化工原理课程设计

《化工原理》课程设计设计（论文）题目：板式精馏塔的设计

学院名称：材料与化学工程学院

专业：化学工程与工艺

班级：化工151

姓名：学号

指导教师：职称

定稿日期：2018年1月7日

目录

1设计任务书

1.1设计任务

（1）原料液：乙醇水溶液，其中乙醇（质量分数）： 55% （2）塔顶产品中乙醇（质量分数）不低于：90 %

（3）塔釜中乙醇质量分数不高于：1 %

（4）生产能力：年开工时间>300天，乙醇产量：20000吨/年+上浮量

=20000+18*1000=38000吨/年（上浮量=学号*1000吨/年）

（5）安装地点：自选（这里选在宁波石化基地镇海炼化）

1.2工艺操作条件

（1）精馏塔顶压强：自选；（2）进料热状态：自选；

（3）回流比：自选；（4）塔板类型：自选。

（5）塔釜加热、塔顶冷凝方式：自选

注：工艺自选条件由分析后得到。

1.3设计内容要求

（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设计，包括塔高、塔径以及塔板结构尺寸的确定；塔板的流体力学验算；塔板的负荷性能图。

（4）编制设计结果概要或设计一览表

（5）绘制塔设备结构图(包括塔板的局部放大图)一张，工艺流程图一张：采用CAD软件绘制并用3号图纸打印，与设计说明书一起装订。

（6）设计说明书的编写格式按照本科毕业设计（论文）书写格式。

（7）选做：Aspen软件验算，精馏塔附属设备的设计。

2精馏塔设计

2.1塔设备设计思路

1) 塔高的计算，包括塔的主体高度、顶部与底部空间的高度，裙座高度。

2) 塔径的计算

装置的有关条件→给定塔板设计条件→准备事项→确定塔径溢流区的设计→气液接触区的设计→各项校核计算

3) 塔内件的设计，主要是塔盘的工艺和结构设计。此外还有塔的进出口、防冲挡板、放涡器、除沫器等的设计计算。

2.2乙醇—水溶液的分析

2.2.1乙醇—水溶液的性质

由化工原理下册（课本P7两组分非理想物系的气液平衡）可知：

非理想溶液，其表现是溶液各组分的平衡分压与拉乌尔定律发生偏差，此偏差可正可负，相应的，溶液分别称为正偏差溶液和负偏差溶液。乙醇—水物系是具有很大正偏差溶液的典型例子。乙醇—水溶液是极性溶液，水与乙醇的混合物的极性比水小比乙醇大。

2.2.2乙醇—水溶液气液平衡数据的获取

依据化工热力学（课本P143第4章溶液热力学性质计算）可知如下图：

图 2-1

用Aspen 软件采用Wilson 方程分析乙醇—水溶液的气液平衡关系： 其中乙醇是易挥发组分，过程如下图：

图 2-2

解：乙醇的摩尔质量=46，水的摩尔质量=18 由已知条件得：

进料组成 0.32445/18

55/4655/46

x F =+=

（摩尔分数，下同）

塔顶产品组成 0.77910/18

90/4690/46

x D =+=

残釜液组成 0.0039499/18

1/461/46

x D =+=

由以上条件，作Txy 图，结果如下：

图 2-3

由上图可知：常压下，进料乙醇的摩尔分数为时，溶液的泡点温度为℃，露点温度为℃。

2.3 工艺操作条件的确定 2.

3.1 压力的确定

蒸馏可在常压、加压和减压下进行，通常，对常压下沸点在室温至150℃左右的混合液，可以采用常压蒸馏。

一般来说，常压蒸馏最为简单经济，若物料无特殊要求，应尽量在常压下操

作。对于乙醇—水体系，在常压下是液态，且乙醇—水不是热敏性材料，在常压下也可成功分离，所以选用常压精馏。因为高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加。

因此，本设计选择常压操作条件。

2.3.2进料热状态的确定

进料有5种状态，分别为过冷进料（q>1）；泡点进料（q=l）；气液混合进料（0

因此，采用泡点进料。

2.3.3回流比的确定

回流比大小不仅影响到所需的理论塔板数，而且影响到加热和冷却剂的消耗量，以及塔板、塔径、塔釜和冷凝器的结构设计的选择。因此，适宣回流比的选择是一个重要问题。

最小回流比的确定

(1)作图法（用于两组分精馏计算）

。

由乙醇—水溶液的xy气液平衡图及q线方程联立可求得R

min

(2)解析法（用于多组分精馏计算）

。

用恩德伍德公式求出最小回流比 R

min

这里为两组分溶液，所以采用作图法确定最小回流比

下图为：常压下，乙醇—水溶液的x —y （气液平衡相图）、各点具体数据图

图 2-4

图 2-5

精馏段操作线斜率

q

D q D min min

x x y -x 1R R -=+

泡点进料时，q 线斜率为无穷大，乙醇的液相摩尔分数X F =X q =，由上图对应可知y q =

故最小回流比0.6730.324

-0.5960.596

-0.779x y y -x x y y -x R f

q q D q

q q D min ==

-=

-=

回流比的确定

根据R=~2)R min ，确定实际回流比。

求得最小回流比=（基于摩尔），实际回流比取最小回流比的倍

得实际回流比0.80761.20.6731.2R R min =⨯=⨯= 2.3.4 塔盘类型与选择

板式塔塔板种类

根据塔板上气、液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。