乙醇-水连续筛板精馏塔的设计

课程设计说明书

题目乙醇—水连续筛板式精馏塔的设计

课程名称化工原理

院系

专业

班级

学生姓名

学号

指导教师

目录

第一章绪论 (2)

一、目的： (2)

二、已知参数： (3)

三、设计内容： (3)

第二章课程设计报告内容 (3)

一、精馏流程的确定 (3)

二、塔的物料衡算 (4)

三、塔板数的确定 (4)

四、塔的工艺条件及物性数据计算 (6)

五、精馏段气液负荷计算 (10)

六、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (10)

七、筛板的流体力学验算 (16)

八、塔板负荷性能图 (18)

九、筛板塔的工艺设计计算结果总表 (22)

十、精馏塔的附属设备及接管尺寸 (23)

第三章总结 (23)

.

乙醇——水连续精馏塔的设计

第一章绪论

一、目的：

通过课程设计进一步巩固课本所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调节技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书。

在常压连续精馏塔中精馏分离含乙醇70%的乙醇—水混合液，分离后塔顶馏出液中含乙醇量不小于90%，塔底釜液中含乙醇不高于0.1%（均为质量分数）。

二、已知参数：

（1）设计任务

●进料乙醇 X = 70 %（质量分数，下同）

●原料流量 Q = 20t/d

●塔顶产品组成 > 90 %

●塔底产品组成 < 0.1 %

（2）操作条件

●操作压强：常压

●精馏塔塔顶压强：常压

●釜加热方式:直接蒸汽

●进料热状态：饱和蒸汽进料

●回流比：自定待测

●冷却水： 20 ℃

●加热蒸汽：低压蒸汽，0.2 MPa

●单板压强：≤ 1kpa

●塔顶为全凝器，中间饱和蒸汽进料，筛板式连续精馏

三、设计内容：

（1）设计方案的确定及流程说明

（2）塔的工艺计算

（3） 塔和塔板主要工艺尺寸的计算（a 、塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定；

b 、塔板的流体力学验算；

c 、塔板的负荷性能图） （4） 设计结果概要或设计一览表 （5） 精馏塔工艺条件图

（6） 对本设计的评论或有关问题的分析讨论

第二章 课程设计报告内容

一、精馏流程的确定

乙醇、水混合料液经原料预热器加热至饱和后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用直接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。

二、塔的物料衡算

(一) 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数

48.018

/3046/7046

/70=+=

F x

78.018

/1046/9046

/90=+=D x

0004.018/9.9946/1.046

/1.0=+=W x

(二) 平均摩尔质量

kmol kg M F /44.3118)48.01(4648.0=⨯-+⨯= kmol kg M D /84.3918)78.01(4678.0=⨯-+⨯= kmol kg M W /01.1818)0004.01(460004.0=⨯-+⨯=

(三) 物料衡算

原料液流量 F=20000/(24*31.44)=26.51 kmol/h

总物料衡算 F W D =+ 易挥发组分物料衡算 F x W x D x F w D =+ 联立以上三式得

h kmol F /51.26= h kmol D /68.14= h kmol W /83.11=

三、塔板数的确定

(一) 理论塔板数T N 的求取

乙醇、水属理想物系，可采用M.T.图解法求T

N

1.根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x 图

附表 乙醇—水气液平衡数据

图：乙醇—水的y-x 图及图解理论板

2. 乙醇—水体系的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a （,,,D D x x ）作平衡线的切线并延长与y 轴相交，截距

424.01

min =+R x D

839.0min =R

取操作回流比68.1839.025.1min =⨯==R R 故精馏段操作线方程 1

1+++=

R x x R R

y D n

即291.0627.0+=x y

3.作图法求理论塔板数T N 得

层11=T N （包括再沸器）。其中精馏段理论板数为7层，提馏段为4层（包括再沸器），

第4层为加料板。

精馏段：h kmol D R L /66.2468.1468.1=⨯=⨯=

h kmol D R V /34.3968.14)168.1()1(=⨯+=+=

提馏段：h kmol L qF L L /66.24==+='

h kmol F q V V /83.1251.2634.39)1(=-=--='

(三)实际塔板数N

精馏段1450.07

==精N 层 提馏段850

.04==提

N 层 全塔板数： N= 22 块

四、塔的工艺条件及物性数据计算

以精馏段为例进行计算 （一）操作压强P m

塔顶压力kPa P D 3.101= 取每层塔板压强降Pa 1k P =△

则进料板压强kPa P F 3.1151143.101=⨯+= 塔底压强压强Pd=101.3+22*1=121.3kpa

精馏段平均操作压强kPa P m 3.1082

3

.1153.101=+=

提馏段平均操作压强kPa P m 3.11823

.1213.115=+=

（二）温度t m

依据操作压力，通过方程试差法计算出露点温度，其中水、乙醇的饱和蒸汽压由安托尼方程计算。

① 方程为B B A A

x p x p P 00+= 式中：

x —溶液中组分的摩尔分数；

P —溶液上方的总压，Pa ；

0p —同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa 。（下标A 表示易挥发组分，B 表示难挥发组分）

② 安托因方程为C

T B

A p +-=0lg 式中：

0p —在温度为T 时的饱和蒸汽压，mmHg