年处理量12000t乙醇-水混合物的筛板式精馏塔的设计课程设计

盐城师范学院

化工原理课程设计题目名称12000t/a乙醇-水混合物的筛板式精馏塔的设计

盐城师范学院

化工原理课程设计任务书化学化工学院应用化学专业班级113班姓名学号

指导教师文福姬2013年12 月 6 日

目录

摘要 (4)

第一章绪论 (5)

1.1 设计背景 (5)

1.2设计方案 (6)

1.2.1 操作压力 (6)

1.2.2 进料状态 (6)

1.2.3 加热方式 (6)

1.3 确定设计方案的原

1.3.1 满足工艺和操作的要求 (7)

1.3.2 满足经济上的要求 (7)

1.3.3 保证安全生产 (7)

1.4 塔的选择 (7)

第二章工艺计算 (9)

2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率及馏出液流量 (9)

2.2常压下乙醇---水气液平衡组成（摩尔）与温度的关系 (9)

2.3 液相平均密 (11)

2.4液体平均表面张力 (13)

2.5 混合物的粘度 (15)

2.6 最小回流比 (16)

2.7 气液相体积流量 (16)

2.8塔板数确定 (17)

第三章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (19)

3.1 操作压力 (19)

第四章精馏塔的塔体工艺尺寸设计 (19)

4.1 塔径的计算 (19)

4.2 精馏塔有效高度的计算 (19)

第五章塔板主要工艺尺寸的计算 (20)

5.1 溢流装置计算 (20)

5.1.1 堰长 (20)

5.1.2 溢流堰高度 (20)

5.1.3弓形降液管宽度和截面积 (20)

5.1.4 降液管底隙高度 (21)

5.2塔板布置及筛板数目与排列 (21)

第六章塔板的流体力学验算 (21)

6.1 气相通过浮阀塔板的压降 (22)

6.1.1 干板阻力 (22)

6.1.2板上充气液层阻力 (22)

6.1.3 克服表面张力所造成的阻力 (22)

6.2液面落差 (22)

6.3液沫夹带 (22)

6.4漏液 (22)

6.5液泛 (23)

第七章塔板负荷性能图 (24)

7.1漏液线 (24)

7.2 液沫夹带线 (24)

7.3液相负荷下限线 (24)

7.4液相负荷上限线 (25)

7.5液泛线 (25)

7.6塔板负荷性能图 (26)

参考文献 (27)

结束语 (28)

附录 (28)

附图 (32)

摘要

12000t/a乙醇—水混合物的筛板精馏塔设计

戴芬

【摘要】精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。本设计的题目是乙醇—水二元物系筛板精馏塔的设计。

精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。精馏广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法。

【关键词】水乙醇精馏筛板塔.

第一章绪论

1.1 设计背景

精馏是多级分离过程，即可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。它是平衡蒸馏与简单蒸馏两者的有机结合。

平衡蒸馏以及简单蒸馏只能使混合液得到部分分离。与平衡蒸馏相比，简单蒸馏操作时对液体的连续部分汽化，釜液组成t--x(y)相图的泡点线变化，其结果可得难挥发组分（重组分）含量很高而易挥发组分（轻组分）摩尔分数x很低的釜液。同理，在一定压力下，将混合蒸汽进行连续部分冷凝，蒸汽相得组成沿t--x（y）相图的露点线变化，结果可得到难挥发组分（重组分）含量很低而易挥发组分（轻组分）摩尔分数y很高的蒸汽。

精馏在工业生产中应用广泛。按其操作方式，精馏可分为间歇精馏和连续精馏。工业生产中以连续精馏为主，而间歇精馏一般多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。如化学合成药物，天然药物的分离提纯，非共沸物溶剂的回收。

精馏按操作压强可分为常压，加压和减压蒸馏。一般情况下，采用常压蒸馏。当常压下物系沸点较高，使用高温加热介质不经济或热敏性物质不能承受的情况，采用减压蒸馏可以降低操作温度。对常压沸点很低的物系，蒸汽相得冷凝不能采用常温水和空气等廉价的冷却剂，或者对常温常压下为气体的物系（如空气）进行精馏分离，则可采用加压蒸馏以提高混合物的沸点。

1.2 设计方案

确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。

1.2.1 操作压力

蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分

离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。

1.2.2 进料状态

进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。

1.2.3 加热方式

蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。

1.3 确定设计方案的原则

确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：

1.3.1 满足工艺和操作的要求

所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。