离大，且人孔设备过多会使制造时塔体的弯曲度难于达到要求，一般每隔1020块塔板才设一个人孔。本塔中共33块板，需设置3个人孔，每个孔直径450mm。在设置人孔处，板间距为600mm，裙座上应开2个人孔，直径为450mm。人孔深入塔内部应与塔内壁修平，其边缘应倒棱和磨圆。人孔法兰的密封面形及垫片用材，一般与塔的接管法兰相同，本设计也是如此。23